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淺析二次鋁灰小型化火法處置工藝方案淺析二次鋁灰小型化火法處置工藝方案01 概 述 隨著2021年二次鋁灰被列為危廢，國內(nèi)大部分產(chǎn)灰企業(yè)都處于觀望狀態(tài)，特別是國家在政策上沒有明確二次鋁灰處置工藝，企業(yè)在投資方面都比較謹(jǐn)慎。但從實(shí)際情況分析，鋁灰的產(chǎn)出卻在不斷增加，給產(chǎn)灰企業(yè)壓力越來越大，探索一套成熟可靠的工藝解決二次鋁灰現(xiàn)狀是迫在眉睫的問題。 據(jù)了解，國內(nèi)二次鋁灰處置工藝主要有火法工藝、濕法工藝、火法和濕法結(jié)合工藝。其中，火法工藝主要有資源化回轉(zhuǎn)窯工藝；濕法工藝主要有脫氨-固氟-綠色循環(huán)利用工藝；火法和濕法結(jié)合工藝有“多段連續(xù)強(qiáng)化水解浸出+高值定向轉(zhuǎn)化”工藝，火法高溫煅燒結(jié)合聚合氯化鋁工藝，濕法提鹽火法制鋁酸鈣工藝。以上工藝主要圍繞濕法脫氨、固氟后考慮資源化以及火法直接固氟、脫氮后資源化考慮，但在實(shí)際項(xiàng)目實(shí)施過程中，由于以上工藝針對處置體量在萬噸、投資規(guī)模數(shù)千萬級以上，且存在產(chǎn)品出路和鋁灰處置價(jià)格的不確定性，企業(yè)投資意愿不強(qiáng)。特別是對于產(chǎn)灰企業(yè)來說，公司普遍規(guī)模較小，產(chǎn)灰量普遍在萬噸以下，且對資源化沒有明確需求，主要目的是達(dá)到國家環(huán)保要求，解決企業(yè)二次鋁灰脫危實(shí)際問題。因此，本文結(jié)合現(xiàn)階段二次鋁灰處置實(shí)際情況，簡單介紹小型化二次鋁灰無害化處置方案。 02 5000噸/年二次鋁灰無害化方案介紹 2.1 工藝描述 2.1.1 二次鋁灰無害化生產(chǎn)工藝流程 本生產(chǎn)工藝的原料是二次鋁灰，二次鋁灰除鐵后經(jīng)過破碎、磨粉、篩分后將鋁和粉末分離，直到含鋁量趨于零，這樣二次鋁灰經(jīng)過充分活化，具備充分燃燒的條件；將二次鋁灰和除塵灰合適配比，通過自動(dòng)輸送設(shè)備送至大型煅燒爐內(nèi)，再加入熱渣或通過點(diǎn)火設(shè)備對二次鋁灰進(jìn)行引燃，大型煅燒爐中的二次鋁灰自燃產(chǎn)生氮化鋁發(fā)生反應(yīng)的高溫條件，釋放出熱量，該熱量將二次鋁灰中含有的氮化鋁充分煅燒脫氮，去除二次鋁灰的反應(yīng)性和燃燒性。同時(shí)根據(jù)二次鋁灰成份需要加入氧化鈣固氟做無害化處理。 經(jīng)過爐內(nèi)反應(yīng)完畢的無害化物料經(jīng)過冷卻和分級，最終得到合格成品，該成品主要成份為三氧化二鋁，用做建筑材料、耐火材料和凈水劑等領(lǐng)域的原材料。 （1）二次鋁灰破碎篩分 首先將二次鋁灰除鐵，通過自動(dòng)輸送機(jī)抽料輸送至破碎、磨粉、篩分機(jī)投料口，篩分出顆粒鋁與細(xì)灰，把細(xì)灰自動(dòng)輸送至10T高溫煅燒爐頂上的料倉待用，顆粒鋁進(jìn)入炒灰機(jī)或者回轉(zhuǎn)爐進(jìn)行金屬鋁回收。細(xì)灰進(jìn)入鋁灰無害化系統(tǒng)。 （2）鋁灰無害化處理 CaO、二次鋁灰、除塵器收集的粉末通過自動(dòng)設(shè)備輸送至鋁灰無害化系統(tǒng)的10T煅燒爐，進(jìn)行脫氮和固氟。 ①脫氮反應(yīng) 氮化鋁氧化熱分解理論分析 600-800℃間，鋁灰出現(xiàn)了第一個(gè)吸熱峰主要是由于氮化鋁氧化成氧化鋁。此外，600-800℃區(qū)域的熱流曲線呈明顯的下降趨勢，氮化鋁氧化主要來源于該溫度區(qū)域。在1100℃之后二次鋁灰基本處于失重狀態(tài)，此時(shí)氮化鋁大部分已被氧化。 因此，實(shí)際生產(chǎn)時(shí)控制10T煅燒爐的溫度（1000-1100℃）和空氣流量等，使鋁灰中的氮化鋁（AlN）在高溫條件下發(fā)生氧化反應(yīng)，在設(shè)定氧含量及溫度的工藝條件下使鋁灰中的氮元素轉(zhuǎn)化成氮?dú)�，其余氮元素轉(zhuǎn)化為NOx。反應(yīng)方程式如下： 從已經(jīng)投產(chǎn)的設(shè)備實(shí)際發(fā)生的氮氧化物實(shí)測數(shù)據(jù)，該反應(yīng)產(chǎn)生的氮氧化物濃度較低，濃度一般為40-70mg/m³，該濃度遠(yuǎn)低于國家規(guī)定的排放指標(biāo)150mg/m³的限值；并且鋁灰中的氮元素95%以上轉(zhuǎn)化成氮?dú)猓a(chǎn)現(xiàn)場沒有刺激性味道。 ②固氟 投入10T回轉(zhuǎn)爐中的固氟劑CaO等使細(xì)鋁灰中的可溶性氟元素發(fā)生固氟反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為不溶性的氟化物。固氟后的無害化細(xì)鋁灰倒轉(zhuǎn)熱灰進(jìn)入密閉式灰斗，采用叉車將灰斗送入自動(dòng)密閉傾翻機(jī)再倒入冷灰筒，降溫后的無害化粉末作為混凝土路面磚、耐火材料的原料使用。 （3）無害化成品 經(jīng)過上述處理工藝得到的成品，Al₂O₃含量70-75%，主要為α-Al₂O₃，該氧化鋁與水、酸堿都不發(fā)生反應(yīng)，是良好的建筑材料、耐火材料、凈水劑的原料，可以直接效果給建筑行業(yè)和耐火材料行業(yè)。 （4）生產(chǎn)工藝流程圖：生產(chǎn)工藝及產(chǎn)污環(huán)節(jié)示意圖見圖1。
圖1 生產(chǎn)工藝流程及產(chǎn)污環(huán)節(jié)示意圖 2.1.2 環(huán)境評價(jià)環(huán)節(jié) 本方案廢氣污染源主要有：鋁灰預(yù)處理及熱處理所用回轉(zhuǎn)爐處理及綜合利用系統(tǒng)產(chǎn)生的煙（粉）塵、氟化物、SO2、NOx廢氣、車間無組織廢氣等。本方案工藝無廢水外排，生活污水依托公司一體化生活污水處理設(shè)施處理后回用于廠區(qū)綠化、降塵，不外排。本方案噪聲主要為機(jī)械設(shè)備噪聲。本方案產(chǎn)生的固體廢物主要有：機(jī)械設(shè)備維護(hù)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的廢機(jī)油和生活垃圾等。本方案產(chǎn)污環(huán)節(jié)見表1。 表1 本方案產(chǎn)污環(huán)節(jié)及處理措施一覽表
2.2 設(shè)備組成及要求 2.2.1 設(shè)備組成： 二次鋁灰無害化處理及輸送存儲設(shè)備：1套皮帶機(jī)、1套球磨機(jī)、1套振動(dòng)篩、1套斗提機(jī)、2套儲存料倉、1套螺旋輸送機(jī)、1臺10噸煅燒爐、1個(gè)爐前進(jìn)料倉、1臺冷灰篩分桶、1套8萬風(fēng)量除塵器等 2.2.2 設(shè)備用途：本設(shè)備用于將二次鋁灰輸送進(jìn)行高溫煅燒，進(jìn)行無害化處理。 2.2.3 原料品種：二次鋁灰和收塵灰。 2.2.4 工藝流程描述：叉車將車間需處理的庫存鋁灰運(yùn)輸至皮帶機(jī)進(jìn)料倉，通過密封式皮帶輸送機(jī)輸送至球磨機(jī)前前料倉的溜槽內(nèi)，通過溜槽導(dǎo)向至球磨機(jī)內(nèi)進(jìn)行研磨初處理（采用皮帶輸送的方式是滿足球磨機(jī)的均勻給料，保證最佳的球磨效果）。經(jīng)球磨機(jī)初次破碎處理后的物料通過直線振動(dòng)篩的篩分作業(yè)，分選出＞4mm的塊狀鋁（此類物料的含鋁量＞95%）用料箱接走，剩下≤4mm的細(xì)粉末通過斗提機(jī)輸送至鋁粉儲料倉內(nèi)，通過料位計(jì)控制的方式，定時(shí)定量的通過螺旋輸送機(jī)輸送至雷蒙磨內(nèi)進(jìn)行二次破碎（減少雷蒙磨的工作時(shí)間）。經(jīng)雷蒙磨處理后，能達(dá)到120-150目的細(xì)粉末，此類的細(xì)粉末是作為能否達(dá)到煅燒的必要環(huán)節(jié)。煅燒后能達(dá)到1100-1400℃的高溫，將此類高溫灰通過溜槽導(dǎo)向至水平面以下的高速冷卻系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行強(qiáng)冷。冷卻過后能達(dá)到溫度＜60℃、可作為下游生產(chǎn)線使用的成品灰，此類成品灰最后通過斗式提升機(jī)輸送至地面進(jìn)行裝袋。整套二次灰設(shè)備配有完整、環(huán)保的脈沖布袋式除塵設(shè)備。 2.3 設(shè)備技術(shù)規(guī)格及要求 2.3.1 主要技術(shù)要求
2.3.2 設(shè)備明細(xì)清單
03 二次鋁灰無害化處置方案分析 3.1 優(yōu)勢分析 3.1.1 工藝原理成熟：二次鋁灰無害化處理是充分利用二次鋁灰（經(jīng)過炒灰后含鋁量低于5%的鋁灰）中含有的微量單質(zhì)鋁和氮化鋁（鋁灰中氮化鋁含量15-40%）與氧氣接觸產(chǎn)生燃燒反應(yīng)，釋放一定熱量，產(chǎn)生氮化鋁轉(zhuǎn)化成氧化鋁和氮?dú)馑枰母邷貤l件，實(shí)現(xiàn)鋁灰從具有危險(xiǎn)廢物屬性向不具有危險(xiǎn)屬性的固體物體轉(zhuǎn)化的目的。 3.1.2 工序簡單：二次鋁灰無害化過程采用磨粉、密封輸送、自送上料和煅燒、冷卻和收塵等5個(gè)工序，該技術(shù)是氮化鋁轉(zhuǎn)化水平高、無廢水和廢渣排放。 3.1.3 能耗水平低：由于該生產(chǎn)流程不需要連續(xù)天然氣等能源，天燃?xì)庾鰹殚_爐引燃用，后續(xù)生產(chǎn)過程中只需要電，整體功率約400kw，每處理1噸二次鋁灰用電約120KWh，費(fèi)用約100-120元/噸，是目前市面上所有二次鋁灰無害化方法中能耗水平最低的。 3.1.4 設(shè)備產(chǎn)能小型化：年處理二次鋁灰量為5000噸以上。 3.1.5 占地面積�。�主體設(shè)備占地面積約500m2，含原料和成品約1000m2廠房。 3.1.6 投資�。�年處理5000噸二次鋁灰，配合自有空壓機(jī)系統(tǒng)、水電公輔系統(tǒng)和廠房，整套主體設(shè)備投入約300-500萬（設(shè)備廠家和品牌不同）。如產(chǎn)能到10000噸/年，增加高溫煅燒爐一套，主體設(shè)備投資增加100-150萬。 3.1.7 自動(dòng)化程度高，操作難度低：高溫煅燒爐-再生鋁企業(yè)熟悉回轉(zhuǎn)爐操作，高溫煅燒爐與回轉(zhuǎn)爐類似，公司對高溫煅燒爐能較快掌握。 3.2 劣勢分析 3.2.1 成品為一般固廢，后續(xù)需考慮脫危后成品出路，一般考慮當(dāng)?shù)刂拼u廠資源化利用、凈水劑原料。 3.2.1 成品產(chǎn)值低，基本作為一般固廢處理。 3.3 與回轉(zhuǎn)窯方案比較 該方案是無害化處置，投資成本較回轉(zhuǎn)窯工藝節(jié)約30-40%，運(yùn)行成本節(jié)約70%，能耗節(jié)約約80%。產(chǎn)品為無害化固廢，去向主要為建材行業(yè)，產(chǎn)值較回轉(zhuǎn)窯工藝低90%，但產(chǎn)品出路廣，是適合自產(chǎn)鋁灰無害化處置較好選擇。 04 總結(jié)與展望 二次鋁灰火法無害化處置工藝作為火法工藝，具有投資省、占地面積小、運(yùn)行成本低、自動(dòng)化程度高、操作簡單、產(chǎn)品出路廣等特點(diǎn)，據(jù)了解，該處置方案在部分企業(yè)已經(jīng)完成投產(chǎn)建設(shè)，并得到環(huán)保部門認(rèn)可。結(jié)合廣東2021年底二次鋁灰應(yīng)急處置方案（二次鋁灰作為制磚原料應(yīng)急處置20萬噸）以及生態(tài)環(huán)境部對廣東環(huán)保廳的回復(fù)意見分析，二次鋁灰無害化處置工藝產(chǎn)品解決了二次鋁灰的反應(yīng)性，產(chǎn)品經(jīng)鑒定為一般固廢，從目前技術(shù)和政策層面分析，具有較好推廣價(jià)值。 END
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