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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

            隨著2021年二次鋁灰被列為危廢,國內大部分產灰企業都處于觀望狀態,特別是國家在政策上沒有明確二次鋁灰處置工藝,企業在投資方面都比較謹慎。但從實際情況分析,鋁灰的產出卻在不斷增加,給產灰企業壓力越來越大,探索一套成熟可靠的工藝解決二次鋁灰現狀是迫在眉睫的問題。

            據了解,國內二次鋁灰處置工藝主要有火法工藝、濕法工藝、火法和濕法結合工藝。其中,火法工藝主要有資源化回轉窯工藝;濕法工藝主要有脫氨-固氟-綠色循環利用工藝;火法和濕法結合工藝有“多段連續強化水解浸出+高值定向轉化”工藝,火法高溫煅燒結合聚合氯化鋁工藝,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,但在實際項目實施過程中,由于以上工藝針對處置體量在萬噸、投資規模數千萬級以上,且存在產品出路和鋁灰處置價格的不確定性,企業投資意愿不強。特別是對于產灰企業來說,公司普遍規模較小,產灰量普遍在萬噸以下,且對資源化沒有明確需求,主要目的是達到國家環保要求,解決企業二次鋁灰脫危實際問題。因此,本文結合現階段二次鋁灰處置實際情況,簡單介紹小型化二次鋁灰無害化處置方案。

            02

            5000/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工藝流程

            本生產工藝的原料是二次鋁灰,二次鋁灰除鐵后經過破碎、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,通過自動輸送設備送至大型煅燒爐內,再加入熱渣或通過點火設備對二次鋁灰進行引燃,大型煅燒爐中的二次鋁灰自燃產生氮化鋁發生反應的高溫條件,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性和燃燒性。同時根據二次鋁灰成份需要加入氧化鈣固氟做無害化處理。

            經過爐內反應完畢的無害化物料經過冷卻和分級,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,通過自動輸送機抽料輸送至破碎、磨粉、篩分機投料口,篩分出顆粒鋁與細灰,把細灰自動輸送至10T高溫煅燒爐頂上的料倉待用,顆粒鋁進入炒灰機或者回轉爐進行金屬鋁回收。細灰進入鋁灰無害化系統。

            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設備輸送至鋁灰無害化系統的10T煅燒爐,進行脫氮和固氟。

            ①脫氮反應

            氮化鋁氧化熱分解理論分析

            600-800℃間,鋁灰出現了第一個吸熱峰主要是由于氮化鋁氧化成氧化鋁。此外,600-800℃區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域。在1100℃之后二次鋁灰基本處于失重狀態,此時氮化鋁大部分已被氧化。

            因此,實際生產時控制10T煅燒爐的溫度(1000-1100℃)和空氣流量等,使鋁灰中的氮化鋁(AlN)在高溫條件下發生氧化反應,在設定氧含量及溫度的工藝條件下使鋁灰中的氮元素轉化成氮氣,其余氮元素轉化為NOx。反應方程式如下:

            從已經投產的設備實際發生的氮氧化物實測數據,該反應產生的氮氧化物濃度較低,濃度一般為40-70mg/m³,該濃度遠低于國家規定的排放指標150mg/m³的限值;并且鋁灰中的氮元素95%以上轉化成氮氣,生產現場沒有刺激性味道。

            ②固氟

            投入10T回轉爐中的固氟劑CaO等使細鋁灰中的可溶性氟元素發生固氟反應,轉化為不溶性的氟化物。固氟后的無害化細鋁灰倒轉熱灰進入密閉式灰斗,采用叉車將灰斗送入自動密閉傾翻機再倒入冷灰筒,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

            經過上述處理工藝得到的成品,AlO₃含量70-75%,主要為α-AlO₃,該氧化鋁與水、酸堿都不發生反應,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和耐火材料行業。

            4)生產工藝流程圖:生產工藝及產污環節示意圖見圖1。

            wps1.jpg

            1 生產工藝流程及產污環節示意圖

            2.1.2 環境評價環節

            本方案廢氣污染源主要有:鋁灰預處理及熱處理所用回轉爐處理及綜合利用系統產生的煙(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施處理后回用于廠區綠化、降塵,不外排。本方案噪聲主要為機械設備噪聲。本方案產生的固體廢物主要有:機械設備維護環節產生的廢機油和生活垃圾等。本方案產污環節見表1。

            1 本方案產污環節及處理措施一覽表

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            2.2 設備組成及要求

            2.2.1 設備組成:

            二次鋁灰無害化處理及輸送存儲設備:1套皮帶機、1套球磨機、1套振動篩、1套斗提機、2套儲存料倉、1套螺旋輸送機、110噸煅燒爐、1個爐前進料倉、1臺冷灰篩分桶、18萬風量除塵器等

            2.2.2 設備用途:本設備用于將二次鋁灰輸送進行高溫煅燒,進行無害化處理。

            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輸至皮帶機進料倉,通過密封式皮帶輸送機輸送至球磨機前前料倉的溜槽內,通過溜槽導向至球磨機內進行研磨初處理(采用皮帶輸送的方式是滿足球磨機的均勻給料,保證最佳的球磨效果)。經球磨機初次破碎處理后的物料通過直線振動篩的篩分作業,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的細粉末通過斗提機輸送至鋁粉儲料倉內,通過料位計控制的方式,定時定量的通過螺旋輸送機輸送至雷蒙磨內進行二次破碎(減少雷蒙磨的工作時間)。經雷蒙磨處理后,能達到120-150目的細粉末,此類的細粉末是作為能否達到煅燒的必要環節。煅燒后能達到1100-1400℃的高溫,將此類高溫灰通過溜槽導向至水平面以下的高速冷卻系統內進行強冷。冷卻過后能達到溫度<60℃、可作為下游生產線使用的成品灰,此類成品灰最后通過斗式提升機輸送至地面進行裝袋。整套二次灰設備配有完整、環保的脈沖布袋式除塵設備。

            2.3 設備技術規格及要求

            2.3.1 主要技術要求

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            2.3.2 設備明細清單

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            03

            二次鋁灰無害化處置方案分析

            3.1 優勢分析

            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(經過炒灰后含鋁量低于5%的鋁灰)中含有的微量單質鋁和氮化鋁(鋁灰中氮化鋁含量15-40%)與氧氣接觸產生燃燒反應,釋放一定熱量,產生氮化鋁轉化成氧化鋁和氮氣所需要的高溫條件,實現鋁灰從具有危險廢物屬性向不具有危險屬性的固體物體轉化的目的。

            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個工序,該技術是氮化鋁轉化水平高、無廢水和廢渣排放。

            3.1.3 能耗水平低:由于該生產流程不需要連續天然氣等能源,天燃氣做為開爐引燃用,后續生產過程中只需要電,整體功率約400kw,每處理1噸二次鋁灰用電約120KWh,費用約100-120/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 設備產能小型化: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,配合自有空壓機系統、水電公輔系統和廠房,整套主體設備投入約300-500萬(設備廠家和品牌不同)。如產能到10000/年,增加高溫煅燒爐一套,主體設備投資增加100-150萬。

            3.1.7 自動化程度高,操作難度低:高溫煅燒爐-再生鋁企業熟悉回轉爐操作,高溫煅燒爐與回轉爐類似,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,后續需考慮脫危后成品出路,一般考慮當地制磚廠資源化利用、凈水劑原料。

            3.2.1 成品產值低,基本作為一般固廢處理。

            3.3 與回轉窯方案比較

            該方案是無害化處置,投資成本較回轉窯工藝節約30-40%,運行成本節約70%,能耗節約約80%。產品為無害化固廢,去向主要為建材行業,產值較回轉窯工藝低90%,但產品出路廣,是適合自產鋁灰無害化處置較好選擇。

            04

            總結與展望

            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、運行成本低、自動化程度高、操作簡單、產品出路廣等特點,據了解,該處置方案在部分企業已經完成投產建設,并得到環保部門認可。結合廣東2021年底二次鋁灰應急處置方案(二次鋁灰作為制磚原料應急處置20萬噸)以及生態環境部對廣東環保廳的回復意見分析,二次鋁灰無害化處置工藝產品解決了二次鋁灰的反應性,產品經鑒定為一般固廢,從目前技術和政策層面分析,具有較好推廣價值。

            END

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