浅析二次铝灰小型化火法处置工艺方案

01.概    述

　　随着2021年二次铝灰被列为危废，国内大部分产灰企业都处于观望状态，特别是国家在政策上没有明确二次铝灰处置工艺，企业在投资方面都比较谨慎。但从实际情况分析，铝灰的产出却在不断增加，给产灰企业压力越来越大，探索一套成熟可靠的工艺解决二次铝灰现状是迫在眉睫的问题。

　　据了解，国内二次铝灰处置工艺主要有火法工艺、湿法工艺、火法和湿法结合工艺。其中，火法工艺主要有资源化回转窑工艺；湿法工艺主要有脱氨-固氟-绿色循环利用工艺；火法和湿法结合工艺有“多段连续强化水解浸出+高值定向转化”工艺，火法高温煅烧结合聚合氯化铝工艺，湿法提盐火法制铝酸钙工艺。以上工艺主要围绕湿法脱氨、固氟后考虑资源化以及火法直接固氟、脱氮后资源化考虑，但在实际项目实施过程中，由于以上工艺针对处置体量在万吨、投资规模数千万级以上，且存在产品出路和铝灰处置价格的不确定性，企业投资意愿不强。特别是对于产灰企业来说，公司普遍规模较小，产灰量普遍在万吨以下，且对资源化没有明确需求，主要目的是达到国家环保要求，解决企业二次铝灰脱危实际问题。因此，本文结合现阶段二次铝灰处置实际情况，简单介绍小型化二次铝灰无害化处置方案。

　　02.5000吨/年二次铝灰无害化方案介绍

　　2.1  工艺描述

　　2.1.1  二次铝灰无害化生产工艺流程

　　本生产工艺的原料是二次铝灰，二次铝灰除铁后经过破碎、磨粉、筛分后将铝和粉末分离，直到含铝量趋于零，这样二次铝灰经过充分活化，具备充分燃烧的条件；将二次铝灰和除尘灰合适配比，通过自动输送设备送至大型煅烧炉内，再加入热渣或通过点火设备对二次铝灰进行引燃，大型煅烧炉中的二次铝灰自燃产生氮化铝发生反应的高温条件，释放出热量，该热量将二次铝灰中含有的氮化铝充分煅烧脱氮，去除二次铝灰的反应性和燃烧性。同时根据二次铝灰成份需要加入氧化钙固氟做无害化处理。

　　经过炉内反应完毕的无害化物料经过冷却和分级，最终得到合格成品，该成品主要成份为三氧化二铝，用做建筑材料、耐火材料和净水剂等领域的原材料。

　　（1）二次铝灰破碎筛分

　　首先将二次铝灰除铁，通过自动输送机抽料输送至破碎、磨粉、筛分机投料口，筛分出颗粒铝与细灰，把细灰自动输送至10T高温煅烧炉顶上的料仓待用，颗粒铝进入炒灰机或者回转炉进行金属铝回收。细灰进入铝灰无害化系统。

　　（2）铝灰无害化处理

　　CaO、二次铝灰、除尘器收集的粉末通过自动设备输送至铝灰无害化系统的10T煅烧炉，进行脱氮和固氟。

　　①脱氮反应

　　氮化铝氧化热分解理论分析

　　600-800℃间，铝灰出现了第一个吸热峰主要是由于氮化铝氧化成氧化铝。此外，600-800℃区域的热流曲线呈明显的下降趋势，氮化铝氧化主要来源于该温度区域。在1100℃之后二次铝灰基本处于失重状态，此时氮化铝大部分已被氧化。

　　因此，实际生产时控制10T煅烧炉的温度（1000-1100℃）和空气流量等，使铝灰中的氮化铝（AlN）在高温条件下发生氧化反应，在设定氧含量及温度的工艺条件下使铝灰中的氮元素转化成氮气，其余氮元素转化为NOx。反应方程式如下：

　　从已经投产的设备实际发生的氮氧化物实测数据，该反应产生的氮氧化物浓度较低，浓度一般为40-70mg/m3，该浓度远低于国家规定的排放指标150mg/m3的限值；并且铝灰中的氮元素95%以上转化成氮气，生产现场没有刺激性味道。

　　②固氟

　　投入10T回转炉中的固氟剂CaO等使细铝灰中的可溶性氟元素发生固氟反应，转化为不溶性的氟化物。固氟后的无害化细铝灰倒转热灰进入密闭式灰斗，采用叉车将灰斗送入自动密闭倾翻机再倒入冷灰筒，降温后的无害化粉末作为混凝土路面砖、耐火材料的原料使用。

　　（3）无害化成品

　　经过上述处理工艺得到的成品，Al?O?含量70-75%，主要为α-Al?O?，该氧化铝与水、酸碱都不发生反应，是良好的建筑材料、耐火材料、净水剂的原料，可以直接效果给建筑行业和耐火材料行业。

　　（4）生产工艺流程图：生产工艺及产污环节示意图见图1。

　　图1    生产工艺流程及产污环节示意图

　　2.1.2  环境评价环节

　　本方案废气污染源主要有：铝灰预处理及热处理所用回转炉处理及综合利用系统产生的烟（粉）尘、氟化物、SO2、NOx废气、车间无组织废气等。本方案工艺无废水外排，生活污水依托公司一体化生活污水处理设施处理后回用于厂区绿化、降尘，不外排。本方案噪声主要为机械设备噪声。本方案产生的固体废物主要有：机械设备维护环节产生的废机油和生活垃圾等。本方案产污环节见表1。

　　表1    本方案产污环节及处理措施一览表

　

　　2.2  设备组成及要求

　　2.2.1 设备组成：

　　二次铝灰无害化处理及输送存储设备：1套皮带机、1套球磨机、1套振动筛、1套斗提机、2套储存料仓、1套螺旋输送机、1台10吨煅烧炉、1个炉前进料仓、1台冷灰筛分桶、1套8万风量除尘器等

　　2.2.2 设备用途：本设备用于将二次铝灰输送进行高温煅烧，进行无害化处理。

　　2.2.3 原料品种：二次铝灰和收尘灰。

　　2.2.4 工艺流程描述：叉车将车间需处理的库存铝灰运输至皮带机进料仓，通过密封式皮带输送机输送至球磨机前前料仓的溜槽内，通过溜槽导向至球磨机内进行研磨初处理（采用皮带输送的方式是满足球磨机的均匀给料，保证最佳的球磨效果）。经球磨机初次破碎处理后的物料通过直线振动筛的筛分作业，分选出＞4mm的块状铝（此类物料的含铝量＞95%）用料箱接走，剩下≤4mm的细粉末通过斗提机输送至铝粉储料仓内，通过料位计控制的方式，定时定量的通过螺旋输送机输送至雷蒙磨内进行二次破碎（减少雷蒙磨的工作时间）。经雷蒙磨处理后，能达到120-150目的细粉末，此类的细粉末是作为能否达到煅烧的必要环节。煅烧后能达到1100-1400℃的高温，将此类高温灰通过溜槽导向至水平面以下的高速冷却系统内进行强冷。冷却过后能达到温度＜60℃、可作为下游生产线使用的成品灰，此类成品灰最后通过斗式提升机输送至地面进行装袋。整套二次灰设备配有完整、环保的脉冲布袋式除尘设备。

　　2.3  设备技术规格及要求

　　2.3.1 主要技术要求

　　2.3.2 设备明细清单

　　03.二次铝灰无害化处置方案分析

　　3.1  优势分析

　　3.1.1  工艺原理成熟：二次铝灰无害化处理是充分利用二次铝灰（经过炒灰后含铝量低于5%的铝灰）中含有的微量单质铝和氮化铝（铝灰中氮化铝含量15-40%）与氧气接触产生燃烧反应，释放一定热量，产生氮化铝转化成氧化铝和氮气所需要的高温条件，实现铝灰从具有危险废物属性向不具有危险属性的固体物体转化的目的。

　　3.1.2  工序简单：二次铝灰无害化过程采用磨粉、密封输送、自送上料和煅烧、冷却和收尘等5个工序，该技术是氮化铝转化水平高、无废水和废渣排放。

　　3.1.3  能耗水平低：由于该生产流程不需要连续天然气等能源，天燃气做为开炉引燃用，后续生产过程中只需要电，整体功率约400kw，每处理1吨二次铝灰用电约120KWh，费用约100-120元/吨，是目前市面上所有二次铝灰无害化方法中能耗水平最低的。

　　3.1.4  设备产能小型化：年处理二次铝灰量为5000吨以上。

　　3.1.5  占地面积小：主体设备占地面积约500m2，含原料和成品约1000m2厂房。

　　3.1.6  投资省：年处理5000吨二次铝灰，配合自有空压机系统、水电公辅系统和厂房，整套主体设备投入约300-500万（设备厂家和品牌不同）。如产能到10000吨/年，增加高温煅烧炉一套，主体设备投资增加100-150万。

　　3.1.7  自动化程度高，操作难度低：高温煅烧炉-再生铝企业熟悉回转炉操作，高温煅烧炉与回转炉类似，公司对高温煅烧炉能较快掌握。

　　3.2  劣势分析

　　3.2.1  成品为一般固废，后续需考虑脱危后成品出路，一般考虑当地制砖厂资源化利用、净水剂原料。

　　3.2.1  成品产值低，基本作为一般固废处理。

　　3.3  与回转窑方案比较

　　该方案是无害化处置，投资成本较回转窑工艺节约30-40%，运行成本节约70%，能耗节约约80%。产品为无害化固废，去向主要为建材行业，产值较回转窑工艺低90%，但产品出路广，是适合自产铝灰无害化处置较好选择。

　　04.总结与展望

　　二次铝灰火法无害化处置工艺作为火法工艺，具有投资省、占地面积小、运行成本低、自动化程度高、操作简单、产品出路广等特点，据了解，该处置方案在部分企业已经完成投产建设，并得到环保部门认可。结合广东2021年底二次铝灰应急处置方案（二次铝灰作为制砖原料应急处置20万吨）以及生态环境部对广东环保厅的回复意见分析，二次铝灰无害化处置工艺产品解决了二次铝灰的反应性，产品经鉴定为一般固废，从目前技术和政策层面分析，具有较好推广价值。

资料好，值得大家学习哦！