CN107381596A - 一种高效铝灰中AlN水解回收利用工艺及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高效铝灰中AlN水解回收利用工艺，其特征在于：将铝熔铸产生的铝灰与水按质量比例混合调制成泥状，在常温条件下反应；反应生成的氨气通过气泵抽入氨吸收槽中制备氨水。本发明还提供了一种高效铝灰中AlN水解回收利用装置，包括AlN水解装置和氨吸收装置，其特征在于：所述AlN水解装置包括反应主体和混合进料装置，混合进料装置的进料管伸入反应主体内部；进料管的内部设置有螺旋搅拌器，螺旋搅拌器连接驱动电机，在驱动电机的驱动作用下，螺旋搅拌器对铝灰和水进行混合并将混成泥的铝灰泥推进反应主体内，铝灰泥由对应的铝灰泥出口落入反应主体内部，并在摇摆电机作用下实现均匀进料，有利于物料充分反应和氨气及时排出反应主体。
Description
技术领域
本发明涉及再生铝业工艺技术及设备领域，具体是一种高效铝灰中AlN水解回收利用工艺及其装置。
背景技术
铝灰(或铝灰渣)是原铝生产、铝合金以及废铝回收过程中产生的一种渣。与其他重金属熔炼产生的炉渣不同，铝灰会浮在熔体表面并呈现出松散的灰渣状。 据统计，每生产 1000kg 铝，就会产生 25~50 kg 。全世界每年产生约500万吨。随着铝及铝合金产量的提高，铝灰的生成量也随之增大。因此，铝灰的绿色循环利用便成为了人们关注的热点。 目前，铝灰的利用基本上只是回收其中的金属铝，提取金属铝后的残灰大部分直接堆存或填埋处理，少部 分用于制造建筑材料的填料。回收金属铝后的残灰可用来生产氧化铝 、合成或制备Al-Si 合金等，但大部分残灰的利用尚处于试验研究阶段。 通过对铝灰的组成进行分析发现 含有Al、Al 外，还含有大量的AlN。铝灰中的 AlN 很不稳定，能与水发生反应放出氨气，造成残灰利用过程中的材料性能不稳定、溶液酸碱度发生变化；在堆存和填埋后，也会造成环境污染。因此，研究铝灰 AlN与水的反应行为，对铝灰的循环利用和避免环境污染具有重要的现实意义。AlN和水反应会生成氢氧化铝和氨气，这个反应被用来生产氨水。在再生铝业中，人们考虑利用这个反应用来进行铝灰中的AlN的制备氨水，专利文献（201510625455.7）中公开了铝灰中的AlN制氨的工艺方法是“将铝熔铸产生的铝灰与水按质量比1:1~1:10 进行调浆得到矿浆a，调浆过程中产生的NH3通过吸收塔吸收制成氨水”然而经过研究发现，通过铝灰与水混合调浆生成氨气的过程需要高温诱导，诱导温度越高，诱导时间越少，在100℃的高温诱导期需要10h以上，反应时间较长，氨气具有挥发性，长时间的反应导致氨气挥发量大，获得氨气的浓度低，成为铝灰中AlN的水解回收利用工艺的难点，同时在制备生成的氨气通常采用氨吸收塔吸收氨气获得氨水，而氨吸收塔的体积庞大，需要很高的高度才能达到按吸收的效果。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种无需反应诱导期，在常温常压下即可实现的高效铝灰中AlN水解回收利用工艺以及用于实现该工艺的装置。
为实现上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：一种高效铝灰中AlN水解回收利用工艺，其特征在于：将铝熔铸产生的铝灰或者烟气经除尘器收集的铝灰与水按质量比例混合调制成泥状，在常温条件下反应；反应生成的氨气通过气泵抽入氨吸收槽中制备氨水。
所述铝灰和水的质量比大于或等于1:0.3且小于1:1。
所述铝灰和水静止反应0.5小时。
本发明还提供了用于实现上述工艺的一种高效铝灰中AlN水解回收利用装置，包括AlN水解装置和氨吸收装置，其特征在于：所述AlN水解装置包括反应主体和混合进料装置，反应主体上方的侧壁上设置有进料口，混合进料装置包括进料管，进料管通过进料口伸入反应主体内部；反应主体的顶部设置锥形罩，锥形罩的顶部设置氨气出口，氨气出口连接抽气泵的进气端，抽气泵的出气端连接气管，所述气管贯穿氨吸收装置且位于氨吸收装置内的管路上设置有气孔；
所述进料管的进料端设置有进水口和铝灰加料口，进水口处设置有调节阀，铝灰加料口上方连接铝灰料斗，铝灰料斗的底部设置开度挡板，所述开度挡板连接开度阀门，通过旋转开度阀门控制开度挡板的角度从而控制铝灰进料的速度；进料管的内部设置有螺旋搅拌器，螺旋搅拌器连接驱动电机并通过的驱动电机驱动实现混合搅拌作用，进料管伸入反应主体内的一端设置多个铝灰泥出口，每个铝灰泥出口上均对应设置有电动阀门，所述电动阀门与控制器电连接，通过阀门的开关控制进料的均匀性。
所述反应主体外设置保温夹层。
所述反应主体上设置内壁上安装有温感器，温感器连接报警器。
所述进料管连接摇摆电机。
所述反应主体内设置有落料底板，落料底板的下方设置灰渣出口，落料底板在底部设置可以上下伸缩的气缸。
本发明的有益效果为：
1、通过改变铝灰与水的混合状态，改变了铝灰中的AlN的水解工艺过程，省去了水解反应前的诱导过程，极大程度上缩短了反应的时间，同时反应在常温条件下进行，无需高温或者高压条件，降低了反应的难度，节约能耗。
2、本发明的混合进料装置采用螺旋搅拌器，螺旋搅拌器一方面对铝灰和水起到混合作用，另一方面能够将混合的铝灰和水向反应主体内部推进，采用摇摆的进料管并结合对每个铝灰泥出口的开关的控制从而达到均匀进料的作用，扩大反应面积，使生成的氨气能够及时排出，提高氨气生成速率。
3、通过调节阀门和开度阀门分别进水量和铝灰进料量，使铝灰和水混合成泥状，达到高效铝灰中AlN水解的物料状态条件，通过保温夹层减少自热反应过程中的热量散失，提高反应的速率，提高生成氨气的浓度，通过控制气缸推动落料底板，实现轻松地将反应后的铝渣及时排出，整个装置操作简单、控制方便，能够达到高效铝灰中AlN水解回收利用工艺的要求。
附图说明
图1是本发明的结构示意图，
其中，1-反应主体、2-混合进料装置、3-氨吸收装置、4-抽气泵，
11-锥形罩、12-保温夹层、13-落料底板、14-气缸、15-灰渣出口、21-螺旋搅拌器、22-驱动电机、23-摇摆电机、24-铝灰料斗、25-进水口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
一种高效铝灰中AlN水解回收利用工艺，其特征在于：将铝熔铸产生的铝灰或者烟气经除尘器收集的铝灰与水按大于或等于1:0.3且小于1:1的质量比例混合调制成泥状，在常温条件下反应；反应生成的氨气通过气泵抽入氨吸收槽中制备氨水。
在本实施例中，由于铝灰与水混合调制成泥状，加之AlN和水反应会生成氢氧化铝和氨气属于放热反应，因此反应的热量在泥状的物料状态条件下得到保持并随着反应不断累加，从而促进了AlN和水反应的进行，省去了反应需要高温长时间诱导的过程，经过测定，只需0.5小时即可完成反应，极大提高了铝灰中的AlN的水解反应速率，减少工艺时间，提高氨生成的速率和生成的浓度，生成的氨气可直接通过抽气泵抽入氨吸收槽中制备较高浓度的氨水，同时聚集和累积的反应热使反应能够在常温常压下即可实现，降低了工艺条件的难度。
如图1所示，一种高效铝灰中AlN水解回收利用装置，包括AlN水解装置和氨吸收装置3，其特征在于：所述AlN水解装置包括反应主体1和混合进料装置2，反应主体1上方的侧壁上设置有进料口，混合进料装置2包括进料管，进料管通过进料口伸入反应主体1内部；反应主体1的顶部设置锥形罩11，锥形罩11的顶部设置氨气出口，氨气出口连接抽气泵4的进气端，抽气泵4的出气端连接气管，所述气管贯穿氨吸收装置3且位于氨吸收装置3内的管路上设置有气孔；
所述进料管的进料端设置有进水口25和铝灰加料口，进水口25处设置有调节阀，铝灰加料口上方连接铝灰料斗24，铝灰料斗24的底部设置开度挡板，所述开度挡板连接开度阀门，通过旋转开度阀门控制开度挡板的角度从而控制铝灰进料的速度；进料管的内部设置有螺旋搅拌器21，螺旋搅拌器21连接驱动电机22并通过的驱动电机22驱动实现混合搅拌作用，进料管伸入反应主体1内的一端设置多个铝灰泥出口，每个铝灰泥出口上均对应设置有电动阀门，所述电动阀门与控制器电连接，通过阀门的开关控制进料的均匀性。
进一步地，所述反应主体1外设置保温夹层12。
进一步地，所述反应主体1上设置内壁上安装有温感器，温感器连接报警器。
更进一步地，所述进料管连接摇摆电机23，所述摇摆电机23可以带动混合进料装置2进行匀速的左右摇摆运动。
更进一步地，所述反应主体1内设置有落料底板13，落料底板13的下方设置灰渣出口15，落料底板13在与灰渣出口15相对的一侧的底部设置可以上下伸缩的气缸14。
在具体工艺过程中，铝熔铸产生的铝灰置于铝灰料斗24，通过调节开度阀门控制开度挡板的开度大小从而有效调节铝灰的进料速度，通过调节调节阀调节水的流量，铝灰和水在混合进料装置2的进料管内的螺旋搅拌器21的作用下进行混合成泥状，通过在螺旋搅拌器21的推动作用下不断向反应主体1方向运动，通过对应的铝灰泥出口洒落到反应主体1内部进行AlN的水解反应，通过调节各个铝灰泥出口的开合配合进料管的左右摇摆式运动，从而保证铝灰泥能够均匀平铺在反应主体1内部反应。
铝灰泥的物料状态使AlN水解的反应热得到聚集和累积，并在保温夹层12的作用下防止热量散失，促进反应进一步高效进行，反应生成的氨气在抽气泵4的作用下由反应主体1上方的氨气出口进入连接的气管中，氨气从气管中的气孔逸出直接与氨吸收槽中的水或者低浓度的氨水充分接触并被吸收制备氨水。
在本实施例中，铝灰泥能够均匀地间歇性地洒落在反应主体1内，一方面保证了反应所需的时间，保证物料完全反应，另一方面使反应生成的氨气有足够大的扩散面及时飘逸到反应主体1的上方进入管路中，同时还能够对反应主体1内的控制反应主体1内的热量不会过高导致过热的危险，在温度超过设定上限的情况下，报警器报警，并停止铝灰进料，保障工艺过程的安全；水解反应后余下的灰渣可以通过调节气缸14控制落料底板13向灰渣出口15倾斜，灰渣自动由灰渣出口15输出。
上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理和最佳实施例，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
Claims (9)
1.一种高效铝灰中AlN水解回收利用工艺，其特征在于：将铝熔铸产生的铝灰或者烟气经除尘器收集的铝灰与水混合调制成泥状，在常温条件下反应；反应生成的氨气通过气泵抽入氨吸收槽中制备氨水。
2.根据权利要求1所述的高效铝灰中AlN水解回收利用工艺，其特征在于：所述铝灰和水的质量比小于1:1。
3.根据权利要求1所述的高效铝灰中AlN水解回收利用工艺，其特征在于：所述铝灰和水的质量比大于或等于1:0.3。
4.根据权利要求1所述的高效铝灰中AlN水解回收利用工艺，其特征在于：所述铝灰和水静止反应0.5小时。
5.一种高效铝灰中AlN水解回收利用装置，包括AlN水解装置和氨吸收装置，其特征在于：所述AlN水解装置包括反应主体和混合进料装置，反应主体上方的侧壁上设置有进料口，混合进料装置包括进料管，进料管通过进料口伸入反应主体内部；反应主体的顶部设置锥形罩，锥形罩的顶部设置氨气出口，氨气出口连接抽气泵的进气端，抽气泵的出气端连接气管，所述气管贯穿氨吸收装置且位于氨吸收装置内的管路上设置有气孔；
所述进料管的进料端设置有进水口和铝灰加料口，进水口处设置有调节阀，铝灰加料口上方连接铝灰料斗，铝灰料斗的底部设置开度挡板，所述开度挡板连接开度阀门，通过旋转开度阀门控制开度挡板的角度从而控制铝灰进料的速度；进料管的内部设置有螺旋搅拌器，螺旋搅拌器连接驱动电机并通过驱动电机驱动实现混合搅拌作用，进料管伸入反应主体内的一端设置多个铝灰泥出口，每个铝灰泥出口上均对应设置有电动阀门，所述电动阀门与控制器电连接。
6.根据权利要求5所述的高效铝灰中AlN水解回收利用装置，其特征在于：所述反应主体外设置保温夹层。
7.根据权利要求5所述的高效铝灰中AlN水解回收利用装置，其特征在于：所述反应主体的内壁上安装有温感器，温感器连接报警器。
8.根据权利要求5所述的高效铝灰中AlN水解回收利用装置，其特征在于：所述进料管连接摇摆电机。
9.根据权利要求5所述的高效铝灰中AlN水解回收利用装置，其特征在于：所述反应主体内设置有落料底板，落料底板在底部设置气缸，落料底板下方设置灰渣出口。
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