CN107879365A - 一种利用脱硅粉煤灰烧结法生产氧化铝的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用脱硅粉煤灰烧结法生产氧化铝的系统，包含脱硅粉煤灰烧结机构、氢氧化铝提取装置和焙烧装置，脱硅粉煤灰烧结机构包含第一球磨机、料仓、半悬浮炉、冷却机、第二球磨机、以及输送机构，该利用脱硅粉煤灰烧结法生产氧化铝的系统不仅实现了低能耗，还进一步提高了生产率。本发明还公开了一种利用脱硅粉煤灰烧结法生产氧化铝的方法。
Description
技术领域
本发明涉及火法冶金设备技术领域，尤其涉及一种利用脱硅粉煤灰烧结法生产氧化铝的系统及方法。
背景技术
目前从矿石中提取氧化铝的方法主要有：碱石灰烧结法、拜耳-烧结联合法等。碱石灰烧结法通常采用传统回转窑，粉状粉煤灰经回转窑烧结后成为块状，后续破碎能耗较大；并且回转窑内的熟料呈块状滚动烧结，易导致熟料块内外烧结程度不同等缺陷。由于传统回转窑的上述特点导致现有烧结工艺耗能高且产量低，在一定程度上限制了烧结法生产氧化铝的发展。
因此，如何提高降低能耗、提高生产率成为烧结工序亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种利用脱硅粉煤灰烧结法生产氧化铝的系统及方法。
依据本发明的一种利用脱硅粉煤灰烧结法生产氧化铝的系统，包含脱硅粉煤灰烧结机构、氢氧化铝提取装置和焙烧装置，脱硅粉煤灰烧结机构包含第一球磨机、料仓、半悬浮炉、冷却机、第二球磨机、以及输送机构，其中，
第一球磨机将原料混合制球，并将制得的原料球送入料仓储存；
半悬浮炉包含炉体和设置于炉体内的活动停留平台，炉体包含由上至下依次连通的预热室、燃烧室和熟料区，预热室和熟料是分别通过第一烟道和第二烟道与外界环境连通；
冷却机与半悬浮炉的出料口连接；
第二球磨机对烧结后的物料进行湿磨溶出；
输送机构包含连接第一球磨机和料仓的传送带、连接料仓和半悬浮炉的螺旋输送机、以及连接冷却机和第二球磨机的槽式输送机。
进一步地，脱硅粉煤灰烧结机构包含筛分机和辊式破碎机，其中，冷却后的物料经筛分机筛分，粗料进入辊式破碎机破碎后进入第二球磨机进行湿磨溶出，细料直接进入第二球磨机进行湿磨溶出。
进一步地，氢氧化铝提取装置包含供溶出料浆依次流过的溶出沉降槽、清液槽、管道脱硅器、叶滤机、脱硅沉降槽、多个碳分槽以及平盘过滤机。
进一步地，燃烧室呈圆槽状，并且燃烧室侧壁上设置有第一燃烧器和第二燃烧器。
进一步地，活动停留平台包含临近第一燃烧器设置的第一活动停留平台和临近第二燃烧器设置的第二活动停留平台，第一活动停留平台和第二活动停留平台之间留有第二物料下落通道，燃烧室的侧壁上设置有轨道，第一燃烧器和第二燃烧器可独立的沿轨道在垂直方向和水平方向上移动。
依据本发明的一种利用脱硅粉煤灰烧结法生产氧化铝的方法，方法使用权利要求1-5任一项的系统，方法包含以下步骤：
步骤一：将质量比满足NaO2：Al2O3＝0.9～0.98，CaO：SiO2＝1.9～2.1的脱硅粉煤灰和石灰石、碳酸钠加入第一球磨机，以喷淋的方式添加粘结剂，制成1mm～3mm的原料球，并将原料球由传送带送入料仓储存；
步骤二：通过螺旋输送机将原料球由料仓送入半悬浮炉在1200℃～1400℃的温度下进行烧结；
步骤三：烧结后的物料进入冷却机冷却至150℃以下；
步骤四：使用第二球磨机对冷却后的物料进行湿磨溶出；
步骤五：将溶出料浆经的沉降槽沉降，所得清液流入清液槽储存，储存的清液依次进入管道脱硅器一段脱硅、经叶滤机过滤、以及进入脱硅沉降槽二次脱硅，得到脱硅后的铝酸钠溶液；
步骤六：脱硅后的铝酸钠溶液先后流经多个碳分槽进行反应，得到含有氢氧化铝的料浆，其中每一碳分槽底部通入CO2气体；
步骤七：含有氢氧化铝的料浆进入平盘过滤机进行过滤，得到氢氧化铝；
步骤八：氢氧化铝经气态悬浮炉焙烧得到氧化铝。
进一步地，步骤二包含：原料球由半悬浮炉上部进入，经预热室均匀预热后在活动停留平台上短暂停留，由燃烧器加热进行高温烧结反应。
进一步地，步骤二包含：通过调整燃烧器的位置控制烧结区域；通过调节火焰长度控制烧结温度。
进一步地，步骤四包含：冷却后的物料经筛分机筛分，粗料进入辊式破碎机破碎后进入第二球磨机进行湿磨溶出，细料直接进入第二球磨机进行湿磨溶出。
进一步地，步骤五包含：将溶出沉降槽下部的料浆放入洗涤沉降槽中热水洗涤沉降，所得沉淀经压滤机压滤得到硅钙渣后排出；步骤七包含：过滤所得母液返回至碳酸钠蒸发站进行蒸发，结晶所得碳酸钠经过滤烘干后重新配料。
由于采用于上技术方案，本发明与现有技术相比具有以下优点：
(1)采用干法配料烧结的工艺，避免了湿法配料蒸发水分、预热物料带来的能耗较高的缺点；
(2)烧结法和混联法中，浆料在回转窑以滚动状态焙烧，而物料均呈块状滚动，本工艺采用干法下料，散状物料在烟气中下落过程中预热，在炉膛高温区反应烧结成熟料，彻底避免了不同大小块状物料的传质速率不同导致的过烧和生烧的缺点。
(3)半悬浮炉采取双燃烧器配置，可以保证有一个较大的温场。
(4)在半悬浮炉的燃烧器前端、粉煤灰原料下料点下方，安装一个物料活动停留平台，粉煤灰原料落在平台上可停留一段时间再下落进冷却机，降低出现生烧、过烧熟料的比率。
(5)半悬浮炉属于静态炉，比目前通用的回转窑维护方便，投资建设成本低。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得显而易见和容易理解，其中：
图1是依据本发明的示例性系统的示意图；
图2是依据本发明的示例性半悬浮炉的示意图；
图3是图2所示脱硅粉煤灰烧结用半悬浮炉的截面图；
图4是依据本发明的示例性方法的流程图。
附图标记说明：
1预热室，11第一入料口，12第二入料口，2燃烧室，21第一燃烧器，22第二燃烧器，3熟料室，31出料口，41第一活动停留平台，42第二活动停留平台，51第一物料下落通道，52第二物料下落通道，6第一烟道，7第二烟道，8冷却机。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，依据本发明的利用脱硅粉煤灰烧结法生产氧化铝的示例性系统总体包含依次连接的脱硅粉煤灰烧结机构、氢氧化铝提取装置以及焙烧装置。
具体地，脱轨粉煤灰烧结机构包含第一球磨机、传送带、料仓、螺旋输送机、半悬浮炉、冷却机、槽式输送机、筛分机、辊式破碎机以及第二球磨机。其中，第一球磨机用于将原料混合并制成1mm-3mm的小球，并通过传送带将小球送入料仓储存；料仓中的小球经螺旋输送机送入半悬浮炉中进行烧结，烧好的球团经连接至半悬浮炉出料口的单筒冷却机冷却至低于150℃；降温后的球团经筛分机筛分，所得细料直接进入第二球磨机进行湿磨溶出，粗料则经辊式破碎机破碎后再进入第二球磨机湿磨溶出，得到溶出浆料。
氢氧化铝提取装置包含供溶出料浆依次流过的溶出沉降槽、清液槽、管道脱硅器、叶滤机、脱硅沉降槽、多个碳分槽以及平盘过滤机。溶出浆料经溶出沉降槽沉降，清液进入由清液槽、管道脱硅器、叶滤机、脱硅液沉降槽构成的脱硅系统得到脱硅液，泥料先后经过多个洗涤沉降槽进行热水洗涤沉降分离出硅钙渣料浆，再由压滤机压出含水量低的硅钙渣并将硅钙渣排出；脱硅液经多个由底部通入CO2气体的碳分槽后分解出氢氧化铝和氢氧化钠，其中，含氢氧化钠的母液返回蒸发系站进行蒸发，结晶所得碳酸钠经过滤烘干后重新配料，含氢氧化铝的浆料经平盘过滤机后产出氢氧化铝。
所得氢氧化铝经焙烧装置焙烧即可得到氧化铝。在本发明的实施例中，焙烧装置选用气态悬浮炉，本领域技术人员也可以依据实际生产需要选择其他焙烧装置。
本发明采用半悬浮炉替代传统的回转窑实现粉煤灰的烧结。如图2和图3所示，依据本发明半悬浮炉包含炉体和设置于炉体内的活动停留平台。具体地，炉体由上至下依次设置有预热室1、燃烧室2和熟料室3。粉煤灰原料从预热室1开始由上至下做自由落体运动，经过燃烧室2时在活动停留平台上做短暂停留，待烧结反应充分完成后落入熟料室3内。优选地，可以通过在活动停留平台下部安装液压装置等方式实现该活动停留平台在一定高度范围内的升降，以方便选择性地确定烧结区域。
预热室1靠近顶部处的侧壁上对称设置有第一入料口11和第二入料口12，两个入料口各自与例如螺旋输送机这样的输送装置连接，并由输送装置分别通过第一入料口11和第二入料口12将待烧结的粉煤灰原料送入半悬浮炉中。预热室1的侧壁上还设置有连通预热室1与外部环境的第一烟道6。该第一烟道6优选为下沉式烟道，操作者可以通过控制第一烟道6端部的蝶阀控制该烟道的烟气流量，从而控制粉煤灰原料的余热速度。优选地，该第一烟道6与预热室1的连接处设置成低于入料口11。该第一烟道6的高度低于入料口11，一方面可以防止烟气从入料口逸出，另一方面也可防止烟气损坏入料传送装置。在本发明的实施例中，预热室1可以设置成直径3m-4m、高度20m以上的圆柱体，本领域技术人员也可依据实际生产规模设计预热室1的直径及高度。
位于预热室1下方的燃烧室2总体呈圆槽状，即燃烧室2的直径大于预热室1和熟料室3的直径，燃烧室2包含直径逐渐增大的预热室-燃烧室过渡区、直径恒定的稳定区以及直径逐渐减小的燃烧室-熟料室过渡区。燃烧室2稳定部分的侧壁上彼此相对地设置有第一燃烧器21和第二燃烧器22，二者各自沿水平方向朝向燃烧室2的中心区域喷射火焰，以使炉膛内部具有高温火焰旋流，确保燃烧室2内有1200℃-1400℃的高温区。优选地，可以在燃烧室2的侧壁上设置导轨，以使第一燃烧器21和第二燃烧器22能够独立地沿着轨道在垂直方向上和水平方向上移动。
在本发明的实施例中，第一燃烧器21和第二燃烧器22可分别沿轨道水平移动至与炉体切线所呈夹角α为30°-90°的位置，以利于炉膛内部高温火焰旋流的生成。当第一燃烧器21和第二燃烧器22前端活动停留平台上的物料堆积过多时，可以降低第一燃烧器21和第二燃烧器22的高度，使活动停留平台上的物料落至熟料室3。优选地，第一燃烧器21和第二燃烧器22可以是煤粉燃烧器，操作者可以通过调节煤粉的流量控制火焰的长度，从而调节燃烧室2内的温度。燃烧室2稳定区的直径可以设置成20m，其最大高度处的高度可以设置成6m，本领域技术人员也可依据实际生产规模设计燃烧室2的直径及高度。
熟料室3的下端的出料口31与冷却机8连接，落入熟料室3的熟料由出料口31进入冷却机8中，经冷却机的旋转冷却降温至150℃以下。另外，熟料区3还可以设置与外界环境连通的第二烟道7，该第二烟道7优选为水平式烟道，操作者可以通过控制第二烟道7端部的蝶阀控制该烟道的烟气流量，从而控制熟料的下落速度。在本发明的实施例中，熟料室3可以设置成直径5m、高度5m的圆柱体，本领域技术人员也可依据实际生产规模设计熟料室3的直径及高度。
活动停留平台由彼此分离的第一活动停留平台41和第二活动停留平台42构成。其中，第一活动停留平台41位于第一燃烧器前端21与由第一入料口11进入的粉煤灰原料下落点的下方；同样地，第二活动停留平台42位于第二燃烧器42与由第二入料口12进入的粉煤灰原料下落点的下方。如图2所示，围绕第一活动停留平台41和第二活动停留平台42的四周留有环形的第一物料下落通道51，第一活动停留平台41和第二活动停留平台42之间留有直线型的第二物料下落通道52。当预热后的粉煤灰原料掉落至第一活动停留平台41和第二活动停留平台42上后会在燃烧室3的高温区做短暂停留，以使烧结反应充分进行，待物料堆积至一定高度后便会自动经第一物料下落通道51或第二物料下落通道52掉落至熟料室3。
粉煤灰原料由入料口11送入半悬浮炉内，粉煤灰原料在下落过程中于预热室1内均匀预热。随后，粉煤灰原料下落至活动停留平台上，由燃烧器加热至1200℃-1400℃进行高温烧结反应，其中，通过调整燃烧器的位置控制烧结区域，通过调节火焰长度控制烧结温度。粉煤灰落入高温区域后，粒子当中的Al2O3与Na2O、CaO与SiO2高温反应成铝酸钠和硅酸二钙。烧结反应产物因粉煤灰原料的不断堆积下落至熟料室3。
如图4所示，依据本发明的利用脱硅粉煤灰烧结法生产氧化铝的方法总体包含以下步骤：
步骤一：将脱硅粉煤灰和石灰石、碳酸钠加入第一球磨机，以喷淋的方式添加粘结剂，制成1mm～3mm的原料球，并将原料球由传送带送入料仓储存。其中，出于不同产地的粉煤灰的氧化铝含量存在差距，例如，内蒙古高铝粉煤灰的氧化铝含量在35～40％内，并且不同地方的石灰石的有效钙含量也均不相同，因此，各原料配比仅需满足质量比NaO2：Al2O3＝0.9～0.98，CaO：SiO2＝1.9～2.1即可。其中，Al2O3来自粉煤灰，CaO来自石灰石，NaO来自于碳酸钠，SiO2来自于粉煤灰。
步骤二：通过螺旋输送机将原料球由料仓送入半悬浮炉在1200℃～1400℃的温度下进行烧结，其中，原料球由半悬浮炉上部进入，经预热室均匀预热后在活动停留平台上短暂停留，由燃烧器加热进行高温烧结反应，烧结过程中通过调整燃烧器的位置控制烧结区域；通过调节火焰长度控制烧结温度。
步骤三：烧结后的物料进入冷却机冷却至150℃以下。
步骤四：冷却后的物料经筛分机筛分，粗料进入辊式破碎机破碎后进入第二球磨机进行湿磨溶出，细料直接进入第二球磨机进行湿磨溶出。
步骤五：将溶出料浆经的沉降槽沉降，所得清液流入清液槽储存，储存的清液依次进入管道脱硅器一段脱硅、经叶滤机过滤、以及进入脱硅沉降槽二次脱硅，得到脱硅后的铝酸钠溶液；将溶出沉降槽下部的料浆放入洗涤沉降槽中热水洗涤沉降，所得沉淀经压滤机压滤得到硅钙渣后排出。
步骤六：脱硅后的铝酸钠溶液先后流经多个碳分槽进行反应，得到含有氢氧化铝的料浆，其中每一碳分槽底部通入CO2气体。
步骤七：含有氢氧化铝的料浆进入平盘过滤机进行过滤，得到氢氧化铝；过滤所得母液返回至碳酸钠蒸发站进行蒸发，结晶所得碳酸钠经过滤烘干后重新配料。
步骤八：氢氧化铝经气态悬浮炉焙烧得到氧化铝。
通过上述方法生产氢氧化铝的实施例的原料配比与烧结温度如表1所示：
表1
| NaO2：Al2O3 | CaO：SiO2 | 烧结温度(℃) | |
| 实施例1 | 0.95 | 2.1 | 1300 |
| 实施例2 | 0.9 | 1.9 | 1200 |
| 实施例3 | 0.98 | 2 | 1400 |
传统烧结法和混联法物料能耗高的原因主要在于预热和维持物料到1300℃～1400℃，而本发明的方法没有烧结法和混联法当中物料的30％水分，且物料呈散状烧结，而不是结块烧结，有效降低了能耗，节约了生产成本。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种利用脱硅粉煤灰烧结法生产氧化铝的系统，其特征在于，包含脱硅粉煤灰烧结机构、氢氧化铝提取装置和焙烧装置，所述脱硅粉煤灰烧结机构包含第一球磨机、料仓、半悬浮炉、冷却机、第二球磨机、以及输送机构，其中，
所述第一球磨机将原料混合制球，并将制得的原料球送入所述料仓储存；
所述半悬浮炉包含炉体和设置于所述炉体内的活动停留平台，所述炉体包含由上至下依次连通的预热室、燃烧室和熟料区，所述预热室和所述熟料是分别通过第一烟道和第二烟道与外界环境连通；
所述冷却机与所述半悬浮炉的出料口连接；
所述第二球磨机对烧结后的物料进行湿磨溶出；
所述输送机构包含连接所述第一球磨机和所述料仓的传送带、连接所述料仓和所述半悬浮炉的螺旋输送机、以及连接所述冷却机和所述第二球磨机的槽式输送机。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述脱硅粉煤灰烧结机构包含筛分机和辊式破碎机，其中，所述冷却后的物料经所述筛分机筛分，粗料进入所述辊式破碎机破碎后进入所述第二球磨机进行湿磨溶出，细料直接进入所述第二球磨机进行湿磨溶出。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述氢氧化铝提取装置包含供溶出料浆依次流过的溶出沉降槽、清液槽、管道脱硅器、叶滤机、脱硅沉降槽、多个碳分槽以及平盘过滤机。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述燃烧室呈圆槽状，并且所述燃烧室侧壁上设置有第一燃烧器和第二燃烧器。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述活动停留平台包含临近所述第一燃烧器设置的第一活动停留平台和临近所述第二燃烧器设置的第二活动停留平台，所述第一活动停留平台和所述第二活动停留平台之间留有第二物料下落通道，所述燃烧室的侧壁上设置有轨道，所述第一燃烧器和所述第二燃烧器可独立的沿所述轨道在垂直方向和水平方向上移动。
6.一种利用脱硅粉煤灰烧结法生产氧化铝的方法，其特征在于，所述方法使用权利要求1-5任一项所述的系统，所述方法包含以下步骤：
步骤一：将质量比满足NaO2：Al2O3＝0.9～0.98，CaO：SiO2＝1.9～2.1的脱硅粉煤灰和石灰石、碳酸钠加入第一球磨机，以喷淋的方式添加粘结剂，制成1mm～3mm的原料球，并将所述原料球由传送带送入料仓储存；
步骤二：通过螺旋输送机将所述原料球由所述料仓送入半悬浮炉在1200℃～1400℃的温度下进行烧结；
步骤三：烧结后的物料进入冷却机冷却至150℃以下；
步骤四：使用第二球磨机对冷却后的物料进行湿磨溶出；
步骤五：将溶出料浆经的溶出沉降槽沉降，所得清液流入清液槽储存，储存的清液依次进入管道脱硅器一段脱硅、经叶滤机过滤、以及进入脱硅沉降槽二次脱硅，得到脱硅后的铝酸钠溶液；
步骤六：所述脱硅后的铝酸钠溶液先后流经多个碳分槽进行反应，得到含有氢氧化铝的料浆，其中每一所述碳分槽底部通入CO2气体；
步骤七：所述含有氢氧化铝的料浆进入平盘过滤机进行过滤，得到氢氧化铝；
步骤八：所述氢氧化铝经气态悬浮炉焙烧得到氧化铝。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤二包含：所述原料球由所述半悬浮炉上部进入，经所述预热室均匀预热后在所述活动停留平台上短暂停留，由燃烧器加热进行高温烧结反应。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤二包含：
通过调整所述燃烧器的位置控制烧结区域；
通过调节火焰长度控制烧结温度。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤四包含：冷却后的物料经筛分机筛分，粗料进入辊式破碎机破碎后进入所述第二球磨机进行湿磨溶出，细料直接进入所述第二球磨机进行湿磨溶出。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤五包含：将溶出沉降槽下部的料浆放入洗涤沉降槽中热水洗涤沉降，所得沉淀经压滤机压滤得到硅钙渣后排出；步骤七包含：过滤所得母液返回至碳酸钠蒸发站进行蒸发，结晶所得碳酸钠经过滤烘干后重新配料。
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