一种铝灰终灰低温催化脱氮方法
技术领域
本发明涉及铝灰脱氮技术领域，具体涉及一种铝灰终灰低温催化脱氮方法。
背景技术
铝灰来源于工业熔炼铝和铝合金的各个工序，每年的产量巨大，目前处理铝灰的方式主要为堆放、填埋和初级资源化利用，因此铝灰中的有害成分进入土壤中，飘散到大气中，进而污染环境。2019年12月的《国家危险废物名录(修订稿)》(征求意见稿)也明确将再生铝灰确定为危险废物，其危险特性为R(反应性)。铝灰中的主要成分有氧化铝、氮化铝以及若干种可溶性盐等，而氮化铝在潮湿的环境中会产生NH3等污染性气体，因此在对铝灰进行资源化利用前，需要对铝灰进行催化脱氮。
传统的铝灰利用首先忽视了氧化铝和一些可溶性盐的利用价值，并且在铝灰资源化利用的过程中，没有注意到一些有毒金属的浸出。其次，传统的铝灰利用并没有注意到在利用过程中是否有有毒性气体释放，例如在催化水解的时候就会释放氨气，污染空气。
公告号CN109277398A的发明专利公开了一种安全无害化处理铝灰的方法，通过对铝灰进行分阶段处理，即通过一次脱氨处理、制浆再脱氨、催化脱氨的步骤，使铝灰中的氮化铝分阶段进行分解产生氨气，氨气释放平稳缓和，氨气浓度被控制在爆炸极限范围之外，提高了铝灰处理系统的生产安全系数。制浆再脱氨、催化脱氨过程产生的氨气水分含量高，氨气浓度低，称之为夹带有氨气的水汽，将夹带有氨气的水汽收集送至一次脱氨处理过程，作为铝灰一次脱氨的反应原料，处理得到高浓度氨气，有效解决了铝灰脱氨产生的氨气浓度过低的问题，省去了蒸发浓缩氨气的成本。但其中添加的催化剂主要是有机酸钠和强碱等，主要使用的技术手段是湿法脱氮，通过加入不同催化剂加快了铝灰水解的速率，但是通过三步催化脱氨，工艺过程太复杂，成本高，不适合大规模推广。
刘吉对铝灰中AlN的焙烧行为进行了研究，其中在不加任何催化剂的条件下，AlN可以在较低的温度下缓慢地发生氧化反应，在900℃的时候才能氧化完全。但是通过添加催化剂，可以加快AlN氧化的速度，并且可以在相对较低的温度下氧化完全。
公告号CN101913634A的发明专利专利公开了一种通过添加石灰石和碳酸钠来实现铝灰无害化的方法，该处理方法是在废铝灰中加入破碎后的石灰石和催化剂，将其三种物料进行充分的均化混合，充分均化混合后的物料置于焙烧反应炉内进行催化焙烧，焙烧后将得到的产物磨碎或冷却后磨碎，磨碎后得到产品铝酸钙粉。本发明处理方法操作过程简单，不会造成新的环境污染，符合产业发展的政策。在对废铝灰进行资源化处理的同时，既减少了废铝灰造成的环境污染、改善周边地区的环境治理，又为废弃物—废铝灰的资源化利用开辟了一种合理有效的途径。因而，本发明具有显著的经济效益和社会效益。但是这种方法需要通过高温焙烧除氮，温度高达1300℃。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种铝灰终灰低温催化脱氮方法，使用氟盐、碳酸钠、碱性物质以及强氧化剂的混合物作为催化剂可以在焙烧的过程中产生一种类似OxF2x的特殊气氛，可以显著的加快AlN转化效率，明显的降低能耗。
为了实现以上目的，本发明采取的一种技术方案是：
一种铝灰终灰低温催化脱氮方法，包括如下步骤：S20将研磨处理后铝灰终灰水洗，除去可溶性盐；S30将去除可溶性盐的铝灰终灰与催化剂混合均匀，获得第一混合物；以及S40将所述第一混合物置于500～700℃的电阻炉中焙烧一定时间，焙烧结束后取出研磨，完成催化脱氮过程；其中，所述催化剂包括氟盐、碳酸钠、碱性物质以及强氧化剂。
进一步地，所述催化剂的用量为所述铝灰渣干重的10％～50％。
进一步地，所述氟盐为氟化钠或冰晶石中的至少一种，所述碱性物质为氢氧化钠、氢氧化钾、偏铝酸钠中的至少一种，所述强氧化剂为过氧化钠。
进一步地，所述步骤S40中焙烧时间为2～7h。
进一步地，所述S20步骤之前还包括S10预处理，将铝灰终灰初筛去渣后研磨处理。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
(1)本发明的一种铝灰终灰低温催化脱氮方法，所述催化剂包括氟盐、碳酸钠、碱性物质以及强氧化剂，碱性物质和强氧化剂可以破坏AlN表面的氧化膜，使用氟盐作为催化剂可以在焙烧的过程中产生一种类似OxF2x的特殊气氛，可以显著的加快AlN转化效率，明显的降低能耗，同时通过添加强氧化剂和碱性物质焙烧时会产生偏铝酸钠，进一步提高了AlN转化效率。
(2)本发明的一种铝灰终灰低温催化脱氮方法，采用低温焙烧脱氮，有效的规避了水解除氮产生氨气的缺点，同时避免直接填埋对环境造成严重的威胁。
附图说明
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其有益效果显而易见。
图1所示为本发明一实施例的一种铝灰终灰低温催化脱氮方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例提供了一种铝灰终灰低温催化脱氮方法，如图1所示，包括如下步骤：S10预处理，将铝灰终灰初筛去渣后研磨处理。S20将研磨处理后铝灰终灰水洗，除去可溶性盐。S30将去除可溶性盐的铝灰终灰与催化剂混合均匀，获得第一混合物。以及S40将所述第一混合物置于500～700℃的电阻炉中焙烧一定时间，焙烧结束后取出研磨，完成催化脱氮过程。
所述终灰是通过炒灰回收铝灰中有经济价值成分后剩下的废弃物，终灰中的纯铝含量≤5％。所述催化剂包括氟盐、碳酸钠、碱性物质以及强氧化剂。所述氟盐为氟化钠或冰晶石中的至少一种，所述催化剂的用量为所述铝灰渣干重的10％～50％。所述碱性物质为氢氧化钠、氢氧化钾、偏铝酸钠中的至少一种，所述强氧化剂为过氧化钠。
所述步骤S20清洗后的铝灰终灰经抽滤机抽滤得到经过水洗的铝灰渣。所述氟盐为氟化钠或冰晶石中的至少一种，在焙烧过程中，空气中氧气的一部分氧原子会代替氟盐中的氟原子产生一种类似OxF2x的特殊气氛，可以促进AlN氧化。因此将氟化钠作为催化剂的一种，加快氮化铝的氧化分解。冰晶石作为电解铝工业的的助溶剂，熔融的冰晶石可以溶解氧化铝，虽然冰晶石的熔点较高，但是冰晶石中的F的含量高于氟化钠中F的含量，催化效果强于氟化钠。
所述碱性物质为氢氧化钠、氢氧化钾、偏铝酸钠中的至少一种，所述强氧化剂为过氧化钠。加入所述碱性物质以及所述强氧化剂可以制造一个碱性和强氧化性的反应环境，加快了AlN向Al2O3转化，并且所述碱性物质以及所述强氧化剂反应最终的产物含有偏铝酸盐，偏铝酸盐在溶液中显碱性，也可以制造碱性的反应条件，可以促进AlN转化，因此通过添加一种催化剂可以产生另外一种催化剂，使催化效果更好。过氧化钠是离子化合物，在熔融状态下完全电离，生成过氧根离子与AlN发生氧化反应，可以促进AlN氧化分解，过氧化钠遇水会生成氧气和氢氧化钠，提升氧气的浓度可以加快AlN氧化分解。氢氧化钠可以破坏包覆在AlN表面的氧化膜，增加催化剂和AlN的接触面积，从而达到更好的催化效果。
添加NaOH作为催化剂，在焙烧过程中，会发生如下反应：
Al2O3+2NaOH＝2NaAlO2+H2O
AlN+NaOH+H2O＝NaAlO2+NH3↑
所述焙烧时间为2～7h。由于经过焙烧后，所述铝灰终灰中大部分的物质被氧化，生成对应的氧化物，其中以Al2O3居多，再通过固液分离可以得到一定纯度的偏铝酸钠等催化剂，实现了循环利用。
实施例1
S10预处理，将铝灰终灰初筛去渣后研磨后过150目筛。
S20将研磨处理后铝灰终灰水洗，除去可溶性盐。
S30将氟化钠、氢氧化钾、偏铝酸钠、碳酸钠按比例混合后获得催化剂，将所述催化剂与去除可溶性盐的铝灰终灰球磨混合均匀置于坩埚中，获得第一混合物，其中所述催化剂为所述铝灰渣干重的10％。
S40将装有所述第一混合物的坩埚置于500℃的电阻炉中焙烧5h，焙烧结束后取出研磨，完成催化脱氮过程。经测试脱氮处理后的所述铝灰渣的氮含量≤1％。
实施例2
S10预处理，将铝灰终灰初筛去渣后研磨后过120目筛。S20将研磨处理后铝灰终灰水洗，除去可溶性盐
S30将冰晶石、过氧化钠、氢氧化钠、碳酸钠按比例混合后获得催化剂，将所述催化剂与去除可溶性盐的铝灰终灰球磨混合均匀置于坩埚中，获得第一混合物，其中所述催化剂为所述铝灰渣干重的40％。
S40将装有所述第一混合物的坩埚置于600℃的电阻炉中焙烧4h，焙烧结束后取出研磨，完成催化脱氮过程。经测试脱氮处理后的所述铝灰渣的氮含量≤1％。
实施例3
S10预处理，将铝灰终灰初筛去渣后研磨后过150目筛。
S20将研磨处理后铝灰终灰水洗，除去可溶性盐。
S30将氟化钠、过氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠按比例混合后获得催化剂，将所述催化剂与去除可溶性盐的铝灰终灰球磨混合均匀置于坩埚中，获得第一混合物，其中所述催化剂为所述铝灰渣干重的50％。
S40将装有所述第一混合物的坩埚置于700℃的电阻炉中焙烧2h，焙烧结束后取出研磨，完成催化脱氮过程。经测试脱氮处理后的所述铝灰渣的氮含量≤1％。
实施例4
S10预处理，将铝灰终灰初筛去渣后研磨后过150目筛。S20将研磨处理后铝灰终灰水洗，除去可溶性盐。
S30将氟化钠、冰晶石、偏铝酸钠、过氧化钠、氢氧化钠按比例混合后获得催化剂，将所述催化剂与去除可溶性盐的铝灰终灰球磨混合均匀置于坩埚中，获得第一混合物，其中所述催化剂为所述铝灰渣干重的30％。
S40将装有所述第一混合物的坩埚置于700℃的电阻炉中焙烧7h，焙烧结束后取出研磨，完成催化脱氮过程。经测试脱氮处理后的所述铝灰渣的氮含量≤1％。
以上所述仅为本发明的示例性实施例，并非因此限制本发明专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
