真空冶金法分離鋁灰中的氟、氯和氮化合物的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及將工業(yè)或者生活固體廢棄物中的部分物質(zhì)分離的方法，屬于環(huán)境、化 工與冶金工程技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 侶灰是合金烙鑄過程中烙煉爐產(chǎn)生的渣本發(fā)明設(shè)及將工業(yè)或者生活固體廢棄物 中的部分物質(zhì)分離的方法，屬于環(huán)境、化工與冶金工程技術(shù)領(lǐng)域。
[0003] 及處理后的收塵粉，由于生產(chǎn)中加入了打渣劑和精煉劑，使侶灰中的氣和氯元素 含量較高。過去侶行業(yè)處置的方法多是將侶灰中的金屬侶盡量多的分離后，作為凈水劑原 料外賣?，F(xiàn)在侶灰已被國家列為危險廢棄物，如何處置成為侶行業(yè)急需解決的問題。
[0004] 侶灰的主要化學(xué)成分： 24~53wt% Al、l. 3 ~16 wt% Cl、l.6~7 wt% Na、0. 5 ~5 wt% F、0. 7~6. 7 wt% Si、2. 2~2. 7 wt% Mg、0. 2~0. 4 wt% Fe。
[0005] 侶灰的物相組成； 40.82-56.35 wt〇/〇Al2〇3;4.2-5.98wt〇/〇Al;2.36-10.85wt〇/〇NaAl7〇。； 2. 51-10. 78wt%化〔1; 2. 37-2. 45wt% KMgAlFg; 2. 2-4. 95wt% Al3.21Sio.47; 3. 42-4. 97wt〇/〇 AIN; 0.56-0. 74wt%化2Ti〇4;12. 5-21.99wt%MgAl2〇4;5wt%其他。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本技術(shù)采用不產(chǎn)生污染的真空法來分離含氣氯廢料并回收氣化物和氯化物。根據(jù) 真空冶金理論，對于A-B兩種組分的混合物能否分離可W通過計算相同條件下的分離系數(shù) (jB)來判斷： #~拐/投xPj/巧― F/_、化為組分A、B的活度系數(shù)，巧為組分A、B的純蒸汽壓，通過資料和試驗數(shù)據(jù)可W得到1，和9<的數(shù)值，根據(jù)目的大小基本上可W判斷A、B的混合物能否通過真空蒸饋法進(jìn)行 分離。當(dāng)々'么]時，A、B的混合物不能通過真空蒸饋法進(jìn)行分離，只有當(dāng)目 >:'巧々:1時，才能將 其分離。
[0007] 在常壓環(huán)境下，Al2〇3、KMgAlFj、化C1之間的分離系數(shù)都接近1，即P^】，該些組分 構(gòu)成的混合物并不能通過揮發(fā)分離，即使在電解溫度下，KMgAlFs和化C1也只能少量揮發(fā)， 該種特性保證了冰晶石型電解質(zhì)能夠在電解溫度保持揮發(fā)量很小，該種物理特性幾乎不受 加熱方式的影響，即使采用微波、等離子、高能福射也無法在常壓下和l〇〇〇°CW下完成分 離。
[0008] 考察KMgAlFs和化C1的烙點和沸點可W得到一定的解釋，KMgAlF3和化C1都是離 子型化合物，烙點比較接近，當(dāng)溫度超過800°CW后，KMgAlFs和化C1就會烙化形成烙鹽體 系，因此產(chǎn)生"共沸"現(xiàn)象，即KMgAlFs和化C1的同時揮發(fā)；而且揮發(fā)量較小，達(dá)不到和A12〇3 分離的目的。而且在侶灰的常壓熱分析過程中，我們發(fā)現(xiàn)率先烙化的KMgA化和化Cl烙鹽 和Al2〇3的表面張力較大，會包裹在Al2〇3表面，進(jìn)一步增加了分離難度。
[000引在真空條件下，Al203與KMgAlF3、Al203與化C1的分離系數(shù)都高達(dá)105W上，KMgAlFs和化C1表現(xiàn)出很強(qiáng)的升華現(xiàn)象，從420°C開始，首先KMgAlF3會迅速升華形成氣 態(tài)，凝華收集后分離得到KMgAlFs粉末，回收率在98%W上；接著化C1也可W完成升華-凝 華-分離收集的過程，回收率在99%W上。整個升華-凝華過程非常迅速，在10分鐘內(nèi)可 W完成，回收率也特別高，不對環(huán)境產(chǎn)生污染。加熱所需熱源可W根據(jù)需要多種選擇，可W 采用氣體、電阻、電弧、微波、甚至太陽能。
[0010] 1.工藝流程短；實際操作中只通過一臺真空爐就可W完成全部分離過程，原料基 本上不需預(yù)處理，產(chǎn)物也不需要二次加工。
[0011] 2.無污染；真空冶金法屬于物理分離提純技術(shù)，不需要其他化學(xué)原料，無任何廢 棄物產(chǎn)生。
[001引 3.產(chǎn)物純度高；大部分產(chǎn)物達(dá)到工業(yè)原料級別，可W循環(huán)使用。
[0013] 4.投入低；前期投入大部分用于購買真空爐，設(shè)備較為便宜、占地面積小、操作人 員少、工作強(qiáng)度小和工作周期長。擴(kuò)大產(chǎn)能只需多增加真空爐，不需改造原有設(shè)備。
[0014]
【具體實施方式】： 工藝流程；大部分工藝流程都集成在真空爐內(nèi)，現(xiàn)場工藝極其簡單。
[0015] 參考圖1.侶灰真空冶金法循環(huán)利用技術(shù)工藝流程 實施例1; 原料采用云侶提供的4#侶灰，每次處理量為3(K)kg，每種物料采用不同工藝數(shù)據(jù)完成 4次實驗，工藝參數(shù)；最高溫度700°C，最高溫度保溫時間；3分鐘，加溫速率；100°C/min,真 空度；500Pa，加熱前抽真空時間；1分鐘。實驗數(shù)據(jù)如下；
[001引原料成分； 54. 82wt%Al203; 5. 98wt%Al; 7. 60wt%NaAl70ii;8. 50wt% 化C1; 2. 37wt%KMgAlFe; 2. 20wt%Al3.21Sio.47; 4. 90wt%AIN; 0. 56wt% 化2了1化；18. 9wt%MgAl204。
[0017]分離料 1 ;95wt%Al2〇3,4wt%AlN，Iwt% 其它，產(chǎn)出率770/0; 分離料 2;5wt%Al2〇3，94wt%AlN，Iwt% 其它，產(chǎn)出率 4〇/〇; 分離料 3 ;4wt%NaCl，96wt%KMgAlFs，產(chǎn)出率30/0; 分離料 4 ;98wt% 化Cl，2wt%KMgAlFs，產(chǎn)出率 8〇/〇 ; 分離料5 ;97wt%Al，3wt%其它，產(chǎn)出率70/0。
[0018] 注；原料含量為廠家資料2.分離料均采用wt%，3.產(chǎn)出率=分離料質(zhì)量/總原料 質(zhì)量。
[0019] 從分離料3、分離料4的含量分析結(jié)果可W看出分離料所含的氣和氯化合物已經(jīng) 很微量，氧化物和氮化物也基本分離，分離所得的A1N可W用于耐火部件/結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)原 料。
[0020] 實施例2 ; 原料采用云侶提供的5#侶灰，每次處理量為4(K)kg，每種物料采用不同工藝數(shù)據(jù)完成 3次實驗，工藝參數(shù)；最高溫度570°C，最高溫度保溫時間；3分鐘，加溫速率；100°C/min,真 空度；700Pa，加熱前抽真空時間；50秒。實驗數(shù)據(jù)如下；
[0021] 原料成分；50. 13wt%AI2O3，5. 90wt%Al，8. . 60wt%NaAlyOii，8. 43wt% 化〔1， 2. 15wt%KMgAlFe，1.80wt%Al3.2iSi〇."，4. 01wt%AlN，0. 62wt%Fe2Ti〇4，18. 26wt〇/〇 MgAl2〇4。
[0022] 分離料 1 ;93wt%AI2O3,7wt%AlN，Iwt% 其它，產(chǎn)出率82〇/〇 ; 分離料 2 ;4wt%AI2O3，96wt%AlN，產(chǎn)出率2〇/〇; 分離料 3 ;5wt%NaCl，95wt%KMgAlFg，產(chǎn)出率50/0; 分離料 4 ;97wt% 化Cl，3wt%KMgAlFs，產(chǎn)出率8〇/〇 ; 分離料5 ;97wt%Al，3wt%其它，產(chǎn)出率30/0。
[0023] 相對于實例1，在較低溫度和真空度下，從分析結(jié)果可W看出分離料3、4所得的氣 和氯化合物很純凈，從分離料3、4的產(chǎn)出率分析結(jié)果可知，氣和氯化合物收集很全，沒有逸 散到大氣中的污染物，但是氧化物和氮化物分離不是很徹底。
[0024] 工業(yè)化處置成本估算： 按照常見真空爐處理量；10T/天計算。擴(kuò)大產(chǎn)能只需乘于相應(yīng)倍數(shù)。
[002引 日處理量10T，設(shè)備投資Y150萬，能耗1500kWh，廠房面積70m2X8m(高)，工人數(shù) 12工日；日處理量100T，設(shè)備投資Y1500萬，能耗1.5萬kWh,廠房面積700m2X8m(高)，工 人數(shù)120工日；日處理量10NT，設(shè)備投資Y150N萬，能耗1500NkWh,廠房面積70Nm2X8m (高)，工人數(shù)12N工日。
[0026] 分離產(chǎn)物用途與價格： 95-98wt%AI2O3可用作電解侶原料、耐火材料、工業(yè)陶瓷原料，價格Y5/kg;98-99wt% 化Cl可用作化工原料，價格Y0. 4元/kg;86-95wt%A1N可用作耐火部件、結(jié)構(gòu)件，價格70 元/kg;92-96wt%KMgAlFs用作打渣劑/工業(yè)原料，5元/kg，W上價格受純度影響很大。
[0027] 【附圖說明】： 圖1是侶灰真空冶金法循環(huán)利用技術(shù)工藝流程圖。
【主權(quán)項】
1. 采用真空加熱升華-冷凝的方法分離鋁灰中的氟、氯和氮化合物，通過以下步驟完 成： a) 將鋁灰置于密閉容器內(nèi)，抽出容器內(nèi)的部分氣體（降壓)，在容器內(nèi)制造一定的真空 度； b) 將鋁灰加熱到一定溫度(升溫)，造成氟、氯或氮化合物的升華/或是大量揮發(fā)； c) 原料經(jīng)過若干次加溫?fù)]發(fā)，其中污染物質(zhì)含量達(dá)標(biāo)； d) 升華氣體或揮發(fā)氣體經(jīng)冷凝后分別或混合收集。2. 權(quán)利要求1的方法，分離原料可以是鋁合金熔鑄過程中產(chǎn)生的鋁灰，也可以是其他 含氟、氯、硫、砷、氮及其化合物的固體廢棄物。3. 權(quán)利要求1的方法，原料中的氟化物、氯化物、硫化物、砷化物或氮化物在常壓或負(fù) 壓環(huán)境中可以大量揮發(fā)。4. 權(quán)利要求3的方法，原料需要控制在一定溫度，范圍從-100°C到3000°C。5. 權(quán)利要求3的方法，原料需要控制在一定壓力下，范圍從O到10 6Pa。6. 權(quán)利要求4的方法，加溫方法可以采用電阻、電弧、等離子、固體燃料、氣體燃料、氣 體燃料、微波、太陽能、熱泵或幾種組合方式。7. 權(quán)利要求1的方法，冷凝過程包含凝華或液化，冷凝溫度范圍從150°C到3000°C。8. 權(quán)利要求1的方法，冷凝收集過程包含多個溫度段，分別收集氟、氯、硫、砷、氮及其 化合物。9. 權(quán)利要求1的a)降壓和b)升溫過程并不是固定程序，可以先升溫再降壓、先降壓再 升溫、邊升溫邊降壓、僅只升溫、僅只降壓或交替進(jìn)行。
【專利摘要】鋁灰是合金熔鑄過程中熔煉爐產(chǎn)生的渣及處理后的收塵粉，由于生產(chǎn)中加入了打渣劑和精煉劑，使鋁灰中的氟和氯元素含量較高。本技術(shù)主要針對鋁灰廢料利用真空冶金原理分離希散的氯化物和氟化物，在>600℃、真空環(huán)境中、保溫5min的條件下一次分離得到5種分離物，分別為：Al2O3 純度95-98wt%、AlN 86-95wt%、KMgAlF3 92-96wt%、NaCl 98-99wt%，無污染、短流程是真空蒸餾法處理含氟氯氮化合物鋁灰廢料的有效方法。
【IPC分類】C22B7/00, C01F7/54, C01D3/04
【公開號】CN104988313
【申請?zhí)枴緾N201510105995
【發(fā)明人】王宇棟, 戴永年, 楊斌, 馬文會
【申請人】王宇棟
【公開日】2015年10月21日
【申請日】2015年3月12日