一种二次铝灰制备储能材料的方法

技术领域

本发明属于固体废弃物资源化技术领域，具体涉及一种二次铝灰制备储能材料的方法。

背景技术

铝灰作为铝工业不可避免的副产物，产生于所有铝发生熔融的生产工序。在铝电解、铝铸造、再生铝熔融加工等铝冶炼加工过程中，熔融态的铝与炉内氧化性气氛接触，反应生成铝灰，如电解铝生产过程中的电解槽维修及废弃产生的废渣、铝火法冶炼过程中产生的初炼炉渣、电解铝过程中产生的盐渣和浮渣、铝火法冶炼过程中产生的易燃性撇渣等。铝灰组成复杂，主要成分有金属铝、氧化铝、氮化铝、熔盐混合物、合金等，其中含铝量为10％～80％，约占铝生产过程中总损失量的1％～12％。根据铝灰中金属铝的含量和回收利用次数，将铝灰分为一次铝灰和二次铝灰。其中，一次铝灰中金属铝含量较高，回收工艺较为成熟；二次铝灰中金属铝的含量低，无成熟的回收工艺。全球每年超过100万吨的二次铝灰填埋，因含有氮化物、碳化物及氟化物等，未经无害化处理的铝灰直接填埋会造成土壤和水体重金属污染、空气污染、火灾、急性砷化氢中毒等一系列环境和人体健康问题，不仅污染环境，还会造成铝资源的浪费。2008年，铝灰被国家环保部和发改委列入《国家危险废物名录》。

专利CN200410052548公开了一种用废铝灰生产氧化铝的方法，它是将铝灰筛选，筛网目40-60目；磁选除铁；脱水至铝灰含水分＜15％；在脱水后的铝灰中加入Na

专利CN111017970A公开了一种从二次铝灰渣中提取氧化铝的方法，它将二次铝灰渣研磨、在40℃-100℃的温度下水洗8-10h、在8-10m/s的空气流速中进行干燥、筛分，干燥时间为6-8小时，筛分粒度为15-50目；将碳酸钠在350-600℃条件下高温熔融至液态，将二次铝灰渣分多次加入到熔融状态的碳酸钠中，二次铝灰渣与碳酸钠的质量比为1:1.5-1.7，然后进行焙烧处理，焙烧温度为1000-1100℃，焙烧时间2-3h；将焙烧后的熔块取出后降温至50℃以下，加入浓度为20％-30％过量稀盐酸搅拌溶解，进行固液分离，收集滤液；向滤液中加入浓度为35-40wt％的过量NaOH溶液，搅拌4.5-5h后，进行固液分离，收集滤液；向滤液中缓慢加入盐酸并搅拌，调节pH至7-9，使得沉淀完全；将上述沉淀水洗除盐，再在80-110℃的温度下干燥去除水分，最后在800-1200℃的条件下进行煅烧处理，煅烧时间为100-200min，自然降温后，即得高纯度氧化铝。

以上方法均可对铝灰进行再利用，但都存在流程复杂、步骤繁琐、有毒有害气体逸散等问题，且目前尚未有二次铝灰制备储能材料的相关专利的申请。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种二次铝灰制备储能材料的方法，以实现二次铝灰资源化利用的目的。

为了达到以上目的，本发明提供的方案是：采用一种铝灰制备储能材料的方法，包括如下方面：

1)将二次铝灰与碱、硝酸盐按一定比例混合均匀，得到混合料A；将混合料A直接送至高温焙烧炉内，在恒定温度下进行烧结，氮元素发生归中反应生成无毒害的N

2)将熟料B用超纯水恒温溶出并过滤，得到含铝浸出液C和可以直接排放的浸出渣；

3)将浸出液C恒温浓缩，用一定浓度的酸反应并用离心机进行固液分离，得到不溶于水的白色沉淀D和浸出液D’，其中浸出液D’可用以代替步骤2)中的超纯水，从而实现循环利用；该过程可用酚酞做指示剂，当酚酞颜色变浅，表明溶液逐渐由碱性变为中性，为防止过量的盐酸与氢氧化铝沉淀反应导致铝离子再次进入溶液，当沉淀产生变缓、酚酞颜色变浅时可认定为滴定结束；用离心机进行固液分离，得到纯度较高的氢氧化铝沉淀；

4)将沉淀D送至高温焙烧炉中烧结，得到纯净的氧化铝E；

5)将氧化铝E研磨均匀，与金属按一定比例混合，用压缩机恒压压缩，制得储能材料。

进一步地，上述步骤1)中，碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙中的一种或多种，添加量为铝灰质量的0.6-1.5倍；硝酸盐为硝酸钠、硝酸钾、硝酸钙、硝酸铵、硝酸铅中的一种或多种，添加量为铝灰质量的0.8-5.0倍。

进一步地，上述步骤1)中，烧结时间为60-500min，烧结温度为200-900℃。

进一步地，上述步骤2)中，超纯水添加质量至少为熟料质量的2倍，溶出温度为50℃，溶出时间不少于120min。

进一步地，上述步骤3)中，浓缩温度为60-120℃，酸为盐酸、硫酸、硝酸、乙酸、氢氟酸、次氯酸中的一种或多种，浓度为0.5-10mol/L，体积为浸出液体积的1.0-10倍。

进一步地，上述步骤4)中，控制焙烧温度高于500℃，烧结时大于1h，烧结产物为氧化铝，产物纯度高于90％。

进一步地，上述步骤5)中，金属为铝、镁、铜、铁、锌、银中的一种或多种，混合比例(氧化铝E:金属，wt％)为1:1～10:1，压缩机的恒压压力为10-300MPa，压缩时间为10-200min。

针对以上方面，本发明实施例提供的一种二次铝灰制备储能材料的方法，至少具有以下优点或有益效果：

在上述实施例中，二次铝灰中的氮化铝未与水反应产生有毒有害的气体(NH

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关附图。

图1为本发明实施例1-3的方法流程图。

图2为本发明实施例1的储能材料DSC图。

图3为本发明实施例2的储能材料DSC图。

图4为本发明实施例3的储能材料DSC图。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。

实施例1

本实施例提供一种二次铝灰制备储能材料的方法，具体过程为：

1)将二次铝灰、氢氧化钠、硝酸钠混合均匀制得混合料，其中氢氧化钠的质量为二次铝灰质量的1.0倍，硝酸钠质量为二次铝灰质量的1.3倍。将制得的混合料粉末放在石墨坩埚中，将石墨坩埚放置在马弗炉内，采用电力加热的方式焙烧混合料，烧结温度为500℃，烧结时间为2h。

2)将含有杂质的铝酸钠熟料用超纯水恒温溶出，超纯水的质量为铝酸钠熟料质量的 10倍，在50℃下保温2h，将溶液过滤，得到较纯的含铝浸出液和可以直接填埋的浸出渣。

3)将含铝浸出液在105℃下恒温浓缩，加入酚酞作溶液酸碱度的指示剂，将1mol/L的浓盐酸缓慢滴入浸出液，生成白色的氢氧化铝沉淀；用离心机将含有氢氧化铝沉淀的溶液进行离心，转速为10000r/min，离心时间为3min，得到紧密凝结的氢氧化铝白色沉淀和澄清的含有杂质的氯化钠上清浸出液，上清浸出液可以用于代替步骤2)的超纯水，以达到循环利用的目的。

4)将氢氧化铝沉淀送至马弗炉中烧结，烧结温度为1100℃，烧结时间为3h，得到纯净的氧化铝，氧化铝纯度为90％。

5)将氧化铝研磨为均匀粉末状，与铝单质按6:4的质量比混合均匀，放置于压缩机内，在10MPa的压力下恒压压缩10min，得到储能材料。

实施例2

本实施例提供一种二次铝灰制备储能材料的方法，具体过程为：

1)将二次铝灰、氢氧化钠、硝酸钠混合均匀制得混合料，其中氢氧化钠的质量为二次铝灰质量的0.5倍，硝酸钠质量为二次铝灰质量的1.0倍。将制得的混合料粉末放在石墨坩埚中，再将石墨坩埚放置在马弗炉内，采用电力加热的方式焙烧混合料，烧结温度为550℃，烧结时间为1h。

2)将含有杂质的铝酸钠熟料用超纯水恒温溶出，超纯水的质量为铝酸钠熟料质量的 20倍，在60℃下保温1.5h将溶液过滤，得到较纯的含铝浸出液和可以直接填埋的浸出渣。

3)将含铝浸出液在100℃下恒温浓缩，加入酚酞作溶液酸碱度的指示剂，将0.8mol/L 的盐酸缓慢滴入浸出液，生成白色的氢氧化铝沉淀；用离心机将含有氢氧化铝沉淀的溶液进行离心，转速为8000r/min，离心时间为5min，得到紧密凝结的氢氧化铝白色沉淀和澄清的含有杂质的氯化钠上清浸出液，该上清浸出液可以用于代替上述步骤2)中的超纯水，以达到循环利用的目的。

4)得到高纯度氧化铝：将氢氧化铝沉淀送至马弗炉中烧结，烧结温度为1200℃，烧结时间为4h，得到纯净的氧化铝。

5)将氧化铝研磨为均匀粉末状，与铝单质按6:4的质量比混合均匀，放置于压缩机内，在10MPa的压力下恒压压缩30min，得到储能材料。

实施例3

本实施例提供一种二次铝灰制备储能材料的方法，具体过程为：

1)将二次铝灰、氢氧化钠、硝酸钠混合均匀制得混合料，其中氢氧化钠的质量为二次铝灰质量的1.5倍，硝酸钠质量为二次铝灰质量的1.5倍。将制得的混合料粉末放在石墨坩埚中，再将石墨坩埚放置在马弗炉内，采用电力加热的方式焙烧混合料，烧结温度为600℃，烧结时间为4h。

2)将含有杂质的铝酸钠熟料用超纯水恒温溶出，超纯水的体积(以mL为单位)为铝酸钠熟料质量(以g为单位)的30倍，在40℃下保温3h，在此过程中硅单质等杂质沉淀下来，将溶液过滤，得到较纯的含铝浸出液和可以直接填埋的浸出渣。

3)将含铝浸出液在90℃下恒温浓缩，加入酚酞作溶液酸碱度的指示剂，将2mol/L的浓盐酸缓慢滴入浸出液，生成白色的氢氧化铝沉淀；用离心机将含有氢氧化铝沉淀的溶液进行离心，转速为6000r/min，离心时间为10min，得到紧密凝结的氢氧化铝白色沉淀和澄清的含有杂质的氯化钠上清液，该上清浸出液可以用于代替上述步骤2)中的超纯水，以达到循环利用的目的。

4)将氢氧化铝沉淀送至马弗炉中烧结，烧结温度为950℃，烧结时间为2h，得到纯净的氧化铝。

5)将氧化铝研磨为均匀粉末状，与铝单质按6:4的质量比混合均匀，放置于压缩机内，在10MPa的压力下恒压压缩60min，得到储能材料。