本發(fā)明涉及一種鋁廢料的處理方法，具體涉及一種利用鋁廢料高效捕集鋼鐵源煙氣中碳氧化物的方法，屬于鋁廢料資源化利用。
背景技術(shù)：
1、鋁行業(yè)面臨著鋁廢料資源化利用的挑戰(zhàn)，尤其是鋁產(chǎn)品使用回收過程中產(chǎn)生的雜污鋁等鋁廢料，將其直接用于熔煉會引入大量雜質(zhì)組分，影響冶煉效率，增加生產(chǎn)成本。三氧化二鋁具備多孔結(jié)構(gòu)，具有高比表面積、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性好的特點，被廣泛用作催化劑載體，還具備一定的催化性能，被用于烴類裂化，醇類脫水制醚等領(lǐng)域。如果能夠利用含鋁廢料來制備附加值較高的三氧化二鋁產(chǎn)品，能夠大大提高鋁廢料的資源化效率。中國專利（公開號：cn105253905b）公開了一種從含鋁廢料中提取鋁的方法，該方法先將含鋁廢料、活性炭及堿金屬氯化物進(jìn)行氯化焙燒，用稀鹽酸吸收氯化揮發(fā)物，再通過加熱、過濾初步除硅后，調(diào)整濾液ph值使鋁水解為可溶性的鹽類，而其他雜質(zhì)金屬水解為沉淀，從而完成鋁的富集，再進(jìn)一步從富集了鋁的溶液中提取鋁及其化合物。雖然該方法能夠?qū)X廢料制成三氧化二鋁產(chǎn)品，但是其操作流程長，除雜過程復(fù)雜，消耗大量的酸堿，成本高。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、針對現(xiàn)有技術(shù)中鋁廢料資源化利用難度大的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是在于提供一種利用鋁廢料高效捕集鋼鐵源煙氣中碳氧化物的方法，該方法在利用鋁廢料高效捕集和固定鋼鐵源煙氣中一氧化碳和二氧化碳的同時，實現(xiàn)鋁廢料中金屬鋁與其他雜質(zhì)的高效分離，實現(xiàn)了鋼鐵行業(yè)煙氣治理和鋁廢料資源化回收，具有重要的環(huán)保價值和經(jīng)濟(jì)價值。
2、為了實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明提供了一種利用鋁廢料高效捕集鋼鐵源煙氣中碳氧化物的方法，該方法是將鋁廢料表面覆蓋熔鹽并在惰性氣氛下進(jìn)行熔煉得到熔體，將鋼鐵源煙氣除去氮氣和氧氣后通入所述熔體內(nèi)部，利用鋼鐵源煙氣中的碳氧化物將熔體中的鋁選擇性氧化成三氧化二鋁并遷移至熔體表面的熔鹽層中形成富鋁鹽渣，所述富鋁鹽渣經(jīng)過水浸分離三氧化二鋁。
3、本發(fā)明的技術(shù)方案關(guān)鍵在于：一方面，充分利用鋁和雜質(zhì)組分之間的化學(xué)活性差異，利用高溫下具有弱氧化性的碳氧化物能夠選擇性將金屬鋁優(yōu)選氧化成三氧化二鋁；另外一方面，利用三氧化二鋁的密度等物理性質(zhì)與雜質(zhì)不同的特點，三氧化二鋁能夠定向遷移至熔體上部的熔鹽層，三方面，利用原位生成的三氧化二鋁具有催化性質(zhì)的特點，進(jìn)一步強(qiáng)化碳氧化物與金屬鋁的氧化反應(yīng)，提高對煙氣捕集效果。
4、本發(fā)明將鋼鐵源煙氣經(jīng)過簡單去除氧氣和氮氣后通入鋁廢料形成的熔體中，主要發(fā)生以下化學(xué)反應(yīng)：2al+3co→al2o3+3c，4al+3co2→2al2o3+3c；鋁選擇性氧化成三氧化二鋁，而碳氧化物還原成碳被有效固定。
5、本發(fā)明的富鋁鹽渣經(jīng)過簡單的水浸處理即可實現(xiàn)熔鹽與三氧化二鋁和碳產(chǎn)物的分離，三氧化二鋁沉入水底，熔鹽溶于水中，而碳則浮于水面。
6、作為一個優(yōu)選的方案，所述鋁廢料中金屬鋁的質(zhì)量含量不低于50%。鋁廢料中主要雜質(zhì)包括鐵、硅、銅等。鋁廢料包括但不限于鋁產(chǎn)品使用廢棄過程中產(chǎn)生的雜質(zhì)污染鋁，其中，金屬鋁含量不低于50%。金屬鋁是捕集煙氣中碳氧化物的活性組分，含量過低將會導(dǎo)致熔煉能耗過高，捕集成本上升，且熔煉過程中難以實現(xiàn)鋁和雜質(zhì)分離，處理難度加大。
7、作為一個優(yōu)選的方案，所述鋼鐵源煙氣包含焦化煙氣、燒結(jié)煙氣、高爐煙氣、煉鋼煙氣中至少一種。焦化、燒結(jié)、高爐等均是鋼鐵源煙氣的重要來源，這些過程中產(chǎn)生的煙氣均包含一氧化碳和二氧化碳等碳氧化物。
8、作為一個優(yōu)選的方案，所述熔鹽包括氯化鉀和氯化鈉。作為一個較優(yōu)選的方案，所述熔鹽由以下質(zhì)量百分比組分組成：氯化鈉45%~70%，氯化鉀30%~55%。熔鹽的作用：一方面，熔鹽熔化后可以作為保護(hù)層減少外部環(huán)境對合金熔體的影響，比如氧化；另一方面，利用熔鹽捕獲三氧化二鋁產(chǎn)物，可以實現(xiàn)三氧化二鋁在上部熔鹽層的定向富集，有助于實現(xiàn)金屬鋁的分離。作為一個較優(yōu)選的方案，所述熔鹽的質(zhì)量為所述鋁廢料質(zhì)量的10%~80%。熔鹽在鋁廢料表面的添加量，則是根據(jù)鋁廢料中鋁含量確定，鋁含量較低時添加量相對較少，鋁含量較高時添加量則相對較高。所述熔鹽的質(zhì)量進(jìn)一步優(yōu)選為所述鋁廢料質(zhì)量的20%~50%。
9、作為一個優(yōu)選的方案，所述鋼鐵源煙氣除去氮氣和氧氣后，其氧氣體積含量不高于0.5%，氮氣體積含量不高于0.5%。鋼鐵源煙氣中主要成分為一氧化碳和二氧化碳，同時含有少量氧氣和氮氣。氧氣和氮氣含量過高將會在捕集過程中優(yōu)先和熔體中的鋁反應(yīng)生成氮化鋁或三氧化二鋁，導(dǎo)致熔體對碳氧化物捕集效果差，具體反應(yīng)方程式為4al+3o2→2al2o3，2al?+?n2→2aln。因此，鋼鐵源煙氣需要對氮氣和氧氣進(jìn)行脫除。
10、作為一個優(yōu)選的方案，所述熔體的溫度為700℃~800℃。如果溫度過高將會增加能耗，溫度過低鋁廢料熔化不完全，分離效果差，并且影響碳氧化物捕集速率。
11、作為一個優(yōu)選的方案，所述鋼鐵源煙氣從距離熔體底部1/4~1/5高度處通入熔體內(nèi)部。如果鋼鐵源煙氣主要通入熔體上部，則會導(dǎo)致底部熔體捕集碳氧化物不充分，并且熔體有效捕集碳氧化物距離縮短，影響捕集效率。同時鋼鐵源煙氣起到氣體攪拌作用，其通入部位距離越接近熔體底部越有利。
12、作為一個優(yōu)選的方案，所述鋼鐵源煙氣的通入量以將熔體中金屬鋁全部氧化成三氧化二鋁所需的碳氧化物的總摩爾量來計量。
13、本發(fā)明除去鋼鐵源煙氣中氮氣和氧氣的方式為采用分子篩手段，分子篩吸附氮氣和氧氣的手段為現(xiàn)有技術(shù)中常見的技術(shù)，比如利用碳分子篩吸附氧氣和利用沸石分子篩脫去氮氣。
14、相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的技術(shù)方案帶來的有益技術(shù)效果：
15、（1）本發(fā)明利用鋼鐵源煙氣中碳氧化物來選擇性氧化鋁廢料中金屬鋁，同時將碳氧化物轉(zhuǎn)化成固定碳。而雜質(zhì)鐵、硅、銅等雜質(zhì)則不被氧化，生成的三氧化二鋁定向遷移至上部鹽渣層，后續(xù)經(jīng)過水浸處理即可提純獲取高純?nèi)趸X，不僅實現(xiàn)了鋼鐵源煙氣中氮氧化物的捕集，同時實現(xiàn)了鋁廢料的資源化利用，生產(chǎn)出高純?nèi)趸X，為鋼鐵源煙氣碳捕集和鋁廢料資源化回收提供了新途徑。
16、（2）本發(fā)明所使用的設(shè)備為再生鋁行業(yè)廣泛使用的熔煉爐，無需新的設(shè)備，并且解決了鋁廢料中鋁和雜質(zhì)組分鐵、硅、銅等分離困難的問題，同時實現(xiàn)了鋼鐵源煙氣碳氧化物的捕集。
17、（3）本發(fā)明充分利用鋁和雜質(zhì)組分化學(xué)活性差異，使得鋁選擇性氧化，同時實現(xiàn)三氧化二鋁在熔鹽層的定向富集，并且利用捕集過程中原位生成的三氧化二鋁的催化活性強(qiáng)化煙氣捕集效果。
1.一種利用鋁廢料高效捕集鋼鐵源煙氣中碳氧化物的方法，其特征在于：將鋁廢料表面覆蓋熔鹽并在惰性氣氛下進(jìn)行熔煉得到熔體，將鋼鐵源煙氣除去氮氣和氧氣后通入所述熔體內(nèi)部，利用鋼鐵源煙氣中的碳氧化物將熔體中的鋁選擇性氧化成三氧化二鋁并遷移至熔體表面的熔鹽層中形成富鋁鹽渣，所述富鋁鹽渣經(jīng)過水浸分離三氧化二鋁。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用鋁廢料高效捕集鋼鐵源煙氣中碳氧化物的方法，其特征在于：所述鋁廢料中金屬鋁的質(zhì)量含量不低于50%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用鋁廢料高效捕集鋼鐵源煙氣中碳氧化物的方法，其特征在于：所述鋼鐵源煙氣包含焦化煙氣、燒結(jié)煙氣、高爐煙氣、煉鋼煙氣中至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用鋁廢料高效捕集鋼鐵源煙氣中碳氧化物的方法，其特征在于：所述熔鹽包括氯化鉀和氯化鈉。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種利用鋁廢料高效捕集鋼鐵源煙氣中碳氧化物的方法，其特征在于：所述熔鹽由以下質(zhì)量百分比組分組成：氯化鈉45%~70%，氯化鉀30%~55%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、4或5所述的一種利用鋁廢料高效捕集鋼鐵源煙氣中碳氧化物的方法，其特征在于：所述熔鹽的質(zhì)量為所述鋁廢料質(zhì)量的10%~80%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種利用鋁廢料高效捕集鋼鐵源煙氣中碳氧化物的方法，其特征在于：所述鋼鐵源煙氣除去氮氣和氧氣后，其氧氣體積含量不高于0.5%，氮氣體積含量不高于0.5%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用鋁廢料高效捕集鋼鐵源煙氣中碳氧化物的方法，其特征在于：所述熔體的溫度為700℃~800℃。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用鋁廢料高效捕集鋼鐵源煙氣中碳氧化物的方法，其特征在于：所述鋼鐵源煙氣從距離熔體底部1/4~1/5高度處通入熔體內(nèi)部。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的一種利用鋁廢料高效捕集鋼鐵源煙氣中碳氧化物的方法，其特征在于：所述鋼鐵源煙氣的通入量以將熔體中金屬鋁全部氧化成三氧化二鋁所需的碳氧化物的總摩爾量來計量。