【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及石灰石烧结法提铝，尤其涉及一种可实现碳利用的石灰石烧结提铝方法及系统。
技术介绍
1、目前，全球每年生产氧化铝超过70万吨，中国是世界上最大的氧化铝生产国，年产量约30万吨氧化铝，约占世界总产量的40％。但我国铝土矿资源相对稀缺，铝土矿储量仅占世界总储量的6％左右，且矿石品位低，矿石类型以难熔隔水石为主，处理工艺复杂，能耗高，生产成本也较高。由于我国铝土矿资源严重短缺，只能依靠从国外进口矿石来解决原材料问题。中国每年进口铝土矿约30万吨，约占国内铝土矿使用量的50％。矿石资源不足严重制约了我国氧化铝工业的发展。因此，寻找新的替代性非铝土矿资源作为氧化铝工业的原料，研究氧化铝生产的新工艺技术已成为中国铝工业的重中之重。
2、铝土矿、明矾、高岭土、铝矾土、霞石、粘土、粉煤灰、煤矸石、铝灰、拜耳法赤泥等是高铝矿物或铝的固体废弃物，可以作为原料进行提铝。提铝的工艺主要有碱法、酸法和电热法，另外还有石灰石烧结法、酸碱联合法、铵盐培烧法等。石灰石烧结法可以从含铝原料中提取氧化铝，和碱石灰烧结法相比，石灰石烧结法对原料的适用性广，熟料烧结时不必配碱度，且熟料会自粉化，溶出时不需要进行湿法磨，溶出泥渣可制水泥。
3、石灰石烧结法提铝的常规生产过程为：石灰石与含铝原料按一定比例进行配料，配料后的原料进生料粉磨系统制备粒度符合要求的生料粉；生料粉经喂料点喂入预热预分解系统，经多级旋风预热器气固换热后进分解炉中煅烧分解，随后经底端旋风分离器气固分离后进窑尾烟室，随后进回转窑中进行固相反应煅烧生成熟料，烧成反应的主
4、上述石灰石烧结法提铝的常规生产过程涉及的主要反应方程式为：
5、caco3 ＝ cao + co2 (1)
6、12cao + 7al2o3 ＝ ca12al14o33 (2)
7、cao + al2o3 ＝ caal2o4 (3)
8、2cao + sio2 ＝ ca2sio4 (4)
9、ca12al14o33 + 12na2co3 + 5h2o ＝ 14naalo2 +12caco3 + 10naoh (5)
10、2naalo2 + co2 + 3h2o ＝ na2co3 + 2al(oh)3 (6)
11、2al(oh)3 ＝ al2o3 + 3h2o (7)
12、烧结过程中，铝资源中的氧化铝与石灰生成可溶于碳酸钠溶液的铝酸钙，二氧化硅与石灰生成不溶于碳酸钠溶液的硅酸二钙，铝酸钙熟料再经碳酸钠溶液浸出过程实现铝硅的高效分离。熟料理论最佳的物相组成为c12a7和γ-c2s，且熟料冷却至650℃附近时，硅酸二钙由β-c2s转变为γ-c2s，并伴随体积膨胀约10％，铝酸钙熟料发生自发粉化，不需经过破碎或磨细即可进行浸出；另外，由于在铝酸钠溶液中较为稳定，铝酸钙浸出过程基本不会发生二次反应造成氧化铝和氧化钠的损失。
13、中国专利技术专利cn103712462a公开了一种粉煤灰石灰石煅烧氧化铝自粉化熟料间接冷却设备，其实现了熟料在冷却机中缓慢运动，在冷却过程中发生晶型转变，形成自粉化熟料。但该冷却设备结构复杂，由很多通风管道构成，熟料在通风管道之间缓慢运动，极易使设备堵塞，不方便维修，导致系统运转率低，且一旦熟料把风道磨损，破损管道很难维修。
14、综上，目前石灰石烧结法提铝生产的主要问题是：
15、1)出窑含铝熟料液相量高(约为40-60％，水泥熟料液相量约为25-30％)，粘度大，极易粘结到回转窑与冷却机之间的连接设备上，形成结皮堵塞，导致生产线无法连续运行，运转率极低，产能低。
16、2)由于烧成温度范围窄，出窑熟料易结大块，且熟料理论最佳的物相组成为c12a7和γ-c2s，因此如何通过合适的冷却制度及设备实现熟料最佳物相组成、熟料自发粉化，并进行热回收利用，成为本技术的关键问题。
17、3)铝酸钠粗液碳酸化分离过程(反应方程式(6))需要提供含中等浓度co2烟气，co2浓度需要≥30％。而常规石灰石烧结法提铝采用空气燃烧，导致烟气量大且co2浓度偏低(co2浓度约10～20％)，无法满足粗液碳酸化分离过程需求，从而需要购置大量中高浓度co2气体，导致生产成本显著增加；同时大量含co2的烟气外排，导致碳减排压力显著提升。
18、基于上述背景，研究通过对现有石灰石烧结法提铝工艺进行优化改进，解决出窑熟料液相量大、易板结，无法输送及冷却，影响系统运转率的问题，实现熟料最佳物相组成、熟料自发粉化及热回收，且使烧结系统正常生产铝基化合物同时，在不额外购置co2气体的前提下，制备碳酸化分离环节所需的含中等浓度co2的烟气，进一步降低系统co2排放量，从而以较高的效率和较低的成本制备氧化铝，将成为石灰石烧结法大规模制备氧化铝的关键所在。
技术实现思路
1、本专利技术为解决现有技术存在的问题，提供一种可实现碳利用的提铝方法及系统，本专利技术解决了出窑熟料液相量大易板结，无法输送及冷却，影响系统运转率的问题，采用三级冷却制度及相应设备实现熟料最佳物相组成、熟料自发粉化及热回收；且在不额外购置co2气体的前提下，满足氧化铝制备环节碳酸化分离对中等浓度co2的需求，解决了现有石灰石烧结法提铝产生的烟气co2浓度偏低，造成后续碳酸化分离工序无法进行碳利用导致生产成本显著增加，以及现有石灰石烧结法提铝系统能耗高、熟料溶出率低及碳排放量大导致碳减排压力显著提升的技术问题。本专利技术的整个生产系统运转率高、能耗低、成本低，并实现碳减排、碳利用及余热利用本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种可实现碳利用的提铝方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的可实现碳利用的提铝方法，其特征在于：第三级冷却后的冷却余风经旋风收尘及袋式收尘后，温度为80-120℃，部分再回到第三级冷却的篦式冷却机中段供风处。
3.根据权利要求1所述的可实现碳利用的提铝方法，其特征在于：所述CO2提浓预热预分解系统与节能型预热预分解系统的生料粉喂料比例为1:1～1:6。
4.根据权利要求1所述的可实现碳利用的提铝方法，其特征在于：所述高纯度O2中O2浓度为50～99％。
5.根据权利要求1所述的可实现碳利用的提铝方法，其特征在于：所述节能型预热预分解系统出口排出的低温低CO2浓度烟气经余热回收利用系统回收部分热量后进烟气处理系统，经烟气处理后进烟囱排放到大气中。
6.一种可实现碳利用的提铝系统，其特征在于：包括CO2提浓预热预分解系统、节能型预热预分解系统、窑尾烟室、回转窑、三级冷却系统、三次风管和粗液碳酸化分离系统，所述节能型预热预分解系统、窑尾烟室、回转窑、三级冷却系统依次连接，所述三次风管连接三级冷却系统和节
7.根据权利要求6所述的可实现碳利用的提铝系统，其特征在于：所述三级冷却系统包括依次相连的第一级冷却装置、第二级冷却装置及第三级冷却装置，所述第一级冷却装置包括第一级冷却腔体，所述第一级冷却腔体的落料处设有机械推动组件，第一级冷却腔体的底部为下料斜坡，下料斜坡角度≥50°，机械推动组件将熟料推至下料斜坡上，下料斜坡采用抗结皮耐火材料，所述下料斜坡上布设多个压缩空气喷吹口，喷吹压缩空气使熟料颗粒表面液相转变为固态，并顺利进入到第二级冷却装置中；第二级冷却装置为单筒冷却机；第三级冷却装置为篦式冷却机，第三级冷却装置的冷却余风出口依次连接旋风收尘设备及袋式收尘设备，所述袋式收尘设备的烟气出口连接篦式冷却机中段供风口。
8.根据权利要求7所述的可实现碳利用的提铝系统，其特征在于：所述第二级冷却装置由其入口至出口倾斜向下布置，倾斜角度为1-5°，转速为0.5-5rpm。
9.根据权利要求6所述的可实现碳利用的提铝系统，其特征在于：所述粗液碳酸化分离系统包括碱液溶出装置、分离洗涤装置、粗液碳酸化分离装置及氢氧化铝焙烧装置，所述三级冷却系统的铝基熟料出口连接碱液溶出装置的进料口，所述碱液溶出装置的溶出液出口连接分离洗涤装置的进液口，所述分离洗涤装置的出液口连接粗液碳酸化分离装置的进液口，所述第一列旋风预热器的顶端旋风分离器的出风口连接粗液碳酸化分离装置的进气口，所述粗液碳酸化分离装置的氢氧化铝出口连接氢氧化铝焙烧装置的进口，所述氢氧化铝焙烧装置的出口为氧化铝成品。
10.根据权利要求6所述的可实现碳利用的提铝系统，其特征在于：所述CO2提浓预热预分解系统还包括应急卸料管，所述应急卸料管的一端与所述第一分解炉的底端连通，所述应急卸料管的另一端与所述窑尾烟室连通。
11.根据权利要求6所述的可实现碳利用的提铝系统，其特征在于：所述第一列生料入口设置为多个。
12.根据权利要求6所述的可实现碳利用的提铝系统，其特征在于：所述节能型预热预分解系统包括第二分解炉和第二列旋风预热器，所述第二分解炉上设置第二燃烧器，所述第二分解炉与所述三次风管及窑尾烟室连通，所述第二分解炉上开设第二列生料入口；
13.根据权利要求6所述的可实现碳利用的提铝系统，其特征在于：所述第一列旋风预热器的级数为5～7级；所述第二列旋风预热器的级数为5～7级。
...【技术特征摘要】
1.一种可实现碳利用的提铝方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的可实现碳利用的提铝方法，其特征在于：第三级冷却后的冷却余风经旋风收尘及袋式收尘后，温度为80-120℃，部分再回到第三级冷却的篦式冷却机中段供风处。
3.根据权利要求1所述的可实现碳利用的提铝方法，其特征在于：所述co2提浓预热预分解系统与节能型预热预分解系统的生料粉喂料比例为1:1～1:6。
4.根据权利要求1所述的可实现碳利用的提铝方法，其特征在于：所述高纯度o2中o2浓度为50～99％。
5.根据权利要求1所述的可实现碳利用的提铝方法，其特征在于：所述节能型预热预分解系统出口排出的低温低co2浓度烟气经余热回收利用系统回收部分热量后进烟气处理系统，经烟气处理后进烟囱排放到大气中。
6.一种可实现碳利用的提铝系统，其特征在于：包括co2提浓预热预分解系统、节能型预热预分解系统、窑尾烟室、回转窑、三级冷却系统、三次风管和粗液碳酸化分离系统，所述节能型预热预分解系统、窑尾烟室、回转窑、三级冷却系统依次连接，所述三次风管连接三级冷却系统和节能型预热预分解系统的分解炉；所述三级冷却系统的铝基熟料产品出口连接粗液碳酸化分离系统；
7.根据权利要求6所述的可实现碳利用的提铝系统，其特征在于：所述三级冷却系统包括依次相连的第一级冷却装置、第二级冷却装置及第三级冷却装置，所述第一级冷却装置包括第一级冷却腔体，所述第一级冷却腔体的落料处设有机械推动组件，第一级冷却腔体的底部为下料斜坡，下料斜坡角度≥50°，机械推动组件将熟料推至下料斜坡上，下料斜坡采用抗结皮耐火材料，所述下料斜坡上布设多个压缩空气喷吹口，喷吹压缩空气使熟料颗粒表面液相转变为固态，并顺利进入到第二级冷却装置中；第二级冷却装...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭学平，武晓萍，陈昌华，代中元，金周政，
申请(专利权)人：天津水泥工业设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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