本发明属于氧化铝焙烧技术领域，具体涉及一种二步法生产γ型氧化铝的工艺装置与工艺方法。
背景技术：
六水氯化铝(结晶氯化铝)的热解焙烧是粉煤灰以酸法提取氧化铝工艺的关键工序之一。由于结晶氯化铝与氢氧化铝在物理、化学性质存在较大差异，现行成熟的由氢氧化铝焙烧生产氧化铝的工艺装备均不能直接使用，所以以六水氯化铝焙烧生产氧化铝的工艺装置和工艺方法需另行开发研究。目前，已开发的六水氯化铝焙烧工艺，采用的是以干燥、焙烧工序共同串联组成一个工艺系统，被称之为一步法工艺。在该工艺系统中，焙烧工序尾气要引进干燥机内，为投入干燥机内的六水氯化铝去除自由水分和部分结晶水提供热量。由于作为干燥气体的焙烧尾气含有湿分和hcl气体，六水氯化铝在低温干燥状态下极易出现结团、软化现象，导致设备连续运行性能较差。由于干燥尾气，也即系统排出的尾气含有大量水气，亦含有hcl，使得系统尾气的湿度大，hcl浓度低和气量大，导致尾气的hcl吸收处理难度大。同时干燥气体含有hcl气体与湿料接触，对设备腐蚀性强，装置需要采取相应的防腐措施。
针对上述工程问题，本发明一种将六水氯化铝气流干燥机干燥和动态焙烧炉热解焙烧分为两个独立操作单元，称之为二步法工艺。二步法工艺可以从根本上避免一步法工艺所产生的上述工程问题。
技术实现要素：
本发明的目的是提供了一种二步法生产γ型氧化铝的工艺装置与方法，该方法是将六水氯化铝干燥、热解焙烧分为两个独立的操作单元，以二步法进行生产γ型氧化铝的工艺装置与方法。该方法采用干燥、热解焙烧二步法工艺，即将六水氯化铝首先通过低温干燥去除自由水分和大部分结晶水，然后将干燥后物料通过多级预热系统预热，最后送入动态焙烧炉高温焙烧、热解为最终产品γ型氧化铝，最终产品γ型氧化铝再经晶型整合处理后入仓。干燥工序产生的干燥尾气直接排空，焙烧热解工序尾气经过预热、换热、粉尘捕集后送入hcl吸收系统处理。该装置和方法避免了一步法工艺所产生的诸多生产问题。采用的工艺装置安全性能与操作环境良好。采用多级预热方式，实现焙烧尾气热量梯次利用，提高系统热效率。采用带有打散装置气流式干燥机和单独燃烧炉供热低温干燥，有效避免物料结团软化现象；采用动态焙烧炉，由单独燃烧炉供热和采用晶型整合器，有效避免α型氧化铝生成和产品γ型氧化铝晶型整合趋于均匀。二步法工艺其装置和方法工业化程度高。
本发明的一种二步法生产γ型氧化铝的工艺装置，包括干燥系统装置和热解焙烧系统装置；
其中，所述的干燥系统装置包括的设备为：第一燃烧炉、加料机、气流式干燥机、第一旋风捕集器、第一捕集器、第一螺旋送料机和第一引风机；
所述的热解焙烧系统装置包括的设备为：第二燃烧炉、动态焙烧炉、晶型整合器、第二旋风捕集器、多级预热系统、第二捕集器、第二引风机、第二螺旋送料机和换热器；
其中，所述的多级预热系统为多个预热器依次串联连接而成，其中，首先预热物料的第一个预热器为一级预热器、第二个预热器为二级预热器、第三个预热器为三级预热器，依次类推。
其中，干燥系统装置的气流式干燥机设置有出风口、进料口、进风口，干燥系统装置的第一旋风捕集器设置有进风口、出风口和出料口，第一捕集器设置有进风口、出风口和出料口，其中，气流式干燥机进料口和加料机相连接，气流式干燥机的进风口和第一燃烧炉相连接、气流式干燥机的出风口和第一旋风捕集器的进风口相连接，第一旋风捕集器依次与第一捕集器、第一引风机串联，同时，第一旋风捕集器的出料口和第一捕集器出料口均与第一螺旋送料机相连，第一螺旋送料机出料口与多级预热系统中的一级预热器的进风口管道相连接；各个设备之间的连接方式为通过管道相连；
热解焙烧系统装置的动态焙烧炉设置有进料口、进风口和出风口，热解焙烧系统装置的晶型整合器设置有进风口、出风口和出料口，热解焙烧系统装置的第二旋风捕集器设置有进风口、出风口和出料口，其中，动态焙烧炉的进料口和多级预热系统中的最后一级预热器出料口相连，动态焙烧炉的进风口和第二燃烧炉相连接，动态焙烧炉的出风口和晶型整合器的进风口相连接，晶型整合器的出风口和第二旋风捕集器的进风口相连接，第二旋风捕集器的出风口和多级预热系统的最后一级预热器进风口相连接，晶型整合器的出料口和第二旋风捕集器的出料口均与料仓相连，多级预热系统的一级预热器出风口依次串联换热器(气气换热)、第二捕集器、第二引风机，同时，第二捕集器出料口和第二螺旋送料机相连，第二螺旋送料机出料口与多级预热系统的一级预热器进风口管道相连，各个设备的连接方式为通过管道相连；
所述的多级预热系统至少为三级预热；其中，各级预热器均为旋风预热器，设置有进风口、出风口和出料口，其中，二级预热器的出风口和一级预热器的进风口相连，三级预热器的出风口和二级预热器的进风口相连；一级预热器的出料口与三级预热器的出风口、二级预热器的进风口之间的管道相连，二级预热器的出料口与第二旋风捕集器的出风口、三级预热器的进风口之间的管道相连。
所述的第一捕集器为第一电捕集器或第一袋式捕集器，所述的第二捕集器为第二电捕集器或第二袋式捕集器。
所述的气流式干燥机带有打散装置。
所述的气流式干燥机的供热热源为第一燃烧炉；
所述的动态焙烧炉的供热热源为第二燃烧炉。
本发明的一种二步法生产γ型氧化铝的工艺方法，采用上述装置，具体包括如下步骤：
步骤1.干燥
用加料机将六水氯化铝晶体送入气流式干燥机中，在气流式干燥机中打散装置的机械力和通入热气体风力作用下将六水氯化铝晶体打散干燥，干燥温度控制为210℃～260℃，得到干燥后的氯化铝，并且产生了干燥尾气；
所述的热气体由第一燃烧炉提供，具体燃气燃烧后热气体；
步骤2.预热
干燥后的氯化铝由干燥尾气的夹带下依序进入第一旋风捕集器、第一捕集器，得到分离的干燥尾气和被捕集物料；其中，分离的干燥尾气经第一引风机引出排空；
被捕集物料通过第一螺旋送料机送入进入多级预热系统的一级预热器进风口和二级预热器出风口相连管道，然后进行逐级预热，得到预热后的物料和预热系统尾气，物料的预热温度为400～500℃；
步骤3.热解焙烧
预热后的物料送入动态焙烧炉高温焙烧，与热气体进行热交换，发生热解反应，热解温度为900℃～1100℃，得到γ型氧化铝；
步骤4.晶体整合
γ型氧化铝进入晶型整合器进行晶型整合、均化，得到晶型整合后的γ型氧化铝和分离的焙烧尾气；
步骤5.焙烧尾气处理
焙烧尾气经第二旋风捕集器捕集物料分离后，进入多级预热系统的最后一级预热器的进风口，依次通过各个预热器的进风口、出风口，最后从一级预热器排出预热系统；
预热系统尾气排出后，经换热器换热，经第二捕集器捕集物料得到分离的尾气，分离的尾气最后由第二引风机引出并送入hcl吸收系统作hcl回收处理；捕集物料通过第二螺旋送料机进入一级预热器进风口和二级预热器出风口相连的管道。
所述的步骤1的目的在于，打散的六水氯化铝晶体与热气体以实现热交换，去除六水氯化铝晶体的自由水分和大部分结晶水。
所述的步骤1中，所述的干燥采用稀相载流热交换及负压操作方式。
所述的步骤2中，所述的多级预热系统至少为串联的三级预热方式。
所述的步骤3中，所述的热解焙烧采用稀相载流热交换及负压操作方式。
所述的步骤3中，所述的热气体由第二燃烧炉提供，具体为燃气燃烧后热气体，其中，第二燃烧炉的助燃空气采用换热器换热下来的热空气。
所述的步骤4中，目的在于将γ型氧化铝的晶型进行整合，使得γ型氧化铝的晶型趋于均匀。
所述的步骤5中，所述的换热器的换热方式为气气换热。
所述的步骤5中，热解后的焙烧尾气进入多级预热系统的目的是载流并为物料预热提供热量。
本发明制备的γ型氧化铝，其氧化铝含量≥98％，α型氧化铝含量≤5％，灼烧减量≤1％，焙烧尾气hcl的体积浓度可达20％。
本发明的一种二步法生产γ型氧化铝的工艺装置与方法，相比于现有技术，其有益效果为：
(1)本发明采用干燥、热解焙烧二步法工艺，可从根本上避免了一步法工艺所产生的诸多生产问题。
(2)本发明采用采用稀相载流热交换及负压操作方式，气、固两相接触充分，热传递快，工艺装置安全性能与操作环境良好。
(3)本发明采用带有打散装置的气流式干燥机，并由单独燃烧炉供热，以强化物料分散及干燥效率；干燥热气体为燃烧后气体，基本绝干，干燥温度控制在210℃～260℃范围内，以实现物料低温干燥过程中脱水而不产生水解反应。
(4)本发明物料预热采用多级预热方式，以保证物料逐级加热，实现焙烧尾气热量梯次利用，提高系统热效率。
(5)本发明采用动态焙烧炉，燃烧炉单独供热及焙烧炉后续晶型整合器方式，以保证物料热解充分，避免α型氧化铝生成和产品γ型氧化铝晶型整合趋于均匀。
(6)本发明二步法生产工艺，焙烧尾气含hcl浓度高，湿度小，气量小，以便尾气的hcl吸收回收处理，投资规模小，运行成本小，同时可大幅度减少对设备腐蚀的影响。
(7)本发明工艺装置和方法，已建造一套试验装置，目前完成试验阶段，证明可推广用于六水氯化铝的大型工业化焙烧。
附图说明
图1为本发明实施例二步法生产γ型氧化铝的工艺流程框图；
其中，1为第一燃烧炉、2为加料机、3为气流式干燥机、4为第一旋风捕集器、5为第一捕集器、6为第一螺旋送料机，7为第一引风机，8为第二燃烧炉、9为动态焙烧炉、10为晶型整合器、11为第二旋风捕集器、12为一级预热器、13为二级预热器、14为三级预热器、15为第二捕集器、16第二引风机、17为第二螺旋送料机，18为换热器，19为料仓。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
以下实施例中，使用的原料为六水氯化铝晶体，含水量：5～10％(湿基)，工艺装置的处理量为：100kg/h。
以下实施例以三级预热系统为例，其二步法生产γ型氧化铝的工艺流程框图见图1。
实施例
一种二步法生产γ型氧化铝的工艺装置，包括干燥系统装置和热解焙烧系统装置；
其中，所述的干燥系统装置包括的设备为：第一燃烧炉1、加料机2、气流式干燥机3、第一旋风捕集器4、第一捕集器5、第一螺旋送料机6和第一引风机7；
所述的热解焙烧系统装置包括的设备为：第二燃烧炉8、动态焙烧炉9、晶型整合器10、第二旋风捕集器11、多级预热系统、第二捕集器15、第二引风机16、第二螺旋送料机17和换热器18；
其中，所述的多级预热系统为三个预热器依次串联连接而成，其中，首先预热物料的第一个预热器为一级预热器12、第二个预热器为二级预热器13、第三个预热器为三级预热器14。
其中，干燥系统装置的气流式干燥机3设置有出风口、进料口、进风口，干燥系统装置的第一旋风捕集器4设置有进风口、出风口和出料口，第一捕集器5设置有进风口、出风口和出料口，其中，气流式干燥机3进料口和加料机2相连接，气流式干燥机3的进风口和第一燃烧炉1相连接、气流式干燥机3的出风口和第一旋风捕集器4的进风口相连接，第一旋风捕集器4依次和第一捕集器5、第一引风机7串联，同时，第一旋风捕集器4的出料口和第一捕集器5出料口均与第一螺旋送料机6相连，第一螺旋送料机6出料口与三级预热系统中的一级预热器12的进风口管道相连接；各个设备之间的连接方式为通过管道相连；
热解焙烧系统装置的动态焙烧炉9设置有进料口、进风口和出风口，热解焙烧系统装置的晶型整合器10设置有进风口、出风口和出料口，热解焙烧系统装置的第二旋风捕集器11设置有进风口、出风口和出料口，其中，动态焙烧炉9的进料口和三级预热系统中的三级预热器14出料口相连，动态焙烧炉9的进风口和第二燃烧炉8相连接，动态焙烧炉9的出风口和晶型整合器10的进风口相连接，晶型整合器10的出风口和第二旋风捕集器11的进风口相连接，第二旋风捕集器11的出风口和三级预热系统的三级预热器14进风口相连接，晶型整合器10的出料口和第二旋风捕集器11的出料口均与料仓19相连，三级预热系统的一级预热器12出风口依次串联换热器18、第二捕集器15、第二引风机16，同时，第二捕集器15出料口和第二螺旋送料机17相连，第二螺旋送料机17出料口与多级预热系统的一级预热器12的进风口管道相连，各个设备的连接方式为通过管道相连；
所述的三级预热系统为三级预热；其中，各级预热器均为旋风预热器，设置有进风口、出风口和出料口，其中，二级预热器13的出风口和一级预热器12的进风口相连；三级预热器14的出风口和二级预热器13的进风口相连，一级预热器12的出料口与三级预热器14的出风口、二级预热器13的进风口之间的管道相连，二级预热器13的出料口与第二旋风捕集器11的出风口、三级预热器14的进风口之间的管道相连。
所述的第一捕集器为第一电捕集器，所述的第二捕集器为第二电捕集器。
所述的气流式干燥机带有打散装置。
所述的气流式干燥机的供热热源为第一燃烧炉。
所述的动态焙烧炉的供热热源为第二燃烧炉。
燃料：天然气
一种二步法生产γ型氧化铝的工艺方法，采用上述装置，具体包括如下步骤：
步骤1.干燥
用加料机2将原料六水氯化铝晶体送入气流式干燥机3中，向气流式干燥机3中通入经第一燃烧炉1产生的热气体，原料在气流式干燥机3中的打散装置机械力和和热空气共同作用下被打散干燥，干燥温度控制为210℃～230℃，得到干燥后的氯化铝，并且产生干燥尾气；
其目的在于，打散的六水氯化铝晶体与热气体进行热交换，以去除六水氯化铝晶体的自由水分和大部分结晶水。
所述的干燥采用稀相载流热交换及负压操作方式。
步骤2.预热
干燥后的氯化铝由干燥尾气的夹带下依序进入第一旋风捕集器4、第一捕集器5，得到分离的干燥尾气和被捕集物料；其中，分离的干燥尾气经第一引风机7引出排空；
被捕集物料通过第一螺旋送料机6送入进入多级预热系统的一级预热器12进风口和二级预热器13出风口相连管道，然后进行逐级预热，得到预热后的物料和预热系统尾气，被捕集物料的预热温度为400～450℃；
步骤3.热解焙烧
预热后的物料送入动态焙烧炉9高温焙烧，与热气气进行热交换，发生热解反应，得到γ型氧化铝，动态焙烧炉的热解温度为900℃～1100℃；
所述的热气体由第二燃烧炉提供，具体为天然气燃烧后热气体，其中，第二燃烧炉的助燃空气采用换热器换热下来的热空气。
所述的热解焙烧采用稀相载流热交换及负压操作方式。
步骤4.晶体整合
γ型氧化铝进入晶型整合器10进行晶型整合、均化，得到晶型整合后的γ型氧化铝与分离的焙烧尾气；
制备的γ型氧化铝，其氧化铝含量≥98％，α型氧化铝含量≤5％，灼烧减量≤1％。
步骤5.焙烧尾气处理
焙烧尾气经第二旋风捕集器11捕集物料分离后，进入三级预热系统的三级预热器14的进风口，依次通过各个预热器的进风口、出风口，最后从一级预热器12排出预热系统尾气；
预热系统尾气排出后，经换热器18换热，经第二捕集器15捕集物料得到分离的尾气，分离的尾气最后由第二引风机16引出并送入hcl吸收系统作hcl回收处理；捕集物料通过第二螺旋送料机17进入一级预热器12进风口和二级预热器13出风口相连的管道。
其中，热解后的焙烧尾气中，其含有的hcl的体积浓度为15～20％，尾气湿度：湿含量m＝2％，尾气气体量：3100nm3/h。
所述的换热器的换热方式为气气换热，具体为将冷空气与热解后的焙烧尾气进行间接换热，冷空气成为热空气。
热解后的焙烧尾气进入多级预热系统的目的是载流和为物料预热提供热量。