新型濕式水解脫氮固氟預(yù)處理技術(shù)丨鋁灰集中資源化利用的關(guān)鍵是脫氮固氟

鋁灰的危害主要來源于其含有多種有毒成分，如鹽類、重金屬、碳化物、氮化物及氰化物等。在2016年國家環(huán)保部印發(fā)的《國家危險廢物名錄》，鋁灰已被明確認(rèn)定為 HW48類有色金屬冶煉廢物。具體危害如下：

1）NaCl與KCl等鹽類：在大規(guī)模堆積情況下，這些鹽會聚集引起土壤的鹽堿化問題，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染；

2）硒、鉛與鋇等重金屬：按現(xiàn)有大多鋁灰直接廢棄或者掩埋的條件，長期下去這些重金屬元素則會遷移至土壤、水等環(huán)境中，引發(fā)惡劣的環(huán)境污染，嚴(yán)重影響企業(yè)工業(yè)和周邊居民生活環(huán)境；

3）氮化物與金屬砷及其化合物：堆存期間，氮化物易與空氣中水分反應(yīng)形成 NH3、H2和CH4等可燃性氣體，引發(fā)火災(zāi)的可能性，造成生命和財(cái)產(chǎn)的損失；砷系列物質(zhì)易與空氣中水反應(yīng)生成有毒氣體氫化砷，該氣體對人體的傷害不可估計(jì)。

因此，無論如何，鋁灰斷然不能直接填埋，需加強(qiáng)對鋁灰的環(huán)保處理以及資源化利用，至少需要進(jìn)行無害化處理。

鋁灰經(jīng)過一次或多次回收鋁后，鋁含量已經(jīng)很低，又稱“黑灰”。二次鋁灰中主要含有Al2O3、鐵硅鎂氧化物、鉀鈉鈣鎂的氯化物等，可作為再生資源進(jìn)行綜合利用，如硫酸鋁、脫硫劑、聚合硫酸鋁、棕剛玉以及氧化鋁等領(lǐng)域，是一種具有綜合利用價值的可再生資源。

1）重選提鋁

重選法是一種利用金屬單質(zhì)與雜質(zhì)之間密度差異分離重金屬的方法。目前，有少數(shù)從事鋁回收公司采用此方法通過搖床對二次鋁灰進(jìn)行深度提鋁處理。從理論角度來說，該方法本是一種深度提鋁的工藝，但鑒于鋁灰會雜質(zhì)成分較多，無法避免一些密度差異小的成分的影響，該方法現(xiàn)階段在二次鋁灰提純方面處于停滯狀態(tài)。若能合理升級開發(fā)設(shè)備，提高技術(shù)指標(biāo)，定可克服現(xiàn)有問題。

2）轉(zhuǎn)爐和鐵水脫硫劑

由于經(jīng)提鋁后的二次鋁灰中含有大量的雜質(zhì)成分Al2O3，而傳統(tǒng)脫硫劑常用的便是CaO-Al2O3復(fù)合脫硫劑，因此可以利用二次鋁灰中Al2O3成分，添加一定量的石灰石等鋼鐵冶煉原料混合用作新型脫硫劑。通過該方法不僅可以降低鋼鐵行業(yè)脫硫成本，還能提高其脫磷能力。國外在很早時候就已經(jīng)將二次鋁灰回收利用至鋼鐵行業(yè)。

3）制備硫酸鋁

硫酸鋁可以除去水中的磷酸鹽、鋅、鉻等雜質(zhì)，控制水的顏色和氣味。具體生產(chǎn)過程為：在反應(yīng)池中，加入鋁灰與硫酸進(jìn)行反應(yīng)制備硫酸鋁，然后過濾除去雜質(zhì)，對濾液進(jìn)行蒸發(fā)濃縮和冷卻結(jié)晶，可制備得到工業(yè)級硫酸鋁。該方法的缺點(diǎn)是硫酸鋁的附加值較低，且制備過程中會產(chǎn)生有害氣體污染環(huán)境。

4）制備聚合硫酸鋁

近年來，隨著絮凝劑制備技術(shù)的成熟和發(fā)展，利用二次鋁灰獲取高附加值的絮凝劑是一種更加經(jīng)濟(jì)合理的綜合利用途徑。具體工藝為：以鋁灰與硫酸為原料反應(yīng)制備硫酸鋁，添加多種聚合劑進(jìn)行聚合反應(yīng)，然后熟化澄清、固液粉體得到聚合硫酸鋁。

5）制備耐火材料

二次鋁灰中含有大量的Al2O3，可嘗試添加一定比例作為耐火材料的燒結(jié)原料。Mailar等人嘗試用二次鋁灰替代耐火材料的部分燒結(jié)原料，得到的產(chǎn)品的性能指標(biāo)可滿足國家相關(guān)要求，但是該耐火材料的抗氧化性能不高，與不摻雜鋁灰的同品種耐火材料抗氧化能力差距較大。

     水解是有效的鋁灰脫氮技術(shù)，鋁灰中的氮化鋁與水發(fā)生水解反應(yīng)生成氫氧化鋁和氨氣，氨氣可進(jìn)一步經(jīng)硫酸吸收制得硫酸銨產(chǎn)品。

     傳統(tǒng)鋁灰水解雖可使鋁灰中的氮化鋁得到一定程度的分解去除，但反應(yīng)生成的氫氧化鋁會包裹氮化鋁顆粒，限制了水與氮化鋁之間進(jìn)一步反應(yīng)，降低了水解脫氮效率。傳統(tǒng)水解脫氮工藝的脫氮效率通常在30~40％左右，脫氮不徹底。同時，由于氨水具有易揮發(fā)性，鋁灰水解過程產(chǎn)生的氨氣若不能有效凈化吸收，則會對大氣環(huán)境造成二次污染。

      研究表明，在加熱條件下，鋁灰水解反應(yīng)速率加快，從而提高了氮化鋁水解效率，但仍無法解決氫氧化鋁對氮化鋁的包裹問題，無法從本質(zhì)上提高鋁灰水解脫氮效率。

      鋁灰脫毒是一個脫氮固氟去重的化學(xué)反應(yīng)過程，涉及水解、尾氣處理、資源化產(chǎn)物制取等過程和工藝，系統(tǒng)性強(qiáng)，有一定的技術(shù)壁壘。

     鋁灰具有反應(yīng)性、毒性等危險特性，對其進(jìn)行無害化并加之利用，是解決鋁灰污染治理的重點(diǎn)。從國內(nèi)目前已經(jīng)運(yùn)行的鋁灰資源化綜合利用示范項(xiàng)目來看，新型濕式水解脫氮固氟預(yù)處理技術(shù)，對于鋁灰及后續(xù)資源化利用起到了至關(guān)重要的作用。