鋁灰無害化處理技術(shù)展望

2023-08-11 02:38:31

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鋁灰是電解鋁、鋁加工和再生鋁等鋁工業(yè)生產(chǎn)過程中必然產(chǎn)生的有毒有害固體廢棄物，一方面含有大量的金屬鋁及鋁的化合物，具有較高的工業(yè)回收和再利用價(jià)值；另一方面還含有F-、Cl-、CN-等有害離子及Cr、Cd、Pb等重金屬元素，處理不當(dāng)不僅會(huì)污染土壤，還會(huì)隨著重金屬元素和有害離子遷移導(dǎo)致地下水污染，產(chǎn)生環(huán)境污染問題。鋁灰根據(jù)其產(chǎn)生和處理工序的先后順序分為一次鋁灰和二次鋁灰。一次鋁灰是鋁生產(chǎn)中產(chǎn)生的初級(jí)固體廢料，二次鋁灰是一次鋁灰回收利用金屬鋁后剩下的固體殘?jiān)鼜U料。鋁灰資源化綜合利用就是以一、二次鋁灰為主要原料，從中提取有價(jià)成分，提煉鋁、制備建材和藥劑等工序，此舉可以將鋁灰“變廢為寶”，在創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值的同時(shí)減少環(huán)境污染，對(duì)我國(guó)實(shí)施節(jié)約戰(zhàn)略，推進(jìn)各類資源節(jié)約集約利用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

鋁是活潑金屬，在高溫下和爐內(nèi)氧氣接觸反應(yīng)就產(chǎn)生了大量的鋁灰。鋁灰是一種固體廢渣，分為一次鋁灰和二次鋁灰。二次鋁灰成分非常復(fù)雜，主要化學(xué)組成為Al、Al2O3，另外含有少量Na、Mg、Ca和Si等物質(zhì)，同時(shí)還含有少量氟化物和氯化物，甚至鹽溶劑。主要物相為金屬鋁、氧化鋁、氮化鋁以及鎂鋁尖晶石，其中氮化鋁含量10 %~40 %、氧化鋁15 %~30 %、單質(zhì)鋁5 %~20 %。

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鋁灰資源化技術(shù)與利用

1、回收金屬鋁

從鋁灰中回收金屬鋁的方法很多，大體可以分為熱處理回收法和冷處理回收法，上述方法金屬鋁的回收率可達(dá)70%以上。金屬鋁的熱回收工藝主要針對(duì)的是一次鋁灰，主要有炒灰回收法、回轉(zhuǎn)窯處理法、壓榨回收法、等離子體電弧法等；冷處理回收法主要針對(duì)的是二次鋁灰，即對(duì)鋁灰漿化之前采用的預(yù)處理工藝回收部分金屬鋁粒，后續(xù)再采取酸洗或者堿洗的方式制備其他附加產(chǎn)品；冷處理回收法一般采用重選法、球磨篩分法、離心法等物理手段進(jìn)行分離。

2、利用鋁灰合成工藝材料

利用鋁灰合成工藝材料，一般針對(duì)的是二次鋁灰，利用鋁灰中氧化鋁含量比較高的特點(diǎn)，合成棕剛玉、鋼鐵脫硫劑、耐火材料等產(chǎn)品；棕剛玉制備以鋁灰為原料，再添加無煙煤、鐵屑等成分，熔煉制備氧化鋁類產(chǎn)品；鋼鐵脫硫?qū)X灰和石灰按照約1∶1質(zhì)量比例經(jīng)錘式破碎機(jī)加工后用混合機(jī)械混合、制粒，再經(jīng)過回轉(zhuǎn)爐或電弧焊高溫熔化燒結(jié)，經(jīng)過急速冷凝和破碎篩分即可得到精煉劑產(chǎn)品，但同樣存在著鋁灰摻入比例較小(50%左右)，無法滿足長(zhǎng)期穩(wěn)定生產(chǎn)的要求；耐火材料在制備過程中，鋁灰代替部分燒結(jié)原料，產(chǎn)品性能滿足國(guó)家相關(guān)要求，但鋁灰中含有的鹽類對(duì)氧化性產(chǎn)生影響，耐火材料抗氧性較差。

3、利用鋁灰制取工藝材料

利用鋁灰制取工藝材料，一般是針對(duì)的是二次鋁灰，一般通過加入稀酸、堿、水等方式，處理二次鋁灰；制備的產(chǎn)品包括硫酸鋁、堿式氯化鋁、聚合氯化鋁等凈水劑、氧化鋁溶膠、人造沸石等；硫酸鋁制備主要是將二次鋁灰與硫酸反應(yīng)制備得到；堿式氯化鋁、聚合氯化鋁是將二次鋁灰與鹽酸、燒堿等反應(yīng)制備得到；硫酸鋁可用于生產(chǎn)中去除雜質(zhì)等，堿式氯化鋁是常用的一種凈水劑，聚合氯化鋁是目前使用較為廣泛的一種絮凝劑；氧化鋁凝膠制備是將鋁灰用鹽酸浸泡過，攪拌沉淀過濾后，在過濾后的鋁灰中添加氨水、助劑后得到氧化鋁溶膠；人工沸石的制備是將鋁渣與磷酸溶液、三乙胺攪拌混合，均勻之后會(huì)出現(xiàn)凝膠，在高壓釜中得到成品，是一種較為理想的凈化材料。

4、等離子體速熔法

該方法是在熔融爐內(nèi)熔煉鋁灰，靠等離子噴嘴產(chǎn)生的風(fēng)流，向傾動(dòng)爐內(nèi)充入適當(dāng)?shù)腃O2、CH4或H2，加上等離子體與鋁灰接觸，在溫度升高至950 ℃左右時(shí)，鋁塊表面的氧化膜開始破裂，鋁液流出。該方法的回收率可達(dá)90%以上。在操作過程中，需加入氧化鈣作為造渣劑，后續(xù)可得到鋁酸鈣和金屬鋁兩種產(chǎn)品。該法具有鋁回收率高，又不需要添加鹽熔劑的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)得到的副產(chǎn)品鋁酸鈣還可作為商品出售。但該工藝需要消耗甲烷，氫氣等氣體，對(duì)設(shè)備也有較高要求，因此處理成本較高。

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鋁灰無害化處理技術(shù)展望

1、火法處理工藝

鋁灰經(jīng)過球磨和篩分，由于金屬鋁具有比較好的延展性，在球磨過程中幾何尺寸加大，被篩網(wǎng)攔截成為篩上物料；化合態(tài)的鋁灰被破碎成微粒子穿過篩網(wǎng)成為篩下物，達(dá)到將金屬鋁粉和鋁灰分離的目的；將篩分得到的鋁粉加入熔鋁爐中進(jìn)行重熔鑄錠，產(chǎn)生鋁錠，回收金屬鋁；滾筒篩篩下物料進(jìn)入到濕法處理工藝；其處理思路如圖1所示。

鋁灰濕法處理蒸發(fā)器

2、濕法處理工藝

篩下物料在堿性水體中使金屬鋁粉，氮化鋁水解，水解產(chǎn)生的溶液，經(jīng)過壓濾等操作后，實(shí)現(xiàn)氫氧化鋁與溶液的分離，得到高鋁料；溶液進(jìn)入后續(xù)設(shè)備進(jìn)行苛化和固氟處理；經(jīng)過固氟處理的溶液進(jìn)入到蒸發(fā)系統(tǒng)，回收鹽；苛化溶液返回至系統(tǒng)中，循環(huán)利用；固氟、苛化后產(chǎn)生氟化鈣污泥、輕質(zhì)碳酸鈣，裝袋外售；其處理思路如圖2所示。鋁灰無害化處理技術(shù)，金屬鋁錠可外售用于生產(chǎn)鋁合金制品，高鋁料可外售用于生產(chǎn)陶瓷、耐火材料，氨水可外售用于生產(chǎn)農(nóng)用化肥、脫硝劑、化工原料，輕質(zhì)碳酸鈣可外售用于生產(chǎn)涂料、橡膠、塑料等，混鹽可外售作為煉鋁精煉劑售，氟化鈣污泥可外售作為水泥廠礦化劑或陶瓷釉料的原料，這樣對(duì)鋁灰實(shí)現(xiàn)了無害化處理，保障生產(chǎn)過程中的穩(wěn)定。

鋁灰濕法處理蒸發(fā)器

鋁灰產(chǎn)生于鋁電解、鋁(含再生鋁)加工等所有鋁發(fā)生融熔的工序。其來源可分為鋁電解冶煉過程中產(chǎn)生的鋁灰、鋁熔鑄過程中的鋁灰和再生鋁加工過程中的鋁灰。作為產(chǎn)能和產(chǎn)量均位列苐一的電解鋁大國(guó)，中國(guó)的電解鋁、鋁加工、再生鋁每年排出的鋁灰量保守的估計(jì)在300萬噸以上， 2021年，隨著國(guó)家監(jiān)管力度的加大，鋁灰渣（含二次鋁灰）等均被納入《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄（2021 年版）》，代碼為：HW48,321-026-48，同時(shí)名錄“豁免清單 ”中給出“利用 ”環(huán)節(jié)作為“ 回收金屬鋁 ”時(shí)，可不按危廢管理，由于政策支持，鋁灰資源化近三年得以快速發(fā)展，目前鋁灰資源化采用的工藝包括“濕法”及“火法”工藝，而濕法因處理成本及投資成本的優(yōu)勢(shì)被廣泛采用，在鋁灰的濕法資源化過程中，其溶解浸出工序?qū)a(chǎn)生大量過程水，這些過程水中含大量的氯化鈉、氯化鉀、較高濃度的氟化物及鈣鎂離子，為更好的資源化提取過程水中的鉀鈉鹽，我司通過工藝優(yōu)化，基本實(shí)現(xiàn)了鹽的資源化及固廢的資源化回收。