铝灰综合利用技术的探讨

铝灰产生于电解铝、铝加工和再生铝行业中所有铝发生熔融的工序,属于危险废物(HW48),可分为一次铝灰和二次铝灰,其中一次铝灰由于含有大量的金属铝,具有较高的回收利用价值,国内已有比较成熟的工艺。二次铝灰主要为氧化铝、氮化铝及其它氧化物,目前主要采用湿法及火法无害化处置工艺。本文主要对国内现有的铝灰综合利用技术进行比较,指出对于二次铝灰的无害化处置仍存在回收利用率低、产生的二次污染治理成本高、产品附加值低等缺点。因此,开发成本低、污染小及附加值高的综合利用技术将是破解铝灰处置难题的关键。

作为世界第一铝制品生产大国,我国的铝工业每年产生的铝灰量近350万吨。《国家危险废物名录(2021年版)》将电解铝、铝加工及再生铝行业产生的铝灰列为危险废物(HW48),要求按照危险废物的相关要求处置铝灰,而现阶段铝灰处置方式主要有填埋和水泥窑协同处置,由于其处置能力有限,且处置成本较高,达到1 000元/吨以上,导致铝灰跨省非法倾倒案件时有发生。由于铝灰中含有许多可以利用的物质,对铝灰进行资源化利用,不仅具有良好的经济效益,也有较好的环境效益。

铝灰产生于电解铝、铝加工和再生铝行业中所有铝发生熔融的工序,根据铝灰在回收利用过程中的使用次数和金属铝含量,可将铝灰分为一次铝灰和二次铝灰,其主要成分见表1。一次铝灰含有大量的金属铝,具有较高的回收利用价值,回收利用较普遍;二次铝灰金属铝含量一般在5%以下,由于其资源化利用难度较大,多数企业采取填埋进行处理。

我国颁布的《国家危险废物名录(2021年版)》将铝灰列为危险废物,并将其危险特性分为反应性和毒性两类,其反应性来自铝灰中的金属铝、氮化铝和碳化铝,这些物质遇水分别产生氢气、氨气和甲烷等有毒有害气体;毒性主要来自生产过程中的氟化物和重金属残留 物。

铝灰主要对大气、地下水和土壤环境的造成污染。铝灰中的金属铝、氮化铝、碳化铝与空气中的水发生反应生成氨气、氢气、甲烷等有毒有害气体并污染环境;铝灰中的氟化物及重金属(砷、铅、铬、镉等)会对土壤及地下水造成污染;铝灰中的氯化物会导致土壤盐碱化。

目前对于铝灰的综合利用主要是提取铝灰中的金属铝,对剩余的二次铝灰再进行无害化处置,并回收其中的氧化铝,用于制备净水剂、脱氧剂、耐火材料、建筑材料等,具体如图1所示。

对于金属铝的回收,国内已经有比较成熟的工艺技术并投入工业化生产,主要有炒灰法、回转炉法、压榨法、电选法及球磨筛分法等。各种方法的比较见表2。

铝灰经过一次或多次回收金属铝后,铝含量已经很低,主要含有氧化铝、氮化铝、铁硅镁氧化物、氯化物、氟化物等。铝灰无害化处置主要是去除铝灰中的有害成分,主要是脱氮、固氟、除盐,使生产的产品符合相应的国家或行业产品质量标准。目前,国内企业对于二次铝灰的无害化处置可分为湿法及火法

铝灰湿法回收处理一般是指将铝灰放入浸出液中,浸出的金属铝及其化合物、浸出渣则作为固废进行处理,其工艺流程如图2所示。

将铝灰与石灰石按一定比例混合,经球磨筛分后,均匀地送入回转窑煅烧(煅烧温度在1 100 ℃~1 300 ℃),再经冷却、后加工,生产出铝酸钙成品,从而实现废铝灰的资源综合利用,铝灰火法处置工艺流程如图3所示。

二次铝灰经无害化处理后,可作为再生资源进行综合利用,相关产品主要包括硫酸铝、脱氧剂、耐火材料、净水剂、建筑材料、陶瓷原料等,详见图4。近年来,对于用铝灰生产石油催化剂、分子筛、冰晶石、氟化铝等高附加值产品已取得重大进展,并已成功进行了工业化尝试,展示了铝灰资源化利用的广阔前景。

铝灰可分为一次铝灰和二次铝灰,均属于危险废物,含有大量的铝及其化合物,具有很大的回收利用价值。当前,我国对铝灰的综合利用主要集中在金属铝的回收,对于二次铝灰无害化处置仍存在回收利用率低、所产生的二次污染治理成本高、产品附加值低等缺点,因此,开发低成本、污染小及高附加值的综合利用技术将是破解铝灰处置难题的关键,也将创造良好的经济和环境效益

危险废物资源化利用的前提条件是要有国家、地方政府制定或行业通行的被替代原料生产的产品质量标准,因此铝灰的资源化利用需完善相应的产品质量标准,同时建议省级生态环境部门要加快制定危险废物“点对点”定向利用方案,促进铝灰的资源化利用。

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