STE工藝：再生鋁鹽渣的先進(jìn)處理工藝

文/ 意大利安奇泰克技術(shù)有限公司 馬卡尼·馬士莫

再生鋁行業(yè)廣泛涉及廢舊的成型鋁材和復(fù)合鋁材的回收。廢料被分類、預(yù)備、拌料、熔煉和精煉后成為各種規(guī)格的合金。在熔煉的過程中，助溶劑主要為NaCl、KCl 或兩種鹽的混合物。通過將向熔池表面加入助溶劑以減少金屬的氧化，還可以去除一些雜質(zhì)。所形成的鹽渣包含鹽溶劑、金屬鋁、氧化鋁粉末，以及一些可與水反應(yīng)的鋁的化合物。

鋁鹽渣的反應(yīng)活性非常高，鑒于其對環(huán)境的影響，不可以進(jìn)行填埋處理。實(shí)際上，鹽渣在遇到雨水或是地下水的條件下很容易浸出氯化物。此外，鹽渣在遇到水時還會釋放氣體，包括氫氣、氨氣、甲烷以及少量的硫化氫和磷化氫。

意大利的一家技術(shù)公司已開發(fā)出一種鹽渣的回收系統(tǒng)。1977年，該公司在意大利的Carisio 設(shè)計(jì)并建造了第一代的鹽渣回收處理系統(tǒng)。從現(xiàn)有運(yùn)行數(shù)據(jù)看，該設(shè)施的每日處理能力可達(dá)50 噸。熔態(tài)的渣通過澆包被運(yùn)送至一個大轉(zhuǎn)筒。通過對轉(zhuǎn)筒的外側(cè)噴灑循環(huán)水來進(jìn)行冷卻并對渣造粒。完成造粒的渣進(jìn)行后續(xù)的淋濾，而獲得的鹵水則通過轉(zhuǎn)爐的余熱進(jìn)行蒸發(fā)濃縮。

1987年，這家公司在意大利的Novate 建造一個閃蒸系統(tǒng)的中式工廠。閃蒸系統(tǒng)有兩個主要的目的，一是為了獲得每天最多可回收60 噸鹽渣的簡單工藝流程數(shù)據(jù)；二是為了提供一個可以用來處理浸出過程中產(chǎn)生的氣體燃燒系統(tǒng)。中式工廠每日可以處理鹽渣3 噸。經(jīng)過兩年的試驗(yàn)操作，最終確定了閃蒸系統(tǒng)的所有的工藝操作參數(shù)并建成了第一座工廠。

該項(xiàng)工作的成果已經(jīng)被用于90年代末建設(shè)的兩座工廠，一個在巴西的Cacapava，另一個位于意大利Borgofranco di Ivrea 的Alcan。

經(jīng)過在90年代初與B.U.S 公司的相關(guān)研究工作，該項(xiàng)技術(shù)獲得了進(jìn)一步的發(fā)展，工藝流程也再一次改變。

幾年前，當(dāng)氧化鋁惰性化處理技術(shù)和濕磨技術(shù)開始被采用時，該工藝又進(jìn)行了相應(yīng)的升級更新。其核心工藝非常簡單：將固體的氧化鋁和鹽進(jìn)行浸出以回收鹽，并將鹽重新作為再生鋁熔爐中的溶劑，同時氧化鋁也得到了再利用。

遺憾的是，在渣中存有很多鋁的化合物，其反應(yīng)后可產(chǎn)生大量有毒有害的危險氣體。這些危險氣體需要采用一些方式進(jìn)行有效的處理。與水反應(yīng)后最常見的氣體及其反應(yīng)產(chǎn)物如下所示：

設(shè)計(jì)出可行工藝的關(guān)鍵在于充分了解渣的化學(xué)組成以及上述相關(guān)的化學(xué)品。有效地控制在鹽浸出過程中產(chǎn)生的氣體是該項(xiàng)工藝最為重要的部分。

圖1 第一代鋁鹽渣處理工廠

這家公司在Carisio（意大利）建的第一代工廠非常簡單（見圖1）。渣被轉(zhuǎn)筒外部的水冷卻而熱造粒。造粒的渣立刻加入到一個旋轉(zhuǎn)的淋濾反應(yīng)器，獲得的漿液則被篩濾。篩下物可回收鹽溶液及氧化鋁，篩上物則為金屬鋁屑片，鋁屑可以返回熔爐重?zé)?。篩下物在過濾后獲得產(chǎn)物分別叫氧化鋁餅和鹽溶液。鹽溶液結(jié)晶后回收其中的鹽，而回收的鹽則可以被重新投入鋁熔爐作為助溶劑。反應(yīng)過程產(chǎn)生的氣體可被直排至大氣，這是因?yàn)榘笔菤怏w存在異味的主要成因，但由于采用過量的鹽作為溶劑而抑制了氮化鋁(AlN) 的形成，使得產(chǎn)生的氨氣的濃度非常低（見左欄中的反應(yīng)2）。

鋁生產(chǎn)行業(yè)和環(huán)保規(guī)范的改變都促使這家技術(shù)公司不斷改進(jìn)相應(yīng)的工藝設(shè)計(jì)。在圖2 中所展示的工藝已經(jīng)有了非常大的變化。該新工藝曾被用于建造意大利的Borgofranco di Ivrea 的Alcan 工廠。

圖2 第二代鋁鹽渣處理工廠

操作的第一步是將渣進(jìn)行研磨后篩選出金屬鋁，并將金屬鋁返回至熔爐，其余碎料進(jìn)行淋濾。淋濾過程僅采用水來分離鹽分，并與鋁的化合物進(jìn)行反應(yīng)。通過燃燒的方式處理如下反應(yīng)產(chǎn)生的氣體。

燃燒產(chǎn)生的熱量可以用于結(jié)晶單元，減少其能量消耗。

該設(shè)計(jì)非常適合小規(guī)模的鋁鹽渣處理回收廠，因此可直接設(shè)置于再生鋁工廠廠區(qū)內(nèi)，閃蒸工藝雖然不是特別高效，但設(shè)備成本很低且易于管理維護(hù)。

鋁生產(chǎn)行業(yè)的進(jìn)一步變革和金屬行業(yè)更為嚴(yán)苛的環(huán)保要求，以及廢棄物管理要求都促使Engitec 再進(jìn)一步更改原有的工藝來滿足新的要求。圖3 展示的是當(dāng)前技術(shù)的最新進(jìn)展，該工藝被適用于意大利Taranto的Fonderie 工廠內(nèi)。

鹽渣首先被破碎篩選出大塊的鋁后進(jìn)入濕磨單元，一般采用球磨機(jī)或者棒磨機(jī)。由于球或棒的機(jī)械作用反應(yīng)速率很高，這也使得金屬鋁顆粒很快轉(zhuǎn)化為大塊的鋁屑，從篩濾機(jī)篩下物回收，其他物料經(jīng)過攪拌淋濾完成反應(yīng)。由于當(dāng)前鹽助溶劑的添加量越來越少，鋁鹽渣的主要反應(yīng)產(chǎn)物變?yōu)榱说X，氮化鋁可以產(chǎn)生大量氨氣，氨氣燃燒會產(chǎn)生大量的NOX。處理的第一步是通過噴淋硫酸溶液來洗滌反應(yīng)氣體，這會產(chǎn)生作為化肥主要成分的硫酸銨。洗滌后的無氨氣體隨后在蒸汽發(fā)生器內(nèi)燃燒來減少結(jié)晶單元所消耗的能源。

淋濾后的漿液過濾后可獲得鹵水，通過鹵水結(jié)晶回收鹽并重新用作助溶劑。在氧化鋁的濾餅中仍含具有活性的鋁化合物。為了使該氧化物餅?zāi)軌蛲耆杌⑷コ愇?，引入了一套具有知識產(chǎn)權(quán)的惰性化單元。該單元將具有活性的鋁化合物轉(zhuǎn)化成惰性氧化鋁，產(chǎn)生的氣體被輸送至氨氣的洗滌塔，或者直接送至蒸汽發(fā)生器單元。惰性化工藝是專利保護(hù)的，其基于在[OH-]催化作用下可加速活性鋁化合物的分解反應(yīng)。pH 越高，反應(yīng)速率越高。因此，當(dāng)氧化鋁餅投入反應(yīng)器時，應(yīng)通過加入NaOH 保證pH 高于12～12.5，并保證溫度高于600C。反應(yīng)與之前所述的（1～6）一致，唯一消耗的化學(xué)品是NaOH 以置換出濾餅的浸出液，惰性化后的產(chǎn)物因?yàn)橄宋兜?，可以有更廣泛的用途。

結(jié)晶單元可以根據(jù)最佳的能耗來進(jìn)行設(shè)計(jì)。所有可選（直通蒸汽，多效蒸發(fā)，機(jī)械再壓縮）工藝均可以考慮。如果是NaCl 和KCl 混合而成的溶劑，還可以考慮進(jìn)行對兩種組分進(jìn)行分離。

圖3 鋁鹽渣處理工廠當(dāng)前最新的工藝

該工藝主要是為了處理再生鋁行業(yè)中鹽渣而開發(fā)的，同時為了滿足潛在客戶的需求而不斷改進(jìn)的。這家技術(shù)公司的理念是設(shè)計(jì)一個可以作為鋁生產(chǎn)工廠一部分的現(xiàn)場處理工廠，而不是一個服務(wù)性或者聯(lián)營式的工廠。他們同樣有能力針對當(dāng)?shù)氐沫h(huán)保要求對工藝進(jìn)行改動，以滿足越來越嚴(yán)苛的環(huán)保規(guī)范。該產(chǎn)品的質(zhì)量非常好，完全可以避免產(chǎn)生任何廢棄物：任何廢棄物都可以完全轉(zhuǎn)化成有經(jīng)濟(jì)價值的商品。