鋁灰和豐鋁原料制備高活性Al(OH)3 可行性研究

李艷粉 姚 燕 張 蓓

（焦作大學(xué)，河南 焦作454003）

鋁灰是工業(yè)廢渣之一，鋁灰有電解鋁灰和熔煉鋁灰兩種。 電解鋁灰是鋁廠電解Al2O3生產(chǎn)單質(zhì)Al 過程中產(chǎn)生的，在鋁冶煉、成型過程中會產(chǎn)生多種副產(chǎn)品。 作為鋁工業(yè)主要的副產(chǎn)品，鋁灰產(chǎn)生于所有鋁發(fā)生熔融的工序，其中的鋁含量約占鋁生產(chǎn)使用過程中總損失量的1~12%。熔煉鋁灰是鋁熔煉時產(chǎn)生的一些不純混合金屬結(jié)渣,但是還有一定的鋁, 可通過分離精煉出部分單質(zhì)Al。 近幾年我國鋁生產(chǎn)能力及產(chǎn)量大幅增加，產(chǎn)量已經(jīng)占世界原鋁產(chǎn)量的1/4 以上。 鋁冶煉過程中會產(chǎn)生1~3%的鋁灰，因此，我國每年產(chǎn)生大量的鋁灰。 以往，人們把鋁渣看做廢渣而堆棄，此舉不僅造成鋁資源浪費還會帶來環(huán)境問題。 因此，尋找經(jīng)濟有效的方法加以利用和治理鋁渣，不僅將提高鋁行業(yè)的經(jīng)濟效益，在實現(xiàn)資源的有效循環(huán)利用的同時，還將對經(jīng)濟、社會的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生重要影響。

1.技術(shù)背景

鋁渣中含有一定數(shù)量的明鋁（鋁單質(zhì)），許多廠家就把鋁渣拉去提煉明鋁，而剩下的鋁灰則不能有效處理。 由于鋁灰中含有較高的Al2O3，有人利用鋁灰生產(chǎn)鋁酸鈣粉，結(jié)果證明在煅燒時會出現(xiàn)環(huán)保設(shè)施堵塞的情況，在生產(chǎn)聚合鋁時又會出現(xiàn)壓濾機過濾不下的情況。 有人用鋁灰直接加酸生產(chǎn)聚合氯化鋁， 同樣會造成壓濾機堵塞等問題。 因此，鋁灰被大量廢棄，至今尚無有效的利用途徑，不僅造成了資源浪費，還造成了許多環(huán)境問題。 用鋁灰等工業(yè)廢渣堿法生產(chǎn)活性氫氧化鋁等化工產(chǎn)品的工藝，活性氫氧化鋁主要用于生產(chǎn)白色聚合氯化鋁產(chǎn)品，以解決現(xiàn)有工藝生產(chǎn)中鋁土礦單一生產(chǎn)聚合氯化鋁，并且所產(chǎn)聚合氯化鋁白度差、品質(zhì)低、主要成分利用率低、大量酸渣排放破壞環(huán)境等問題。 不僅充分利用了鋁灰等廢渣中的Al2O3，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的氫氧化鋁產(chǎn)品，同時生產(chǎn)中產(chǎn)生的“三廢”又能被很好地利用，成為鋁灰等廢渣利用的最佳途徑。

2.合成原理與創(chuàng)新

2.1 原料成分

原料化學(xué)成分見表1

注：本測試是由焦作市佰利聯(lián)化工有限公司測定。

2.2 合成原理

堿法提取活性Al(OH)3產(chǎn)品工藝流程如圖1所示。 將鋁灰或富鋁廢渣粉磨到120～200 目后，與適量堿水和少量添加劑在攪拌機中混合均勻，形成半干料，再經(jīng)100～600℃烘干，在700～1200℃煅燒20～120min 活化處理后，再把煅燒熟料制成120 目以上的細(xì)粉， 與適量的水一起加入溶解池中，在10～100℃的溫度條件下，溶解20～60min，溶解出NaAlO2溶液和少量固體物質(zhì)， 經(jīng)過濾分離，除去固體殘渣，得到NaAlO2溶液。 固體殘渣中含有NaAlO2、CaSiO3等，是良好的速凝產(chǎn)品，可作為水泥廠、 生產(chǎn)磚和砌塊等行業(yè)的原料。NaAlO2溶液中通入煅燒產(chǎn)生的CO2作為酸性氧化物，與堿性的NaAlO2中和反應(yīng)，調(diào)節(jié)到pH 值在3.0～10.5 范圍，使Al(OH)3析出，經(jīng)壓濾、洗滌等工序，生產(chǎn)出活性Al(OH)3產(chǎn)品。 壓濾出來的堿水經(jīng)濃縮設(shè)備分離， 分離后的濃縮堿水回到攪拌機處作為堿水原料重新使用，最大程度加以利用。分離出的純凈水則可用于洗滌Al(OH)3和溶解池用水。 反應(yīng)方程式如下：

4Al+2NaOH+Na2CO3+6H2O=4NaAlO2+CO2+H2O+5H22NaAlO2+CO2+3H2O=2Al(OH)3+Na2CO3

2.3 工藝創(chuàng)新點

該工藝的特征在于： 本工藝采用的強堿是氫氧化鈉、碳酸鈉或氫氧化鉀中的一種或多種，其目的是利用強堿在高溫條件下溶解鋁土礦或高嶺土中的Al2O3生成水溶性的NaAlO2。加入堿的量視原料中Al2O3的含量而定，一般情況下，鋁灰等富鋁廢渣與強堿和水的質(zhì)量混合比為1：0.5～1.0。 工藝生產(chǎn)的主要特點如下。

（1）廢渣中的Al2O3活化充分，如條件控制得當(dāng)，基本可達到85～95%。

（2）對原料的適應(yīng)性強，可針對不同廢渣中Al2O3的含量靈活調(diào)整配方。

（3）煅燒溫度要求較低。 如燒制鋁酸鈣粉的物料煅燒溫度在1300℃以上，而新工藝的煅燒溫度只要在700～1200℃范圍即可，從而大幅度地減少了能量消耗。

（4）由于是濕法生產(chǎn)，所以粉塵的排放量較少，環(huán)境狀況較好。

（5）熟料易煅燒，煅燒時間較短，從而大幅度地提高了窯爐的產(chǎn)量。

（6）煅燒出來的熟料呈松散的顆粒狀態(tài)，甚至不需要粉磨就可作為原料， 可節(jié)省熟料磨機，大大降低粉磨成本。

（7） 溶解池中攪拌的時間可縮短至60min內(nèi)，并且可以不使用熱源，大大降低了生產(chǎn)成本。

（8）生產(chǎn)的Al2O3色澤潔白，純度較高，可直接出售也可繼續(xù)生產(chǎn)高品質(zhì)白色聚合鋁、阻燃劑等，產(chǎn)品附加值較高。

（9）生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的水可以循環(huán)利用，節(jié)約大量的水資源； 生產(chǎn)中的CO2可作為生產(chǎn)原料，重新合成出堿，循環(huán)使用；生產(chǎn)中產(chǎn)生的堿渣是很好的速凝材料，可生產(chǎn)水泥，還可生產(chǎn)保溫砌塊和磚瓦等。

該生產(chǎn)工藝的積極效果是采用大量堆放而無法有效利用的工業(yè)廢渣，通過獨創(chuàng)的濕法加堿煅燒活化工藝， 改善原料的活性， 大幅度提高Al2O3的溶出率。 廢渣中的Fe2O3在煅燒的還原性氣氛中會生成亞鐵產(chǎn)物，減少對堿的消耗，其余在強堿中生成一種非常穩(wěn)定的羥基合鐵配合物，能從沉淀中分離出來，保證Al(OH)3產(chǎn)品及合成聚合氯化鋁的白度，極大地縮短了聚合鋁的生產(chǎn)周期，改變了傳統(tǒng)白色聚合鋁的生產(chǎn)方式，降低了生產(chǎn)成本，提高了產(chǎn)品的售價。 本發(fā)明生產(chǎn)中產(chǎn)生的“三廢”可做到完全或大部分循環(huán)再利用，改變了現(xiàn)有工藝的環(huán)境污染狀況，并且該工藝流程簡單，在采用較少投資的情況下，能極大提高經(jīng)濟和環(huán)境效益。

3.主要的經(jīng)濟效益分析

由于國家加大了環(huán)保的力度，大多數(shù)生產(chǎn)聚合鋁的廠家無法生產(chǎn)，其原因是國家開始嚴(yán)禁采用輕燒料（一種含35%左右Al2O3的活化鋁矸粉）作為聚合鋁的生產(chǎn)原料，這種輕燒料生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的酸渣，對環(huán)境危害極大。 國家要求采用Al(OH)3粉作為替代品，實現(xiàn)產(chǎn)品的升級換代和環(huán)境友好。 現(xiàn)在的Al(OH)3粉大多為結(jié)晶型的，活性較差，售價在2300 元/噸左右，用它生產(chǎn)不僅產(chǎn)量大幅減少并且生產(chǎn)成本大幅增加，如果采用活性Al(OH)3粉，雖然產(chǎn)量可以但售價昂貴（3200 元/噸以上）。

本技術(shù)在該領(lǐng)域可大有作為。 用本技術(shù)生產(chǎn)的高活性Al(OH)3粉不僅活性更高，反應(yīng)更快，并且成本低廉，具有廣闊的市場前景。 新工藝技術(shù)和現(xiàn)有工藝生產(chǎn)聚鋁成本、收益比較見表2。

該工藝技術(shù)的主要成本費用在堿的費用，按加堿量20%計，其增加成本在300 元左右，其他費用要比現(xiàn)有生產(chǎn)的成本要低，總的生產(chǎn)成本應(yīng)基本相當(dāng)。 但考慮到新工藝技術(shù)的產(chǎn)品純度高、色度潔白、售價高、產(chǎn)品多樣性等因素，新工藝技術(shù)具有較好的發(fā)展空間。 如果再考慮采用一些化工生產(chǎn)企業(yè)的廢堿、廢堿液或含鋁較高同時含堿的廢鋁渣，就可以進一步降低生產(chǎn)成本，更好地提升產(chǎn)品的利潤空間。

注： ①白色聚鋁按2700 元/噸計， 黃色聚鋁按2000元/噸計；②聚鋁中的Al2O3 含量均按28～30%計；③以上成本均按回轉(zhuǎn)窯的生產(chǎn)與合成聚鋁分離計，如利用回轉(zhuǎn)窯余熱烘干，生產(chǎn)成本會降低100 元/噸以上；④以上收益沒有計算堿渣的銷售收益， 也沒有按加入廢堿、 廢堿液或使用含鋁較高同時含堿的廢鋁渣后降低的成本計算。

從以上情況可以看出，利用本技術(shù)以鋁灰等原料生產(chǎn)Al(OH)3粉，如果全部技術(shù)得以實施，生產(chǎn)成本有望控制在620 元噸左右， 實現(xiàn)收益約1000 多元，如果生產(chǎn)白色聚合鋁，則收益在4000元以上。當(dāng)然，本技術(shù)生產(chǎn)的高活性Al(OH)3粉還有其他高附加值的產(chǎn)品，待技術(shù)成熟后會有更多收益。

4.結(jié)論

環(huán)境污染和資源短缺問題越來越被廣泛重視，鋁灰的有效處置是鋁工業(yè)中不容忽視的重要課題，全部采用Al(OH)3粉和液態(tài)鋁酸鈉作為生產(chǎn)聚合鋁原料的情況必定會到來。 聚合鋁作為凈水劑，本來市場需求量就很大，如果加上造紙廠用、作為滅火劑等用，其市場需求還要大得多，經(jīng)市場調(diào)查也證實了這點。 經(jīng)市場經(jīng)濟效益分析，該技術(shù)也具有廣闊的市場前景，同時也會帶來巨大的環(huán)境效益，是一項顛覆現(xiàn)有聚合鋁生產(chǎn)的成果。