鋁電解鑄造熱鋁灰處理工藝實(shí)踐

劉坤

（陜西有色榆林新材料集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西 榆林 719099）

在電解鋁生產(chǎn)過程中，鋁液從電解槽中抽出，進(jìn)入鑄造車間的混合爐后，經(jīng)過混合配料、靜置、扒渣等工序，在此期間產(chǎn)生大量的由造渣劑與鋁水中電解質(zhì)等雜質(zhì)反應(yīng)生成物，以及鋁的氧化反應(yīng)產(chǎn)物和鋁水中夾雜物，通常把這種浮渣稱為鋁灰，其溫度可達(dá)600℃～900℃，金屬鋁含量達(dá)20%～40%。此外，拉運(yùn)鋁水的真空抬包具有一定的容積，需定期清理抬包內(nèi)壁上附著物，也得到一部分溫度較低、鋁含量較少的鋁灰。鋁灰的主要成分為鋁、氧化鋁、電解質(zhì)及其它反應(yīng)物，具有較高的回收利用價(jià)值。按照統(tǒng)計(jì)，每噸鋁液產(chǎn)生4～5kg鋁灰。

某企業(yè)400kA預(yù)焙陽極鋁電解槽系列2013年12月底全部投產(chǎn)，年產(chǎn)鋁60萬噸，每天產(chǎn)出鋁灰實(shí)際量12t。公司過去把電解鋁生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的鋁灰全部直接賣掉，不僅會(huì)造成極大的資源浪費(fèi)，也是導(dǎo)致公司鑄造損失率居高不下的一個(gè)非常重要因素，如2015年度鑄造損失率高達(dá)6.65 ‰。2016年8月1日國(guó)家環(huán)保部和發(fā)改委發(fā)布的新版《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄》（2016）明確規(guī)定，鋁灰屬于有色金屬冶煉廢物，其危險(xiǎn)特性為毒性（Toxicity，T），且中國(guó)環(huán)保稅法中規(guī)定：危險(xiǎn)固體廢物的稅額是1000元/噸，并于2018年1月1日實(shí)施。因此，有必要探索鋁灰高效分離處理回收新技術(shù)方案和途徑，提高技術(shù)裝備水平的同時(shí)，提高金屬鋁的回收率，從而降低鑄造損失率，減輕對(duì)生產(chǎn)生活環(huán)境造成的影響。

1 鋁灰概述

鋁灰為呈銀灰色的粉狀物，色澤暗淡，外觀類似粉煤灰，主要由單質(zhì)鋁、氧化鋁以及鎂、鈉、鈣、鐵等的氧化物組成，其中單質(zhì)鋁含量1%～3%，各成分波動(dòng)比較大，除鋁以外，其它成分波動(dòng)可達(dá)50%～150%，各種元素含量如表1。

目前處理鋁灰的方式主要是堆存或填埋，在空氣潮濕或下雨時(shí)，鋁灰中有毒有害的離子（如氟離子）會(huì)滲入地下，造成土壤和地下水污染；此外天氣炎熱潮濕時(shí)，鋁灰中氮化鋁和碳化鋁等物質(zhì)會(huì)與水反應(yīng)，產(chǎn)生氨氣和甲烷等氣體，造成空氣污染。

表1 鋁灰中各元素含量

2 鋁灰處理機(jī)理

金屬鋁質(zhì)軟，延展性良好，不易破碎成細(xì)顆粒，而氧化物和鹽分等容易粉碎，利用金屬鋁與氧化物等可碎性差異，采用冷卻-破碎-篩分工藝回收金屬鋁。

熱鋁灰處理的原理：把熱鋁灰直接均勻加入急冷器，進(jìn)行筒外噴淋降溫，先后通過對(duì)滾滾杠、陀螺體進(jìn)行滾壓及破碎，鋁灰進(jìn)入直連的滾筒甩篩排出大塊鋁，剩余鋁灰繼續(xù)進(jìn)入球磨機(jī)、振動(dòng)篩，篩出不同粒度物料。

3 鋁灰處理工藝流程

熱鋁灰處理系統(tǒng)是專門用來分離處理剛扒出來的熱鋁灰的機(jī)械化生產(chǎn)線，由入料系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、球磨系統(tǒng)、篩分回收系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)構(gòu)成。

工藝流程為：鋁灰冷卻→破碎→篩分，配套除塵系統(tǒng)采用旋風(fēng)和布袋兩級(jí)除塵，工藝流程見圖1。除塵工藝流程：含粉塵煙氣→旋風(fēng)除塵器→布袋除塵器→引風(fēng)機(jī)→煙筒。

物料走向依次為：熱鋁灰→倒灰房→急冷器→滾筒甩篩（大塊鋁）→斗式提升機(jī)→磨前料倉→球磨機(jī)→斗式提升機(jī)→篩前料倉→振動(dòng)篩→大顆粒、中顆粒、細(xì)灰。

圖1 熱鋁灰處理工藝流程圖

3.1 間接冷卻

急冷器采用滾筒外噴水間接冷卻鋁灰方式，循環(huán)水系統(tǒng)利用現(xiàn)有冷卻系統(tǒng)循環(huán)水冷水箱和冷卻塔。熱力學(xué)表明，只要有氧氣存在暴露的鋁表面附近，鋁就會(huì)氧化，高溫液態(tài)鋁更甚。因此，防止熱鋁灰燃燒產(chǎn)生高溫，將大量鋁燃燒掉即氧化燒損，就成為鋁灰高效分離處理回收重中之重的關(guān)鍵一環(huán)。筒外噴水間接冷卻，使熱鋁灰溫度快速降低，最大限度減少鋁水在空氣中氧化燒損，從而達(dá)到提高鋁回收率的目的。急冷器增加新型碾壓部件——陀螺體，通過模擬碾的壓延動(dòng)作，增加鋁灰破碎效果。間接冷卻主要設(shè)備參數(shù)見表2。

表2 間接冷卻主要設(shè)備

此外，榆林地區(qū)又屬高寒地帶，以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際布置（冷卻系統(tǒng)循環(huán)水冷水箱在室內(nèi)，冷卻塔在室外），在循環(huán)水管網(wǎng)加裝了切換閥門。冬季生產(chǎn)時(shí)，熱循環(huán)水無需經(jīng)過冷卻塔，直接回至冷水箱。對(duì)循環(huán)水冷水箱加裝了保溫層，管路加裝了伴熱帶，并在循環(huán)水管網(wǎng)最低點(diǎn)加設(shè)了泄水閥，以防設(shè)備維修或停運(yùn)時(shí)管網(wǎng)內(nèi)的水結(jié)冰凍實(shí)。

3.2 磨料與篩分

鋁灰經(jīng)過斗式提升機(jī)、振動(dòng)喂料機(jī)給入球磨機(jī)，經(jīng)過磨碎后由振動(dòng)喂料機(jī)排入振動(dòng)篩。通過振動(dòng)篩及時(shí)將那些已經(jīng)符合細(xì)度要求的鋁灰分出。磨料與篩分的主要設(shè)備參數(shù)見表3。

表3 磨料與篩分主要設(shè)備參數(shù)

3.3 取得的主要產(chǎn)品

通過把鋁灰處理系統(tǒng)分離得到的產(chǎn)物大塊鋁、大顆粒返回鑄造車間混合爐重熔，中顆粒返回電解槽使用，最大限度提高鋁回收率，降低鑄造損失。分離得到的細(xì)灰，用來制作電解鋁生產(chǎn)用的陽極鋼爪保護(hù)環(huán)，實(shí)現(xiàn)廢物資源化綜合利用，從而達(dá)到循環(huán)經(jīng)濟(jì)“吃干榨凈”的目的。

4 經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

2016年3月熱鋁灰處理生產(chǎn)線開始正式投入生產(chǎn)使用。從2016年4月起，公司從混合爐扒出的鋁灰停止外銷，全部由該生產(chǎn)線進(jìn)行分離處理回收。得到的大顆粒（＞1mm）返回到鑄造車間混合爐，中顆粒（45目＜中顆粒＜1mm）返回到電解槽，篩下的細(xì)灰（＜45目）用來制作電解鋁生產(chǎn)用的陽極鋼爪保護(hù)環(huán)。不計(jì)中顆?；丶拥诫娊獠刍厥盏匿X量，僅把大塊鋁和大顆粒返回鑄造車間混合爐，鋁灰停止外銷全部分離處理回收綜合利用前后，鑄造損失率統(tǒng)計(jì)如下表4。

平均鑄造損失率降低6.53 - 4.13 = 2.40個(gè)千分點(diǎn)

2016年4月～2017年10月19個(gè)月度進(jìn)入鑄造車間原鋁液量為960737.750 t，因此增加回收鋁量：407207.78×2.40‰ = 2305.77 t

每噸鋁按1.4萬元計(jì)，增產(chǎn)鋁價(jià)值：2305.77×1.4 ≈3228.08萬元，其經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。

4.2 社會(huì)效益

熱鋁灰處理回收系統(tǒng)采用封閉式配置，配套旋風(fēng)、布袋雙級(jí)除塵系統(tǒng)，可以有效地防止原材物料及能源浪費(fèi)，防止新的二次污染，采用循環(huán)水再利用，節(jié)能節(jié)水，避免了鋁灰在潮濕環(huán)境或露天存放產(chǎn)生刺激性氣體，減少場(chǎng)地占用，基本杜絕了環(huán)境污染。特別是振動(dòng)篩篩分后得到的大顆粒中顆粒兩種物料的回收模式和方法，避免了用坩堝 （或中頻爐）提煉鋁工序作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)煙塵污染非常嚴(yán)重且流程長(zhǎng)的弊端。細(xì)灰用來制作電解鋁生產(chǎn)用的陽極鋼爪保護(hù)環(huán)，實(shí)現(xiàn)廢物資源化綜合利用，達(dá)到循環(huán)經(jīng)濟(jì)“吃干榨凈”的目的。同時(shí)為同行業(yè)提供了鋁灰高效分離處理回收綜合利用的生產(chǎn)實(shí)例和經(jīng)驗(yàn)。

表4 鑄造損失率統(tǒng)計(jì) 單位：‰

5 結(jié)論

鋁灰高效分離處理回收綜合利用技術(shù)成功的應(yīng)用于我公司鋁電解鑄造熱鋁灰分離處理，分離回收得到的大顆粒（＞1mm）返回到鑄造車間混合爐，中顆粒（45目～1mm）返回到電解槽，篩下的細(xì)灰（＜45目）用來制作電解鋁生產(chǎn)用的陽極鋼爪保護(hù)環(huán)。不僅使鋁的回收率大大提高，而且減少了用工人數(shù)、大幅降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，省去鋁灰攤鋪晾晾儲(chǔ)存等工序，基本杜絕了對(duì)環(huán)境的污染，實(shí)現(xiàn)了廢物資源化綜合利用，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著，項(xiàng)目水平達(dá)到接近國(guó)際先進(jìn)水平。其特點(diǎn)是單次處理時(shí)間短，處理能力大，冷卻過程全封閉，回收效果好，機(jī)械化自動(dòng)化程度高，安全可靠、綠色環(huán)保，占地面積小，特別適合于大型鋁電解及鋁熔煉企業(yè)，該技術(shù)具有廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景。