鋁灰渣資源化，助力鋁工業(yè)生態(tài)現(xiàn)代化

鄭秀亮

鋁灰渣是鋁材加工行業(yè)產(chǎn)生的典型固體廢物，具有反應(yīng)性和浸出毒性，因而被列入危險(xiǎn)廢物管理名錄。

“二次鋁灰渣利用價(jià)值低，列入危廢管理名錄之前，企業(yè)對(duì)于鋁灰渣的處理方式通常是傾倒或者填埋?！睆V東省科學(xué)院資源利用與稀土開(kāi)發(fā)研究所教授級(jí)高級(jí)工程師曹洪楊提到，鋁灰渣目前雖然已經(jīng)全部被作為危險(xiǎn)廢物進(jìn)行管理，但是鋁灰渣的無(wú)害化再利用在鋁行業(yè)鮮有重大課題研究。加上目前全國(guó)各地鋁灰渣種類繁多、化學(xué)成分差異巨大，鋁企業(yè)往往又缺乏技術(shù)和裝備，導(dǎo)致大量鋁灰渣被當(dāng)作普通垃圾處理或被囤積在庫(kù)房中。

“鋁灰渣中所含有的氮化鋁具有較高的反應(yīng)活性，遇水或與潮濕的空氣接觸，極易發(fā)生水解反應(yīng)生成氫氧化鋁和有毒有害的氨氣，由此造成對(duì)空氣的污染。”廣東省環(huán)境科學(xué)研究院高級(jí)工程師王中慧介紹說(shuō)，鋁熔煉過(guò)程還需加入精煉劑，其中含有鉻、銅、鎂、鐵氟，特別是含有氟化物，這些物質(zhì)殘留在鋁灰渣中極易導(dǎo)致浸出毒性超標(biāo)，造成土壤和水體環(huán)境污染。

目前，隨著鋁灰渣被納入危險(xiǎn)廢物管理名錄管理，各地對(duì)鋁灰渣的監(jiān)管不斷收緊，相關(guān)科研單位及處理處置企業(yè)開(kāi)始聚焦鋁灰渣處理問(wèn)題，針對(duì)其特性積極探索相關(guān)處理處置方式，努力實(shí)現(xiàn)鋁灰渣的減量化、無(wú)害化、資源化處理。

一次鋁灰渣減量化處理

鋁灰渣按照處理程度的不同可分為一次鋁灰渣和二次鋁灰渣。一次鋁灰渣為鋁發(fā)生融熔的工序后直接排出的灰渣，其特征為金屬鋁的含量較多。二次鋁灰渣為一次鋁灰渣經(jīng)回收金屬鋁后的灰渣，相對(duì)一次鋁灰渣其中的金屬鋁含量顯著降低，其他物質(zhì)的含量明顯增加。

“處理一次鋁灰渣的主要目的是回收有價(jià)金屬鋁?！辈芎闂畋硎荆瑥慕?jīng)濟(jì)角度考慮，回收鋁灰渣中的鋁是效益最高的選擇，除非能生產(chǎn)出高品質(zhì)的納米氧化鋁，否則回收其它產(chǎn)品是無(wú)法達(dá)到盈利的。

對(duì)金屬鋁進(jìn)行回收，實(shí)際上也實(shí)現(xiàn)了減量化目的。據(jù)王中慧介紹，目前很多企業(yè)回收一次鋁灰渣中金屬鋁的方法為炒灰回收法，工藝過(guò)程是鋁灰渣和熔劑混合后投放到一個(gè)傾斜的鐵鍋中進(jìn)行回收提取。由于鋁灰渣自身具有較高的熱量，人工用鐵鍬進(jìn)行翻炒，在翻炒攪拌的過(guò)程中，鎂等物質(zhì)持續(xù)氧化放出熱量，產(chǎn)生的熱量使金屬鋁處于熔融態(tài)，在重力的作用下，熔融鋁水從底部流出加以回收，金屬鋁的回收率比較高。

該方法操作過(guò)程簡(jiǎn)易方便，但很多企業(yè)屬于敞開(kāi)式作業(yè)，作業(yè)過(guò)程中會(huì)有大量的粉塵和鹽霧產(chǎn)生，會(huì)對(duì)環(huán)境和操作工人身體健康造成危害。筆者在走訪企業(yè)時(shí)發(fā)現(xiàn)，部分企業(yè)也開(kāi)始使用機(jī)械化炒灰模式，即對(duì)鋁灰渣處理工藝及設(shè)備進(jìn)行研發(fā)，推出一套較為成熟的鋁灰渣處理系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)鋁灰渣分離機(jī)處理后的鋁灰渣以及沒(méi)有經(jīng)過(guò)分離的冷鋁灰渣可以再經(jīng)過(guò)破碎、過(guò)篩和熔化等工序。直至鑄造為成品鋁錠，從而將鋁灰渣處理得相當(dāng)干凈。王中慧提到，目前也有不少企業(yè)采用球磨機(jī)的方式對(duì)一次鋁灰渣進(jìn)行球磨，然后提取回收其中的金屬鋁。

據(jù)專家介紹，回收了金屬鋁后鋁灰渣可解決危險(xiǎn)特性，再除去氮化鋁后，鋁灰渣便可消除潛在危險(xiǎn)，當(dāng)成一般固廢處理后，可用作水泥制品及陶瓷原料（成分與陶瓷泥接近），甚至可以當(dāng)成鋁土礦回收利用。

二次鋁灰渣無(wú)害化處置

二次鋁灰渣由于金屬含量較低，利用價(jià)值不高，通常采用無(wú)害化處理，目前主要是通過(guò)協(xié)同處置進(jìn)行處理，用于制作建筑材料或者水泥。

制備建筑材料的方法是以鋁灰渣為主要原料，并加入石英、黏土等可降低燒成溫度的添加劑進(jìn)行生產(chǎn)。獲得的清水磚氣孔率和耐壓強(qiáng)度良好，是傳統(tǒng)黏土燒結(jié)磚的理想替代品。也可以將鋁灰渣、鋁污泥和氧化鋁為原料制備鋁酸鈣水泥，制備出的鋁酸鈣水泥的各項(xiàng)性能指標(biāo)均可達(dá)到國(guó)際水泥行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

專家也提醒，鋁灰渣中含有一定量的氯鹽、重金屬和氟化物等，會(huì)影響產(chǎn)品強(qiáng)度、耐腐蝕性等性能，尤其氮化鋁的水解對(duì)大氣環(huán)境產(chǎn)生惡劣影響，依然需要進(jìn)行預(yù)處理后才能使用。

曹洪楊還提到，二次鋁灰渣的處理也可以通過(guò)酸浸、堿浸、洗滌等方式，去除其中的氮化物、氟化物、鹽分等雜質(zhì)后得到無(wú)害化的鋁灰渣再進(jìn)行安全填埋。從資源化利用角度來(lái)看，脫除有毒有害物質(zhì)后，二次鋁灰渣經(jīng)過(guò)高溫或冷加工還能制成不同的產(chǎn)品，如鋼爪保護(hù)環(huán)、棕剛玉磨料、精煉劑和凈水劑等，或是返回電解槽作為電解鋁原料。

“無(wú)害化處理要關(guān)注二次污染問(wèn)題，要對(duì)處理過(guò)程中可能產(chǎn)生的氨氣進(jìn)行有效控制和回收，如果是用酸浸和堿浸等方式處理的，還要對(duì)廢水進(jìn)行處理?！辈芎闂顝?qiáng)調(diào)說(shuō)。

對(duì)此，王中慧也表示，鋁灰渣處置必須要注意不能產(chǎn)生次生污染，不超標(biāo)排放?！疤幚砗蟮臍堄喙虖U要做危廢鑒別，確定不是危廢之后才可以當(dāng)作一般固廢來(lái)處置。”

資源化利用是較好選擇

“鋁灰渣資源化利用是鋁工業(yè)生態(tài)現(xiàn)代化的重要課題?！辈芎闂畋硎?，鋁灰渣含有大量非冶金級(jí)氧化鋁，是寶貴的資源，通過(guò)嚴(yán)格分類區(qū)別，完全可以根據(jù)其自身屬性，選擇合適的工藝技術(shù)實(shí)現(xiàn)鋁灰渣無(wú)害化直接利用，更可以實(shí)現(xiàn)高值化利用，釋放潛在的巨大生態(tài)環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

據(jù)介紹，2019年云南文山鋁業(yè)有限公司建成的鋁灰渣資源化利用生產(chǎn)線，是與中南大學(xué)合作，結(jié)合冶金、化工、環(huán)保等多學(xué)科的科技示范項(xiàng)目，采用“一段溶出+二段燒結(jié)”創(chuàng)新工藝流程，每年可實(shí)現(xiàn)無(wú)害化、資源化處理鋁灰渣3萬(wàn)噸，增產(chǎn)氧化鋁2萬(wàn)噸，消除氧化鋁系統(tǒng)有機(jī)物1000噸，副產(chǎn)品氫氣近300萬(wàn)標(biāo)準(zhǔn)立方米。標(biāo)志著行業(yè)鋁灰渣處置進(jìn)入一個(gè)無(wú)害化資源化循環(huán)利用階段。

2020年，浙江美臣新材料科技有限公司通過(guò)與上海大學(xué)錢(qián)光人固廢研究團(tuán)隊(duì)合作，形成具有企業(yè)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的鋁灰渣預(yù)處理、多級(jí)分類資源利用、廢水廢氣廢物污染控制與零排放關(guān)鍵技術(shù)完整的技術(shù)鏈。這項(xiàng)先進(jìn)適用技術(shù)主要是通過(guò)高效的脫氨固氟的關(guān)鍵技術(shù)突破，消除了鋁灰渣的反應(yīng)性，并生產(chǎn)出礦粉摻合料、水泥磚等產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了鋁灰渣的資源化循環(huán)利用。

在佛山，目前廣東省科學(xué)院資源利用與稀土開(kāi)發(fā)研究所正在嘗試?yán)贸鞘猩罾贌a(chǎn)生的飛灰與鋁灰渣進(jìn)行協(xié)同處理，在實(shí)現(xiàn)以廢治廢的同時(shí)，提升飛灰及鋁灰渣的資源利用率。

曹洪楊介紹，單獨(dú)處置垃圾焚燒飛灰，可以直接分離氯鹽、重金屬，同時(shí)生產(chǎn)硫酸鈣晶須產(chǎn)品。若有鋁資源，脫毒脫色的飛灰濾渣可生產(chǎn)附加值更高的鋁磷酸鹽聚合物產(chǎn)品。鋁磷酸鹽聚合物產(chǎn)品具有高強(qiáng)度、高韌性、低固化溫度，具有良好的加工性能，可作成陶瓷制品、擠壓型材等。

從技術(shù)創(chuàng)新角度來(lái)看，該項(xiàng)目針對(duì)所處理的垃圾焚燒飛灰、鋁型材鋁灰渣、鉻鎳鋁泥和酸堿廢液特點(diǎn)，采用了新的氧化劑和絡(luò)合劑，特定的沉淀微粒聚集結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型除雜，去除廢物水溶性鹽和重金屬元素、氧化二噁英和水溶性有機(jī)物，鋁鹽縮聚、鰲回包覆、蒸汽固化穩(wěn)定殘留的有害成分。

該項(xiàng)目采用煙氣余熱和廢水聯(lián)合資源化回收，使沉淀廢水循環(huán)回用，從工藝上解決高鹽氨氮廢水排放問(wèn)題。根據(jù)流程所產(chǎn)生廢物的特點(diǎn)，可以副產(chǎn)氯化鈉、硫酸鈉和硫酸銨，并對(duì)絡(luò)合劑循環(huán)回用，環(huán)?？刂颇芰?qiáng)，有力地配合政府綠色制造工業(yè)園區(qū)建設(shè)，適應(yīng)了區(qū)域企業(yè)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的要求。創(chuàng)新脫毒鐵鋁濾渣資源化回收產(chǎn)品形態(tài)，生產(chǎn)附加值和市場(chǎng)需求量更大的鋁磷酸鹽粘接劑、纖維狀顏填料和柔性陶瓷材料，克服了鐵鋁濾渣產(chǎn)生凈水劑附加值低和產(chǎn)生廢渣的缺陷。而且項(xiàng)目所使用的原材料主要來(lái)源于廢品，成本優(yōu)勢(shì)明顯。