鋁灰綜合利用技術(shù)的探討

陳振坤

（福建省環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)院有限公司，福建 福州 350002）

1 引言

作為世界第一鋁制品生產(chǎn)大國，我國的鋁工業(yè)每年產(chǎn)生的鋁灰量近350萬噸[1]。《國家危險(xiǎn)廢物名錄（2021年版）》將電解鋁、鋁加工及再生鋁行業(yè)產(chǎn)生的鋁灰列為危險(xiǎn)廢物（HW48），要求按照危險(xiǎn)廢物的相關(guān)要求處置鋁灰，而現(xiàn)階段鋁灰處置方式主要有填埋和水泥窯協(xié)同處置，由于其處置能力有限，且處置成本較高，達(dá)到1 000元/噸以上，導(dǎo)致鋁灰跨省非法傾倒案件時(shí)有發(fā)生。由于鋁灰中含有許多可以利用的物質(zhì)，對(duì)鋁灰進(jìn)行資源化利用，不僅具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，也有較好的環(huán)境效益[1]。

2 鋁灰簡介

2.1 鋁灰來源及成分

鋁灰產(chǎn)生于電解鋁、鋁加工和再生鋁行業(yè)中所有鋁發(fā)生熔融的工序，根據(jù)鋁灰在回收利用過程中的使用次數(shù)和金屬鋁含量，可將鋁灰分為一次鋁灰和二次鋁灰[2]，其主要成分見表1。一次鋁灰含有大量的金屬鋁，具有較高的回收利用價(jià)值，回收利用較普遍；二次鋁灰金屬鋁含量一般在5%以下，由于其資源化利用難度較大，多數(shù)企業(yè)采取填埋進(jìn)行處理。

表1 鋁灰的主要成分（%）

2.2 鋁灰危險(xiǎn)特性

我國頒布的《國家危險(xiǎn)廢物名錄（2021年版）》將鋁灰列為危險(xiǎn)廢物，并將其危險(xiǎn)特性分為反應(yīng)性和毒性兩類，其反應(yīng)性來自鋁灰中的金屬鋁、氮化鋁和碳化鋁，這些物質(zhì)遇水分別產(chǎn)生氫氣、氨氣和甲烷等有毒有害氣體；毒性主要來自生產(chǎn)過程中的氟化物和重金屬殘留物[2]。

2.3 對(duì)環(huán)境的危害

鋁灰主要對(duì)大氣、地下水和土壤環(huán)境的造成污染。鋁灰中的金屬鋁、氮化鋁、碳化鋁與空氣中的水發(fā)生反應(yīng)生成氨氣、氫氣、甲烷等有毒有害氣體并污染環(huán)境；鋁灰中的氟化物及重金屬（砷、鉛、鉻、鎘等）會(huì)對(duì)土壤及地下水造成污染；鋁灰中的氯化物會(huì)導(dǎo)致土壤鹽堿化。

3 鋁灰的綜合利用

目前對(duì)于鋁灰的綜合利用主要是提取鋁灰中的金屬鋁，對(duì)剩余的二次鋁灰再進(jìn)行無害化處置，并回收其中的氧化鋁，用于制備凈水劑、脫氧劑、耐火材料、建筑材料等，具體如圖1所示。

圖1 鋁灰綜合利用技術(shù)路線

3.1 回收一次鋁灰的金屬鋁

對(duì)于金屬鋁的回收，國內(nèi)已經(jīng)有比較成熟的工藝技術(shù)并投入工業(yè)化生產(chǎn)，主要有炒灰法、回轉(zhuǎn)爐法、壓榨法、電選法及球磨篩分法等。各種方法的比較見表2。

表2 一次鋁灰回收金屬鋁方法比較

3.2 二次鋁灰的無害化處置

鋁灰經(jīng)過一次或多次回收金屬鋁后，鋁含量已經(jīng)很低，主要含有氧化鋁、氮化鋁、鐵硅鎂氧化物、氯化物、氟化物等。鋁灰無害化處置主要是去除鋁灰中的有害成分，主要是脫氮、固氟、除鹽，使生產(chǎn)的產(chǎn)品符合相應(yīng)的國家或行業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[3]。目前，國內(nèi)企業(yè)對(duì)于二次鋁灰的無害化處置可分為濕法及火法。

3.2.1 濕法

鋁灰濕法回收處理一般是指將鋁灰放入浸出液中，浸出的金屬鋁及其化合物、浸出渣則作為固廢進(jìn)行處理，其工藝流程如圖2所示。

圖2 典型鋁灰濕法處置工藝流程

3.2.2 火法

將鋁灰與石灰石按一定比例混合，經(jīng)球磨篩分后，均勻地送入回轉(zhuǎn)窯煅燒（煅燒溫度在1 100 ℃～1 300 ℃），再經(jīng)冷卻、后加工，生產(chǎn)出鋁酸鈣成品，從而實(shí)現(xiàn)廢鋁灰的資源綜合利用，鋁灰火法處置工藝流程如圖3所示。

圖3 典型鋁灰火法處置工藝流程

上述兩種二次鋁灰無害化處置工藝的比較見表3。

從表3可以看出，雖然火法較濕法可實(shí)現(xiàn)鋁灰100%綜合利用，同時(shí)具有運(yùn)行管理要求不高、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)較小等優(yōu)點(diǎn)，但其也存在投資大、廢氣治理成本高、產(chǎn)品附加值低等問題。

表3 二次鋁灰無害化處置工藝比較

3.3 鋁灰資源化利用

二次鋁灰經(jīng)無害化處理后，可作為再生資源進(jìn)行綜合利用，相關(guān)產(chǎn)品主要包括硫酸鋁、脫氧劑、耐火材料、凈水劑、建筑材料、陶瓷原料等，詳見圖4。近年來，對(duì)于用鋁灰生產(chǎn)石油催化劑、分子篩、冰晶石、氟化鋁等高附加值產(chǎn)品已取得重大進(jìn)展，并已成功進(jìn)行了工業(yè)化嘗試，展示了鋁灰資源化利用的廣闊前景[4]。

圖4 鋁灰資源化利用方向

4 結(jié)語及建議

鋁灰可分為一次鋁灰和二次鋁灰，均屬于危險(xiǎn)廢物，含有大量的鋁及其化合物，具有很大的回收利用價(jià)值。當(dāng)前，我國對(duì)鋁灰的綜合利用主要集中在金屬鋁的回收，對(duì)于二次鋁灰無害化處置仍存在回收利用率低、所產(chǎn)生的二次污染治理成本高、產(chǎn)品附加值低等缺點(diǎn)，因此，開發(fā)低成本、污染小及高附加值的綜合利用技術(shù)將是破解鋁灰處置難題的關(guān)鍵，也將創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。

危險(xiǎn)廢物資源化利用的前提條件是要有國家、地方政府制定或行業(yè)通行的被替代原料生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，因此鋁灰的資源化利用需完善相應(yīng)的產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)建議省級(jí)生態(tài)環(huán)境部門要加快制定危險(xiǎn)廢物“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”定向利用方案，促進(jìn)鋁灰的資源化利用。