鋁型材加工企業(yè)產(chǎn)生的鋁灰渣及鋁污泥的無害化及資源化處理

吳小龍，李丹丹，李功梅，黃 聰

(1 湖北省固體廢物與化學品污染防治中心，湖北 武漢 430070；2 襄陽市危險固體廢物管理中心，湖北 襄陽 441100；3 武漢權鼎環(huán)?？萍加邢薰?，湖北 武漢 430070；4 中南安全環(huán)境技術研究院股份有限公司，湖北 武漢 430071)

中國鋁工業(yè)自改革開放以來得到了飛速的發(fā)展，目前已成為世界鋁工業(yè)大國，同時正在向鋁業(yè)強國前進。與此同時，鋁型材加工企業(yè)產(chǎn)生的固體廢物無害化及資源化處理，已逐漸成為行業(yè)難題。尋找經(jīng)濟有效的方法加以利用和處理鋁灰渣、集塵鋁灰、鋁污泥，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，還將對實現(xiàn)經(jīng)濟、社會的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生重要的影響。湖北臺鋁環(huán)保科技有限公司通過采用先進裝置技術和方法，將廢棄的鋁灰渣、鋁污泥、集塵鋁灰經(jīng)熔融、高溫氧化制成鋁合金錠和耐火材料原料α型氧化鋁。生產(chǎn)過程高度自動化，生產(chǎn)過程中污染物排放量小。使廢舊資源變廢為寶，減少了固體廢棄物的產(chǎn)生量，是綠色環(huán)保新型產(chǎn)業(yè)，為治理環(huán)境污染、凈化生存環(huán)境開辟了一條綠色通道。

本文以湖北臺鋁環(huán)?？萍加邢薰镜匿X灰渣及鋁污泥的相關處理進行闡述討論，結合工藝分析其現(xiàn)存問題，并提出相應的解決措施。

1 鋁灰渣、鋁污泥的危害及特點

鋁灰渣產(chǎn)生于鋁冶煉、重熔、鑄造過程中，其中的鋁含量約占鋁生產(chǎn)使用過程中總損失量的1%～12%，主要成分是金屬鋁和鋁的氧化物，以及含氟化物、氮化鋁等有害物質(zhì)，鋁灰渣屬于危險廢物，大量鋁灰堆積在鋁廠周邊，不僅造成資源的浪費，而且其中的有害成分會對周邊水體、土壤、大氣環(huán)境造成危害[1]。鋁灰渣顆粒物細小，會增加大氣中顆粒物含量。其中還含有一定量的氮化物，與水反應作用后會生成大量NH3氣體、H2氣體和CH4氣體等可燃氣體，存在引起火災的風險[2]。鋁型材加工企業(yè)生產(chǎn)過程中有鋁型材表面廢水產(chǎn)生，對這類廢水進行處理會產(chǎn)生含鋁污泥，鋁污泥屬于一般固廢，鋁污泥主要是作為廢棄物進行填埋，這一過程往往消耗很大一部分能量，處理不當會造成填埋場地的環(huán)境污染和土地資源的浪費，形成二次污染[3]。

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

根據(jù)含鋁離子提取工藝，將鋁灰渣中回收氧化鋁的技術分為水解法、酸浸法、堿浸法、堿性熔煉法以及無線電等離子法等[2]。Shi Y等[4]從高鋁粉煤灰硫酸浸出液中電解提取氧化鋁，實現(xiàn)更好的煤炭綜合利用，帶來環(huán)境和經(jīng)濟效益。Asencios Y J O等[5]以鋁灰渣為原料采用堿浸法制備了具有巨大比表面積的γ-Al2O3。周揚民等[6]以氧氧化鈉為熔劑，用堿性熔煉法制備出砂狀氧化鋁，并有效去除了有害物質(zhì)，且鋁灰浸出效率高達94%。

綜合國內(nèi)外的文獻，鋁污泥中含有的金屬元素主要有鋁、鐵、鈣、鉀和錳等，而非金屬元素主要為硅[7]。目前對鋁污泥吸附污染物的研究較多，比如對水中磷、重金屬離子以及油脂等污染物的去除，Zhou等[8]通過吸附實驗對比研究了鋁污泥和赤泥對硒酸鹽和亞硒酸鹽的處理效率，結果表明，鋁污泥對硒類鹽的處理性能明顯優(yōu)于赤泥。鋁污泥還可用作人工濕地污水處理系統(tǒng)填料，Zhao等[9]研發(fā)了鋁污泥型人工濕地污水處理系統(tǒng)，結果表明鋁污泥型人工濕地系統(tǒng)對N、P 以及有機物均有較好的去除效果除此之外，還可將鋁污泥填埋在土壤中，會對土壤有一定的修復作用；或在生產(chǎn)建材時加入一定量的鋁污泥。

3 企業(yè)鋁灰渣及鋁污泥的無害化及資源化處理

本文所涉及的工藝主要通過單因素條件試驗詳細考察蓄熱式雙室爐熔化溫度和時間、羧甲基纖維素鈉分散劑及氧化劑用量、旋轉窯高溫氧化溫度和時間等因素對鋁灰渣循環(huán)再利用過程的影響，建立了鋁灰渣循環(huán)再利用工藝技術原型。經(jīng)過市場調(diào)研，綜合考慮，通過采用先進裝置技術和方法，將廢棄的鋁灰渣、鋁污泥、集塵鋁灰經(jīng)熔融、高溫氧化制成鋁合金錠和耐火材料原料α型氧化鋁，對鋁灰渣和鋁污泥等進行無害化和資源化處理，以達到循環(huán)再利用的目的效果。同時，該生產(chǎn)過程高度自動化，采用南京道勤公司的專利技術，生產(chǎn)過程中污染物排放量小，使廢舊資源變廢為寶，減少了固體廢棄物的產(chǎn)生量，是綠色環(huán)保新型產(chǎn)業(yè)，為治理環(huán)境污染、凈化生存環(huán)境開辟了一條綠色通道。

3.1 工藝流程及原理

該企業(yè)工藝的主要原理是針對金屬鋁的延展性、液態(tài)時的流動性，通過“球磨+篩分+熔化+鑄錠”的工藝技術，提取鋁灰中的金屬鋁。鋁灰渣的破碎分離主要通過機械研磨后，鋁顆粒受力延展開留在篩上，雜質(zhì)與氧化鋁被研磨成很細的顆粒被篩下或被風機抽走后分離收集，篩上收集的鋁顆粒送入雙室爐熔化，利用鋁液的流動性回收金屬鋁。篩下的氧化鋁粉末和集塵鋁灰一起添加專利配方通過高溫氧化生產(chǎn)耐火材料原料α型氧化鋁，鋁污泥由企業(yè)自行烘干后入廠，單獨在旋轉窯內(nèi)添加專利配方通過高溫氧化生產(chǎn)耐火材料原料α型氧化鋁，均作為耐火材料原料外售。主要的生產(chǎn)工藝流程見圖1及圖2。

圖1 鋁灰渣、集塵鋁灰處理工藝流程及產(chǎn)污環(huán)節(jié)圖Fig.1 Aluminium ash slag， dust collection aluminum ash treatment process and pollution production link diagram

圖2 項目鋁污泥處理工藝流程及產(chǎn)污環(huán)節(jié)圖Fig.2 Project aluminum sludge treatment process and pollution production link diagram

3.2 鋁灰渣及鋁污泥的無害化及資源化處理

對于鋁灰渣及集塵鋁灰等的處理，該企業(yè)采用傳統(tǒng)的“球磨+篩分+熔化工藝”以提取鋁灰中的金屬鋁。后續(xù)耐火材料原料α型氧化鋁的生產(chǎn)為專利技術，專利申請?zhí)枮閆L201922401247.5，主要是通過控制旋轉窯高溫氧化溫度，添加專利配方粉狀CMC(分散劑)和氧化劑(成分保密)來生產(chǎn)耐火材料原料α型氧化鋁，氧化劑主要作用為降低鋁粉熔點、增助氮化鋁、微細單質(zhì)鋁轉化為氧化鋁。

當鋁污泥處理量較少時，單獨進旋轉窯進行高溫氧化，鋁灰渣、集塵鋁灰可同步處理，一起進旋轉窯進行高溫氧化。鋁灰渣、集塵鋁灰屬于危險廢物，主要危險特性為反應性，主要成分是單質(zhì)鋁、氧化鋁和氮化鋁等，少量硅、鎂、鈦等，所含重金屬極少，在該資源化利用工藝中雙室爐熔化鋁單質(zhì)屬于常規(guī)工藝，通過對鋁灰渣進行研磨、篩分可提高進入雙室爐的單質(zhì)鋁含量，從而保證鋁錠的質(zhì)量。細鋁灰渣、集塵鋁灰在旋轉窯進行高溫氧化，前端先采用風選去除了雜質(zhì)，鋁污泥直接進入旋轉窯內(nèi)進行高溫氧化，在旋轉窯內(nèi)通過添加羧甲基纖維素鈉和公司保密氧化劑可降低鋁粉熔點、增助氮化鋁、微細單質(zhì)鋁轉化為氧化鋁，極大提高鋁及鋁的化合物轉化為氧化鋁，再進行晶相轉變，提高鋁灰渣/集塵鋁灰/鋁污泥的資源化利用效率，提高α型氧化鋁產(chǎn)量。進廠合格的鋁灰渣/集塵鋁灰/鋁污泥均需要在廠區(qū)內(nèi)進行進一步檢測，需詳細記錄每個噸袋原料的鋁含量及雜質(zhì)含量，根據(jù)鋁含量進行合理搭配入爐。本項目資源化利用鋁污泥生產(chǎn)耐火材料原料α型氧化鋁的設計純度為75%，資源化利用鋁灰渣/集塵鋁灰生產(chǎn)耐火材料原料α型氧化鋁的設計純度為80%，α型氧化鋁的純度可穩(wěn)定達到82.3%，達到了無害化及資源化循環(huán)利用的成效。

4 現(xiàn)存問題及解決措施

4.1 現(xiàn)存問題

就目前的工藝及運行情況而言，在廢水排放、粉塵廢氣、固體廢物及環(huán)境監(jiān)管等方面有待改進，其中以粉塵廢氣、固體廢物及環(huán)境監(jiān)管為主。該工藝運行過程中主要的廢水排放有循環(huán)冷卻水排污水及堿液噴淋廢水，其中堿液噴淋廢水的主要污染物包括SS、硫酸鈉、亞硫酸鈉、氯化鈉。廢水主要污染物產(chǎn)生濃度COD 100 mg/L、SS 160 mg/L，采用中和+絮凝沉淀池處理后外排，能實現(xiàn)達標排放。

4.1.1 粉塵廢氣

工藝中的來料鋁灰渣先進行球磨破碎，另冷灰機出料也需進行球磨破碎。球磨及球磨之后的初篩分以及破碎、細篩分均在密閉系統(tǒng)中進行，無廢氣產(chǎn)生，而預處理后的大粒徑、中粒徑鋁灰渣在投入雙室爐過程會產(chǎn)生進料粉塵。在球磨進料、雙室爐進料、微篩分出料、旋轉窯進窯及氧化鋁產(chǎn)品裝袋粉塵等過程中均為產(chǎn)生粉塵廢氣，在一定程度上會對環(huán)境造成危害。

4.1.2 固體廢物

工藝過程中產(chǎn)生的固體廢物主要有工藝雜質(zhì)固廢、地面吸塵、除塵器收灰、鋁灰渣/集塵鋁灰廢包裝袋、鋁污泥廢包裝袋、羧甲基纖維素鈉+氧化劑廢包裝材料、機修廢油、廢活性炭纖維。

4.1.3 環(huán)境監(jiān)管

鋁型材加工企業(yè)均會產(chǎn)生鋁灰渣等危險廢物，危險廢物未得到規(guī)范化管理，將會帶來一系列的環(huán)境隱患問題。所以必須加強環(huán)境監(jiān)管，在各方面進行完善，逐步實現(xiàn)綜合利用能力的形成及提高，進而才能滿足綜合利用需求，實現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展。

4.2 解決措施

4.2.1 粉塵廢氣的處理

結合工藝情況，對于雙室爐、保溫爐、旋轉窯產(chǎn)生的高溫煙氣及冷灰處理機進料廢氣采用急冷塔+SCR+濾筒除塵+活性炭纖維吸附+堿液噴淋裝置處理后25 m高P1排氣筒排放；常溫的進料、出料(含中間品、工藝雜質(zhì)固廢、產(chǎn)品)過程產(chǎn)生的常溫顆粒物廢氣經(jīng)集氣罩收集后布袋除塵器處理后通過20 m高P2排氣筒排放。將粉塵廢氣達標處理后排放以減少其對環(huán)境的危害，同時對于可循環(huán)利用的部分進行收集并回用，以達到廢氣循環(huán)利用的效果。

4.2.2 固體廢物的處理

工藝過程中，將鋁灰渣、集塵鋁灰中有用成分單質(zhì)鋁、氧化鋁充分提出后，會產(chǎn)生含其他物質(zhì)(鈣、鐵、鈦、銅等)的工藝雜質(zhì)固廢，應及時在環(huán)保部門監(jiān)管下將該工藝雜質(zhì)送有資質(zhì)的檢測單位嚴格按照《危險廢物鑒別技術規(guī)范》(HJ298-2019)和《危險廢物鑒別標準 通則》(GB5085.7-2019)鑒定其屬性，若為危險廢物，則按規(guī)定送有資質(zhì)的危廢單位處置；若為一般工業(yè)固廢，進行綜合利用。

對于地面吸塵及除塵器收灰等均可全部回用于生產(chǎn)；對于鋁污泥廢包裝袋鋁污泥包裝袋，重復使用，少量破損，破損后外售給物質(zhì)回收部門；對于鋁灰渣/集塵鋁灰廢包裝袋、羧甲基纖維素鈉+氧化劑廢包裝材料、機修廢油及廢活性炭纖維，均暫存于危廢暫存間內(nèi)，委托有資質(zhì)單位收集處理。

4.2.3 環(huán)境監(jiān)管措施

(1)當好宣傳員，強化培訓指導，提高企業(yè)環(huán)保意識。

各級生態(tài)環(huán)境部門采用線上線下培訓、上門指導、發(fā)放環(huán)保手冊等多形式組織鋁灰產(chǎn)生單位學習新《固廢法》和新《名錄》，指導企業(yè)學習掌握新要求，推動履行污染防治主體責任?，F(xiàn)場指導相關企業(yè)落實危險廢物標識、臺賬等管理制度，手把手指導在省危險廢物監(jiān)管物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)申報固體廢物信息。

(2)當好監(jiān)督員，嚴格監(jiān)管執(zhí)法，及時發(fā)現(xiàn)解決問題。

省生態(tài)環(huán)境廳將鋁灰環(huán)境管理情況納入危險廢物專項整治2021年度重點工作內(nèi)容，結合《固廢法》執(zhí)法檢查，大力開展危險廢物規(guī)范化管理排查整治工作。針對發(fā)現(xiàn)的部分企業(yè)鋁灰申報不及時、貯存管理不規(guī)范的問題，省生態(tài)環(huán)境廳2次下達督辦函，督促市州生態(tài)環(huán)境部門強化監(jiān)管服務，嚴肅查處環(huán)境違法行為。

(3)當好服務員，注重疏堵結合，強化綜合利用能力。

一方面，高效辦理鋁灰跨省移出手續(xù)，解決當務之急；另一方面，積極推動鋁灰綜合利用項目盡早落地，解決根本性問題。進一步優(yōu)化營商環(huán)境，2次提前上門對接，4次現(xiàn)場指導鋁灰綜合利用項目建設，多次指導企業(yè)申辦危險廢物經(jīng)營許可證，及時協(xié)調(diào)解決存在的難點問題。

5 結 語

本文通過采用“球磨+篩分+熔化+鑄錠”的工藝技術，將廢棄的鋁灰渣、鋁污泥、集塵鋁灰經(jīng)熔融、高溫氧化制成鋁合金錠和耐火材料原料α型氧化鋁，對鋁灰渣和鋁污泥等進行無害化和資源化處理，以達到循環(huán)再利用的目的效果。同時對在工藝過程中所產(chǎn)生的粉塵廢氣污染、固體廢物污染及環(huán)境監(jiān)管有待加強進行了分析，并提出了相應的解決措施。

(1)建議相關企業(yè)在未來的運行過程中，對比國內(nèi)外最先進企業(yè)管理要求及標準，從源頭控制和末端治理進一步提升企業(yè)的污染防控水平，進一步降低粉塵廢氣等主要污染物排放量；

(2)建設單位應重視提高經(jīng)營管理人員、技術人員和操作人員素質(zhì)，加強培訓以保證環(huán)保設備正常運行；

(3)嚴格落實和執(zhí)行各項環(huán)境風險防范措施及應急措施，以降低事故風險帶來的環(huán)境影響及經(jīng)濟損失。