新型湿式水解脱氮固氟预处理技术丨铝灰集中资源化利用的关键是脱氮固氟

铝灰的危害主要来源于其含有多种有毒成分，如盐类、重金属、碳化物、氮化物及氰化物等。在2016年国家环保部印发的《国家危险废物名录》，铝灰已被明确认定为 HW48类有色金属冶炼废物。具体危害如下：

1）NaCl与KCl等盐类：在大规模堆积情况下，这些盐会聚集引起土壤的盐碱化问题，造成严重的环境污染；

2）硒、铅与钡等重金属：按现有大多铝灰直接废弃或者掩埋的条件，长期下去这些重金属元素则会迁移至土壤、水等环境中，引发恶劣的环境污染，严重影响企业工业和周边居民生活环境；

3）氮化物与金属砷及其化合物：堆存期间，氮化物易与空气中水分反应形成 NH3、H2和CH4等可燃性气体，引发火灾的可能性，造成生命和财产的损失；砷系列物质易与空气中水反应生成有毒气体氢化砷，该气体对人体的伤害不可估计。

因此，无论如何，铝灰断然不能直接填埋，需加强对铝灰的环保处理以及资源化利用，至少需要进行无害化处理。

铝灰经过一次或多次回收铝后，铝含量已经很低，又称“黑灰”。二次铝灰中主要含有Al2O3、铁硅镁氧化物、钾钠钙镁的氯化物等，可作为再生资源进行综合利用，如硫酸铝、脱硫剂、聚合硫酸铝、棕刚玉以及氧化铝等领域，是一种具有综合利用价值的可再生资源。

1）重选提铝

重选法是一种利用金属单质与杂质之间密度差异分离重金属的方法。目前，有少数从事铝回收公司采用此方法通过摇床对二次铝灰进行深度提铝处理。从理论角度来说，该方法本是一种深度提铝的工艺，但鉴于铝灰会杂质成分较多，无法避免一些密度差异小的成分的影响，该方法现阶段在二次铝灰提纯方面处于停滞状态。若能合理升级开发设备，提高技术指标，定可克服现有问题。

2）转炉和铁水脱硫剂

由于经提铝后的二次铝灰中含有大量的杂质成分Al2O3，而传统脱硫剂常用的便是CaO-Al2O3复合脱硫剂，因此可以利用二次铝灰中Al2O3成分，添加一定量的石灰石等钢铁冶炼原料混合用作新型脱硫剂。通过该方法不仅可以降低钢铁行业脱硫成本，还能提高其脱磷能力。国外在很早时候就已经将二次铝灰回收利用至钢铁行业。

3）制备硫酸铝

硫酸铝可以除去水中的磷酸盐、锌、铬等杂质，控制水的颜色和气味。具体生产过程为：在反应池中，加入铝灰与硫酸进行反应制备硫酸铝，然后过滤除去杂质，对滤液进行蒸发浓缩和冷却结晶，可制备得到工业级硫酸铝。该方法的缺点是硫酸铝的附加值较低，且制备过程中会产生有害气体污染环境。

4）制备聚合硫酸铝

近年来，随着絮凝剂制备技术的成熟和发展，利用二次铝灰获取高附加值的絮凝剂是一种更加经济合理的综合利用途径。具体工艺为：以铝灰与硫酸为原料反应制备硫酸铝，添加多种聚合剂进行聚合反应，然后熟化澄清、固液粉体得到聚合硫酸铝。

5）制备耐火材料

二次铝灰中含有大量的Al2O3，可尝试添加一定比例作为耐火材料的烧结原料。Mailar等人尝试用二次铝灰替代耐火材料的部分烧结原料，得到的产品的性能指标可满足国家相关要求，但是该耐火材料的抗氧化性能不高，与不掺杂铝灰的同品种耐火材料抗氧化能力差距较大。

     水解是有效的铝灰脱氮技术，铝灰中的氮化铝与水发生水解反应生成氢氧化铝和氨气，氨气可进一步经硫酸吸收制得硫酸铵产品。

     传统铝灰水解虽可使铝灰中的氮化铝得到一定程度的分解去除，但反应生成的氢氧化铝会包裹氮化铝颗粒，限制了水与氮化铝之间进一步反应，降低了水解脱氮效率。传统水解脱氮工艺的脱氮效率通常在30~40％左右，脱氮不彻底。同时，由于氨水具有易挥发性，铝灰水解过程产生的氨气若不能有效净化吸收，则会对大气环境造成二次污染。

      研究表明，在加热条件下，铝灰水解反应速率加快，从而提高了氮化铝水解效率，但仍无法解决氢氧化铝对氮化铝的包裹问题，无法从本质上提高铝灰水解脱氮效率。

      铝灰脱毒是一个脱氮固氟去重的化学反应过程，涉及水解、尾气处理、资源化产物制取等过程和工艺，系统性强，有一定的技术壁垒。

     铝灰具有反应性、毒性等危险特性，对其进行无害化并加之利用，是解决铝灰污染治理的重点。从国内目前已经运行的铝灰资源化综合利用示范项目来看，新型湿式水解脱氮固氟预处理技术，对于铝灰及后续资源化利用起到了至关重要的作用。