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铝灰是电解铝、铝加工和再生铝等铝工业生产过程中必然产生的有毒有害固体废弃物,一方面含有大量的金属铝及铝的化合物,具有较高的工业回收和再利用价值;另一方面还含有F-、Cl-、CN-等有害离子及Cr、Cd、Pb等重金属元素,处理不当不仅会污染土壤,还会随着重金属元素和有害离子迁移导致地下水污染,产生环境污染问题。铝灰根据其产生和处理工序的先后顺序分为一次铝灰和二次铝灰。一次铝灰是铝生产中产生的初级固体废料,二次铝灰是一次铝灰回收利用金属铝后剩下的固体残渣废料。铝灰资源化综合利用就是以一、二次铝灰为主要原料,从中提取有价成分,提炼铝、制备建材和药剂等工序,此举可以将铝灰“变废为宝”,在创造经济价值的同时减少环境污染,对我国实施节约战略,推进各类资源节约集约利用具有重要的现实意义。
铝是活泼金属,在高温下和炉内氧气接触反应就产生了大量的铝灰。铝灰是一种固体废渣,分为一次铝灰和二次铝灰。二次铝灰成分非常复杂,主要化学组成为Al、Al2O3,另外含有少量Na、Mg、Ca和Si等物质,同时还含有少量氟化物和氯化物,甚至盐溶剂。主要物相为金属铝、氧化铝、氮化铝以及镁铝尖晶石,其中氮化铝含量10 %~40 %、氧化铝15 %~30 %、单质铝5 %~20 %。
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铝灰资源化技术与利用
3、利用铝灰制取工艺材料
4、等离子体速熔法
该方法是在熔融炉内熔炼铝灰,靠等离子喷嘴产生的风流,向倾动炉内充入适当的CO2、CH4或H2,加上等离子体与铝灰接触,在温度升高至950 ℃左右时,铝块表面的氧化膜开始破裂,铝液流出。该方法的回收率可达90%以上。在操作过程中,需加入氧化钙作为造渣剂,后续可得到铝酸钙和金属铝两种产品。该法具有铝回收率高,又不需要添加盐熔剂的优点,同时得到的副产品铝酸钙还可作为商品出售。但该工艺需要消耗甲烷,氢气等气体,对设备也有较高要求,因此处理成本较高。
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铝灰无害化处理技术展望
1、火法处理工艺
铝灰经过球磨和筛分,由于金属铝具有比较好的延展性,在球磨过程中几何尺寸加大,被筛网拦截成为筛上物料;化合态的铝灰被破碎成微粒子穿过筛网成为筛下物,达到将金属铝粉和铝灰分离的目的;将筛分得到的铝粉加入熔铝炉中进行重熔铸锭,产生铝锭,回收金属铝;滚筒筛筛下物料进入到湿法处理工艺;其处理思路如图1所示。
2、湿法处理工艺
筛下物料在碱性水体中使金属铝粉,氮化铝水解,水解产生的溶液,经过压滤等操作后,实现氢氧化铝与溶液的分离,得到高铝料;溶液进入后续设备进行苛化和固氟处理;经过固氟处理的溶液进入到蒸发系统,回收盐;苛化溶液返回至系统中,循环利用;固氟、苛化后产生氟化钙污泥、轻质碳酸钙,装袋外售;其处理思路如图2所示。铝灰无害化处理技术,金属铝锭可外售用于生产铝合金制品,高铝料可外售用于生产陶瓷、耐火材料,氨水可外售用于生产农用化肥、脱硝剂、化工原料,轻质碳酸钙可外售用于生产涂料、橡胶、塑料等,混盐可外售作为炼铝精炼剂售,氟化钙污泥可外售作为水泥厂矿化剂或陶瓷釉料的原料,这样对铝灰实现了无害化处理,保障生产过程中的稳定。
铝灰产生于铝电解、铝(含再生铝)加工等所有铝发生融熔的工序。其来源可分为铝电解冶炼过程中产生的铝灰、铝熔铸过程中的铝灰和再生铝加工过程中的铝灰。作为产能和产量均位列苐一的电解铝大国,中国的电解铝、铝加工、再生铝每年排出的铝灰量保守的估计在300万吨以上, 2021年,随着国家监管力度的加大,铝灰渣(含二次铝灰)等均被纳入 《国家危险废物名录(2021 年版)》,代码为:HW48,321-026-48,同时名录“豁免清单 ”中给出“利用 ”环节作为“ 回收金属铝 ”时,可不按危废管理,由于政策支持,铝灰资源化近三年得以快速发展,目前铝灰资源化采用的工艺包括“湿法”及“火法”工艺,而湿法因处理成本及投资成本的优势被广泛采用,在铝灰的湿法资源化过程中,其溶解浸出工序将产生大量过程水,这些过程水中含大量的氯化钠、氯化钾、较高浓度的氟化物及钙镁离子,为更好的资源化提取过程水中的钾钠盐,我司通过工艺优化,基本实现了盐的资源化及固废的资源化回收。
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