铝灰处理技术入门指南——铝灰成分解析

一、铝灰各组分的形成

1、铝灰中的氧化铝

铝是一种活泼金属，它容易与空气中的氧气发生反应生成氧化铝。

4Al+3O2=2Al2O3

2、铝灰中的氮化铝

氮化铝由高温铝液和氮气反应生成，基本反应式为：

2Al+N2=2AlN

3、铝灰中的氯盐

铝灰中的氯盐主要来源于盐熔剂，氯盐随扒渣进入铝灰后仍然以原形态存在，成为铝灰中的氯盐。

4、铝灰中的电解质

铝灰中的电解质主要指以冰晶石为主体的氟化盐混合物，它的来源主要有两个途径：

（1）电解铝出铝过程带入的电解质，带出的电解质重量通常约为出铝量的0.1%。

（2）生产再生铝的熔剂中有时也会添加少量的氟盐作为精炼剂，这些氟盐和熔盐电解体系的电解质组成相近，仍以电解质的形态进入铝灰。

如果不使用电解原铝和含有氟化盐的熔剂，铝灰中就不存在电解质。

5、铝灰中的金属

除了金属铝，其他可能存在的金属有：

（1）电解原铝主要带入的金属元素是铁，含量一般在400～3000μg/g，其次为镓、锌、钒、锂。

（2）铝合金带入的元素是铁、硅、铜、锰、镁、锌、钛，绝大部分（至少95%）以固溶和金属化合物状态与铝结合，其余部分以金属氧化物和金属单质的形式随渣扒出进入铝灰。

6、铝灰中的氧化物和其他化合物

铝熔体中的合金元素在高温下与空气发生氧化反应，生成氧化物（如铁氧化物、硅氧化物、氧化镁等），在熔体净化过程和其它渣一起进入铝灰中。

此外，在铝灰中还存在微量的金属碳化物，如碳化铝等。铝灰渣中的碳来源于铝电解过程，碳素阳极剥落的微细碳粒进入电解液。

二、铝灰的危险特性

我国颁布的《国家危险废物名录(2021年版)》将多种铝行业固废列为危险废物，并将其危险特性分为反应性和毒性两类。其反应性来自铝灰中的金属铝、氮化铝和碳化铝，遇水分别产生氢气、氨气和甲烷等有毒有害气体，毒性主要来自生产过程中的氟化物和重金属残留。

1、遇水释放有害气体

反应式如下：

2Al+3H2O=Al2O3+3H2
2AlN+3H2O=Al2O3+2NH3
Al4C3+6H2O=2Al2O3+3CH4

2、游离氟的释放

绝大多数含氟化合物经人体长期接触或摄入都可引起慢性中毒。我国规定饮用水的氟浓度不得超过 1ppm。

游离氟来自于铝灰中的电解质。无论是电解铝引入的电解质还是熔剂引入的电解质，它们在水中的溶解度其实都很小，但是仍然会给周围环境带来风险。

3、重金属残留

根据文献[1]，多数铝冶炼行业固体废物中重金属浸出毒性并非主要的环境影响因素。但21个样品中，依然有2个样品超标，分别是一种电解铝企业一次铝灰和一种再生铝企业精炼烟尘。