铝灰生产铝酸钙工艺污染及防治措施的探讨

曹以鉴

摘要：铝灰是铝电解、铝加工等铝冶炼加工过程中产生的危险废弃物，含铝量10%～80%。据报道，生产每吨铝平均产生15～25kg铝灰，因此，世界上每年有数百万吨的铝灰产生。据不完全统计，我国每年产生的铝灰量将达112～180万吨。粉煤灰是燃煤火力发电的固体废弃物，据不完全统计到2020年，我国粉煤灰的年总排放量将达到了30亿吨，如此多的铝灰和粉煤灰会污染大气、水体，占用大量土地资源。本文对铝灰生产铝酸钙工艺污染及防治措施进行分析，以供参考。

关键词：铝灰；铝酸钙；污染防治

引言

铝灰由于其含有氟化物、氮化物等被定义为危险固体废弃物，如何处理好氟化物和氮化物的回收利用是实现铝灰资源化的关键。资源化利用新技术以硫酸氢氨为主要介质采用湿法循环处理技术处理铝灰，工艺具有能耗低、可实施性强、AlN水解完全、过程中无废液、废气排放等特点，可实现铝灰的高效、绿色资源化利用，具有广阔的应用前景。

1铝灰来源

据不完全统计，铝灰在大多数冶炼过程中都会产生，但主要有三种方式：1）熔盐电解制备金属铝流程中，由于各类操作过程中不可避免的氧化、携带等因素，大量的铝灰会产生，这种途径也是铝灰产出量最大的途径;2）铝加工过程中，加工机器上易沾不同程度的液态铝，浇铸时溅射出来的铝滴，以及精加工时切割、挤压所造成的磨损都会产生一定的铝灰，该类铝灰与第一类铝灰统称为一次铝灰，铝含量较高，一般可进行铝提取技术；3）高铝含量的铝灰综合资源化回收提取有价资源后也会产生铝灰，目前这类铝灰综合利用价值相对较低，仍需开发新工艺。

2铝灰的分类及利用途径

铝灰按照其处理程度的不同可分为一次铝灰和二次铝灰。一次铝灰为铝发生融熔的工序直接排出的灰渣，其特征为金属铝的含量较多。二次铝灰为一次铝灰经回收金属铝后的灰渣，相对一次铝灰其中的金属铝含量显著降低，其他物质的含量明显增加。铝灰主要由金属铝、氧化铝、氮化铝和氧化镁组成，其中氧化镁主要以铝镁尖晶石的形式存在。此外，由于铝电解采用冰晶盐体系生产金属铝，铝灰中还含有一定量的其他氧化物、盐和氟化物。铝灰与水接触后，其中的氮化铝易水解产生气味难闻的氨气污染空气、氟化物水解产生氟化氢危害人体健康。基于铝灰的化学组成及性质，对其进行有效处理、实现绿色资源的研究方向应考虑以下两点:一、采用简单经济的方法实现氧化铝的有效分离;二、采用有效的方法利用其中的氮、氟等元素。现有文献介绍的利用铝灰的途径主要为回收金属铝，制备建筑材料、耐火材料、化工原料、氢氧化铝微粉等。

3铝灰资源化的利用方法

3.1二次铝灰的回收方法

处理二次铝灰的主要目的是利用其中的含铝物质，如金属铝、氧化铝、氮化铝等。根据铝灰的处理方式和用途主要分为湿法化学法制备含铝材料、高温烧结法制备耐火材料、作为主要原料制备建筑材料等。高温烧结法制备耐火材料的方法是按照所制备产品的要求，经配比混料后在高温条件下烧结，制备出合格的棕刚玉、镁铝尖晶石或Sialon等耐火材料。制备出的耐火材料性能均可满足工业需求，而且制备成本较低，具有显著的经济效益。但在制备耐火材料过程中需要先对铝灰进行洗涤除氮，消除含氮物质在后续使用过程中的水解，影响产品的性能。目前有关除氮的工艺技术均采用热水洗涤的方式，但热水洗涤除氮效率低、除氮效果差，还不能满足工艺的要求。

3.2炒灰法

炒灰法是一种利用铝灰中铝在空气中氧化放热以及铝金属颗粒与铝灰的润湿性差，接触角高的原理形成的工艺，该工艺是将生产后的铝灰直接放入铁锅中，通过自身氧化放热提供热量，无需加热，工人通过铁锹等工具对铝灰进行翻炒，铝液态珠自然聚集到铁锅底部，然后利用引流装置将汇集的金属液导向铸造的高温炉内加工。该方法操作简单，主要投入的是人工成本，设备成本极低，故在国内颇受小微加工企业欢迎。鉴于该方法较为原始，加工环境恶劣，提铝过程中产生大量烟尘，且毫无环境保护措施，对企业工人身体危害较大，故该方法在国家环境保护大政策下本人不建议使用，应逐渐被市场淘汰。

3.3离心分离法

离心分离法是一种特殊的铝灰提取金属铝方法。该方法主要利用金属铝低熔点性质，在一定温度下对铝灰进行旋转分离技术，即可达到金属铝与渣相的分离。钟华萍等将铝液通过离心机的作用收集到耐热增涡中或者回流到熔炉中,处理后铝灰经干燥后进行压碎，该方法证明确实可以实现从铝灰中高效率提取金属铝。就目前市场而言，该技术尽管很早便提出且具备高回收率等优势，但国内依旧还少利用其进行工业处理。笔者认为可能是由于高温离心设备易初故障的原因，在国家低排放的环保政策下，若能克服设备问题，不失为一种环保且高效的处理方法。

4工艺污染分析

铝灰将铝酸钙工艺本身生产为固体废物综合利用技术，具有一定的环境效果。但是，如果发生的污染不得到有效控制，就容易造成第二次污染。该工艺污染节点主要是铝材料预处理、电炉冶炼、产品破损包装等工艺。电炉冶炼过程由细颗粒物、氟化物、电炉底渣、除尘、电炉的维护引起废耐火材料、废炉衬等。电炉冶炼污染较重，收集处理效率低，会分散大量废气，工作场所灰尘浓度高，不仅会影响工作环境，还会造成大气污染。电炉产生的固体废物如果不能妥善处置，会污染地下水和土壤环境。

5污染防治对策

5.1铝灰厂内贮存应根据危险废物鉴别结果进行管理

铝灰不包括在“国家危险废物名录”中，但在铝锭铸造过程中使用精炼剂，精炼剂中使用一定量的冰晶石(主要成分为Na3AlF6)，其铝灰浸出液溴含量通常大于100毫克/L，具有浸出毒性。因此，笔者认为，在目前情况下，铝材料储存应根据鉴别结果进行管理，以避免二次污染。铝灰进入工厂前要进行取样分析检查，主要是检查浸水液氟化物浓度。因危险废物鉴别的废铝材料严格遵照危险废物管理，因一般高废鉴别的废铝材料可根据相关要求进行管理。原料铝材料为危险废物时，铝材料应存放在封闭式铝材料仓库，铝材料应按照《危险废物储存污染控制标准》建设，基础应采取防止渗透、渗透系数≤ 10-10cm/s、严格防风、防备、防晒等措施。.

5.2提高电炉烟气集气效率

电炉烟气控制主要反映在龙虾、排放等烟草收集处理过程中，通常使用屋顶罩、诱导罩+屋顶罩、密闭罩等捕集方式。屋顶盖烟雾排放可使电炉在龙虾和排放等过程中瞬间产生的大量灰尘和热空气烟雾储存在工厂屋顶，以便在一段时间内有组织地抽出。顶盖的集气效率受加热气流的上升速度和车间侧面气流的影响，集气效果一般。导流罩+顶盖可以利用烟气上升速度，使烟在导流罩范围内上升，离开口罩后受到引风机负压的影响，不易扩散到溢出上端吸入膜外。密封盖是将电炉与车间隔离开来，冶炼电炉时产生的烟控制在盖子内，不受车间横向气流的干扰，密封盖不仅捕集效果好，排气量也比屋顶烟盒少35%左右。

结束语

铝灰生产铝酸钙企业中，电炉烟气控制主要体现在对烟气的收集处理过程。采用密闭罩捕集，可提高电炉烟气集气效率，降低烟气逸散，改善工作环境。

参考文献

[1]欧阳军华,张兰芹,钛铝酸钙加入量对高铝浇注料性能的影响[J].耐火材料,2019,53(06):472-474.

[2]常钧,张洋洋.硫铝酸盐水泥中AH_3相的表征、调控及胶凝机理[C],2019:40.

[3]刘杰,顾华志,张美杰,黄奥.煤催化气化炉用六铝酸钙浇注料的疲劳破坏行为[C].2019:157-164.

[4]冯钢军,王玉兴,齐跃坤.添加剂对六铝酸钙微孔材料性能的影响[C].2019:219-222.