鋁灰鋁渣綜合循環(huán)再利用分析

張 寧，蔣世杰，劉雅萍，劉恩齊，沈家偉，沈國山

（青海中冠嘉頡環(huán)保科技有限公司，青海 西寧 810000）

引言

在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，鋁作為重要的基礎(chǔ)原材料，因而煉鋁廠產(chǎn)生的廢物也相應(yīng)增加。為此尋求科學(xué)、合理地處理有害廢物的方法即成了當(dāng)今煉鋁工業(yè)的共同問題。以電解鋁10%～20%比例的鋁灰渣產(chǎn)生計(jì)算，2017年我國產(chǎn)生的鋁灰渣約359～718萬t，以中值50%估算，約540萬t，以1 t鋁灰渣處理費(fèi)用2 700元計(jì)算，2017年鋁灰渣處理市場規(guī)模約為150億元。2017年，政府實(shí)施了“清理違規(guī)違法電解鋁行動(dòng)方案”“2+26冬季采暖錯(cuò)峰生產(chǎn)”等政策，且根據(jù)2018年上半年電解鋁產(chǎn)量1 791.2萬t預(yù)測，預(yù)計(jì)2018年我國電解鋁產(chǎn)量與2017年持平，2018年鋁灰渣處理市場規(guī)模約為150億元。

鋁熔煉再生過程產(chǎn)生的副產(chǎn)物主要為鋁灰渣，鋁渣包括浮渣（Dross）和鋁灰。在鋁加工制造業(yè)之熔煉制程（包含熔化鋁制程、回收鋁液制程或冷卻制程等）所產(chǎn)生的廢氣中，含有懸浮微粒之空氣污染物，這些污染物可藉由袋濾式集塵器之空氣污染防制設(shè)備加以收集，其所收集之集塵灰，通常稱為白灰（White dust）或集塵灰（以下簡稱鋁集塵灰）。集塵灰的產(chǎn)量約為原廢鋁再生冶煉量的1 wt%，主要成份為氧化鋁（Al2O3）和氧化鎂（MgO）及碳。另外，熔煉制程中亦產(chǎn)生浮渣，浮渣大部份漂浮于熔融鋁湯上面，主要由金屬鋁和鋁的氧化物及氮化物所組成，其產(chǎn)生量視原料而定，約為原廢鋁熔煉量的15 wt%。鋁灰渣副產(chǎn)物無論是浮渣或集塵灰，因其都含有鋁的氮化物，當(dāng)曝露在空氣中遇潮或吸濕則會(huì)水解（Hydrolysis）產(chǎn)生氨氣，如式1，具有強(qiáng)烈的刺鼻味。鋁集塵灰外觀類似粉煤灰，是一種銀灰色粉狀物，由于廢鋁來源不同，鋁集塵灰中主要成份亦不盡相同，其主要成份除鋁金屬外，其余為氧化鋁（Al2O3）、氧化硅（SiO2）、氧化鎂（MgO）、氧化鈉（Na2O）、氧化鈣（CaO）和氧化鐵（Fe2O3）氟化鋁（AlF）等，其中氧化鋁含量一般在43%～75%（如公式1所示），氧化硅含量一般則在5%～20 %。鋁灰渣因含有金屬鋁和鋁的氮化物、碳化物，當(dāng)其曝露在空氣中遇潮或吸濕則會(huì)水解（Hydrolysis）產(chǎn)生氨氣、氫氣和甲烷，鋁灰渣處置時(shí)需注意此可能延伸對環(huán)境造成的沖擊和風(fēng)險(xiǎn)。

在國內(nèi)鋁灰渣和集塵灰的處理方式，若是處理不當(dāng)仍會(huì)對環(huán)境造成沖擊，并危害人體健康。

1 鋁生產(chǎn)工藝的國內(nèi)外現(xiàn)狀發(fā)展方向分析

鋁灰渣是指鋁電解、鋁加工及再生鋁加工過程中排出的固體廢棄物。鋁灰的特點(diǎn)集中體現(xiàn)在三個(gè)方面：具有毒性，多數(shù)屬危廢；數(shù)量較大，我國每年的排出量數(shù)百萬噸級；近年來，環(huán)保意識不斷提升，鋁灰處置變得日益緊迫[1-2]。

中國鋁冶煉自20世紀(jì)50年代起步，至今已有70年的歷史。干法冶煉和濕法冶煉都有廠家采用。鋁灰渣市是熱鍍鋁廠和電解鋁廠在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的一種副產(chǎn)品主要成分為氧化鋁、金屬鋁和部分雜質(zhì)，其中氧化鋁和金屬鋁都有著較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，因此該項(xiàng)目致力于從鋁灰渣中回收鋁及充分利用分離后的鋁渣，都有極高的環(huán)保及經(jīng)濟(jì)價(jià)值[3-4]。

2 氟化物的危害

現(xiàn)階段因?yàn)楣I(yè)上電解三氧化二鋁制取鋁的反應(yīng)必須以冰晶石作為煉鋁的助溶劑，降低三氧化二鋁的沸點(diǎn)，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的氟化物有易揮發(fā)的，難揮發(fā)的；有易溶于水的，難溶于水的；有具有生理毒性的，有不具生理毒性的。但是可以肯定的是，絕大多數(shù)含氟化合物經(jīng)人體長期接觸或攝入都可引起慢性中毒?？梢姡锏亩拘跃哂须[蔽性和長期性的特點(diǎn)。

3 鋁灰中氟化物處置現(xiàn)狀

《國家危險(xiǎn)廢物名錄》中，將鋁灰渣列為危險(xiǎn)廢物。鋁灰渣氟化物均要求包裝上應(yīng)有明顯的“危險(xiǎn)廢物”標(biāo)志，對收集、貯存、轉(zhuǎn)運(yùn)、處置有明確的要求。

1）生產(chǎn)工藝效益污染物治理/處置設(shè)施?！皬哪壳颁X灰綜合利用技術(shù)的現(xiàn)狀可以看出，鋁灰渣是一種有綜合利用價(jià)值的可再生資源，已經(jīng)在回收鋁、生產(chǎn)硫酸鋁、煉鋼生產(chǎn)脫硫除渣、棕剛玉、合成聚合氯化鋁、合成油墨用氧化鋁和路用材料等領(lǐng)域得到了應(yīng)用，有些技術(shù)已經(jīng)成熟，達(dá)到中試規(guī)?！薄?/p>

2）本項(xiàng)目排放的廢氣包括有組織排放的煙粉塵、氟化物、SO2和NOX，及無組織排放的粉塵、氟化物。本項(xiàng)目廢氣污染防治措施主要采用以下方式：集氣罩對粉塵、氟化物和天然氣燃燒廢氣進(jìn)行負(fù)壓收集，收集的廢氣經(jīng)布袋除塵系統(tǒng)處理后通過排氣筒達(dá)標(biāo)排放，未收集的粉塵大部分沉降在地面上，用吸塵器收集，小部分無組織排放。有組織排放的煙粉塵26.1 mg/m3、氟化物0.86 mg/m3、SO23L和NOX74 mg/m3，及無組織排放的粉塵0.183 mg/m3、氟化物1.2×10-3mg/m3雙室爐、保溫爐、回轉(zhuǎn)爐、冷灰處理機(jī)工序產(chǎn)生的煙粉塵、氟化物以及天然氣燃燒廢氣（主要為SO2和NOX）通過集氣罩收集，風(fēng)量為10 000 m3/h，收集的廢氣經(jīng)1號布袋+2號布袋二級除塵處理后通過1根15高P1排氣筒排放；初篩分、破碎、細(xì)篩分工序產(chǎn)生的粉塵、氟化物經(jīng)集氣罩收集，風(fēng)量5 000 m3/h，收集的廢氣經(jīng)5號布袋塵處理后通過1根15 m高P2排氣筒排放；微篩分、回轉(zhuǎn)窯、袋裝工序產(chǎn)生粉塵、氟化物，利用回轉(zhuǎn)窯燃燒機(jī)燃燒經(jīng)1 150～1 450℃高溫燃燒下的氧化鋁會(huì)與氟反應(yīng)得到氟化鋁和氧氣，鋁與氫氟酸反應(yīng)鋁熔解產(chǎn)生氫氣，產(chǎn)出清潔能源氫氣、氧氣增加天然氣燃燒，更減少氟化物過程中產(chǎn)出廢氣（主要為SO2和NOX）經(jīng)集氣罩收集，風(fēng)量為5 000 m3/h，收集的廢氣經(jīng)3#布袋+4#布袋二級除塵處理后通過。

4 結(jié)論與建議

完成后將廢棄物之資源化作業(yè)，共同創(chuàng)造綠色產(chǎn)業(yè)永續(xù)發(fā)展。推動(dòng)綠色材料、綠色營建和綠色資源再生利用之益處。建設(shè)單位嚴(yán)格執(zhí)行外購鋁灰渣原料的檢測和控制，原料不得含有塑料、橡膠、切削油，同時(shí)不得含有汞、鎘、鉛等重金屬。加強(qiáng)生產(chǎn)設(shè)施及污染物治理設(shè)施的運(yùn)行管理，定期對污染治理設(shè)施進(jìn)行維修保養(yǎng)，對污染物實(shí)施在線監(jiān)測，確保污染物達(dá)標(biāo)排放，防止污染事故發(fā)生。鋁灰渣是否為危廢長期處于爭論當(dāng)中，其氟化物的含量成為關(guān)鍵因素。因此，鋁灰渣被列入《國家危險(xiǎn)廢物名錄》，建議有關(guān)部門進(jìn)一步加強(qiáng)對固體廢物的處置與管理。