STE工藝：再生鋁鹽渣的先進處理工藝

文/ 意大利安奇泰克技術有限公司 馬卡尼·馬士莫

再生鋁行業廣泛涉及廢舊的成型鋁材和復合鋁材的回收。廢料被分類、預備、拌料、熔煉和精煉后成為各種規格的合金。在熔煉的過程中，助溶劑主要為NaCl、KCl 或兩種鹽的混合物。通過將向熔池表面加入助溶劑以減少金屬的氧化，還可以去除一些雜質。所形成的鹽渣包含鹽溶劑、金屬鋁、氧化鋁粉末，以及一些可與水反應的鋁的化合物。

鋁鹽渣的反應活性非常高，鑒于其對環境的影響，不可以進行填埋處理。實際上，鹽渣在遇到雨水或是地下水的條件下很容易浸出氯化物。此外，鹽渣在遇到水時還會釋放氣體，包括氫氣、氨氣、甲烷以及少量的硫化氫和磷化氫。

意大利的一家技術公司已開發出一種鹽渣的回收系統。1977年，該公司在意大利的Carisio 設計并建造了第一代的鹽渣回收處理系統。從現有運行數據看，該設施的每日處理能力可達50 噸。熔態的渣通過澆包被運送至一個大轉筒。通過對轉筒的外側噴灑循環水來進行冷卻并對渣造粒。完成造粒的渣進行后續的淋濾，而獲得的鹵水則通過轉爐的余熱進行蒸發濃縮。

1987年，這家公司在意大利的Novate 建造一個閃蒸系統的中式工廠。閃蒸系統有兩個主要的目的，一是為了獲得每天最多可回收60 噸鹽渣的簡單工藝流程數據；二是為了提供一個可以用來處理浸出過程中產生的氣體燃燒系統。中式工廠每日可以處理鹽渣3 噸。經過兩年的試驗操作，最終確定了閃蒸系統的所有的工藝操作參數并建成了第一座工廠。

該項工作的成果已經被用于90年代末建設的兩座工廠，一個在巴西的Cacapava，另一個位于意大利Borgofranco di Ivrea 的Alcan。

經過在90年代初與B.U.S 公司的相關研究工作，該項技術獲得了進一步的發展，工藝流程也再一次改變。

幾年前，當氧化鋁惰性化處理技術和濕磨技術開始被采用時，該工藝又進行了相應的升級更新。其核心工藝非常簡單：將固體的氧化鋁和鹽進行浸出以回收鹽，并將鹽重新作為再生鋁熔爐中的溶劑，同時氧化鋁也得到了再利用。

遺憾的是，在渣中存有很多鋁的化合物，其反應后可產生大量有毒有害的危險氣體。這些危險氣體需要采用一些方式進行有效的處理。與水反應后最常見的氣體及其反應產物如下所示：

設計出可行工藝的關鍵在于充分了解渣的化學組成以及上述相關的化學品。有效地控制在鹽浸出過程中產生的氣體是該項工藝最為重要的部分。

圖1 第一代鋁鹽渣處理工廠

這家公司在Carisio（意大利）建的第一代工廠非常簡單（見圖1）。渣被轉筒外部的水冷卻而熱造粒。造粒的渣立刻加入到一個旋轉的淋濾反應器，獲得的漿液則被篩濾。篩下物可回收鹽溶液及氧化鋁，篩上物則為金屬鋁屑片，鋁屑可以返回熔爐重煉。篩下物在過濾后獲得產物分別叫氧化鋁餅和鹽溶液。鹽溶液結晶后回收其中的鹽，而回收的鹽則可以被重新投入鋁熔爐作為助溶劑。反應過程產生的氣體可被直排至大氣，這是因為氨是氣體存在異味的主要成因，但由于采用過量的鹽作為溶劑而抑制了氮化鋁(AlN) 的形成，使得產生的氨氣的濃度非常低（見左欄中的反應2）。

鋁生產行業和環保規范的改變都促使這家技術公司不斷改進相應的工藝設計。在圖2 中所展示的工藝已經有了非常大的變化。該新工藝曾被用于建造意大利的Borgofranco di Ivrea 的Alcan 工廠。

圖2 第二代鋁鹽渣處理工廠

操作的第一步是將渣進行研磨后篩選出金屬鋁，并將金屬鋁返回至熔爐，其余碎料進行淋濾。淋濾過程僅采用水來分離鹽分，并與鋁的化合物進行反應。通過燃燒的方式處理如下反應產生的氣體。

燃燒產生的熱量可以用于結晶單元，減少其能量消耗。

該設計非常適合小規模的鋁鹽渣處理回收廠，因此可直接設置于再生鋁工廠廠區內，閃蒸工藝雖然不是特別高效，但設備成本很低且易于管理維護。

鋁生產行業的進一步變革和金屬行業更為嚴苛的環保要求，以及廢棄物管理要求都促使Engitec 再進一步更改原有的工藝來滿足新的要求。圖3 展示的是當前技術的最新進展，該工藝被適用于意大利Taranto的Fonderie 工廠內。

鹽渣首先被破碎篩選出大塊的鋁后進入濕磨單元，一般采用球磨機或者棒磨機。由于球或棒的機械作用反應速率很高，這也使得金屬鋁顆粒很快轉化為大塊的鋁屑，從篩濾機篩下物回收，其他物料經過攪拌淋濾完成反應。由于當前鹽助溶劑的添加量越來越少，鋁鹽渣的主要反應產物變為了氮化鋁，氮化鋁可以產生大量氨氣，氨氣燃燒會產生大量的NOX。處理的第一步是通過噴淋硫酸溶液來洗滌反應氣體，這會產生作為化肥主要成分的硫酸銨。洗滌后的無氨氣體隨后在蒸汽發生器內燃燒來減少結晶單元所消耗的能源。

淋濾后的漿液過濾后可獲得鹵水，通過鹵水結晶回收鹽并重新用作助溶劑。在氧化鋁的濾餅中仍含具有活性的鋁化合物。為了使該氧化物餅能夠完全惰化并去除異味，引入了一套具有知識產權的惰性化單元。該單元將具有活性的鋁化合物轉化成惰性氧化鋁，產生的氣體被輸送至氨氣的洗滌塔，或者直接送至蒸汽發生器單元。惰性化工藝是專利保護的，其基于在[OH-]催化作用下可加速活性鋁化合物的分解反應。pH 越高，反應速率越高。因此，當氧化鋁餅投入反應器時，應通過加入NaOH 保證pH 高于12～12.5，并保證溫度高于600C。反應與之前所述的（1～6）一致，唯一消耗的化學品是NaOH 以置換出濾餅的浸出液，惰性化后的產物因為消除了味道，可以有更廣泛的用途。

結晶單元可以根據最佳的能耗來進行設計。所有可選（直通蒸汽，多效蒸發，機械再壓縮）工藝均可以考慮。如果是NaCl 和KCl 混合而成的溶劑，還可以考慮進行對兩種組分進行分離。

圖3 鋁鹽渣處理工廠當前最新的工藝

該工藝主要是為了處理再生鋁行業中鹽渣而開發的，同時為了滿足潛在客戶的需求而不斷改進的。這家技術公司的理念是設計一個可以作為鋁生產工廠一部分的現場處理工廠，而不是一個服務性或者聯營式的工廠。他們同樣有能力針對當地的環保要求對工藝進行改動，以滿足越來越嚴苛的環保規范。該產品的質量非常好，完全可以避免產生任何廢棄物：任何廢棄物都可以完全轉化成有經濟價值的商品。