鋁灰的處理技術、環境評價及相應管理政策

沈凌峰 王 麗 徐 芮 呂 斐

（中南大學資源加工與生物工程學院，湖南 長沙 410083）

鋁灰（又名鋁渣），主要由Al2O3和金屬鋁等物質組成，是鋁生產（如電解鋁、制備含鋁合金、回收鋁資源）時產生的含鋁工業廢料［1］。鋁灰常分為一次鋁灰、二次鋁灰。一次鋁灰又名白灰，通常為電解制鋁工藝直接留下的殘渣或不添加鹽類煉鋁的殘渣，含鋁15%～70%，主要由鋁及其氧化物組成；二次鋁灰包括黑灰和鹽餅。黑灰是一次鋁灰進行資源提取回收和加鹽煉鋁后產生的殘渣，主要由鋁、鋁氧化物和氮化物、熔融鹽等物質組成，含鋁12%～18%；鹽餅是在生產過程中由廢灰產生的含少量鋁、氯化鈉和氟化物等的混合物［2-5］。

據數據統計［6］，2019 年世界鋁產量 6 365.7 萬 t，中國占一半以上，達到3 579.5萬t。研究表明，通常情況下利用鋁礦石直接生產1 000 t的金屬鋁會產生10～20 t的鋁灰，而二次鋁資源回收將產生20～50 t甚至更高的、成分更加復雜的鋁灰［7-8］。據此估計，我國2019年產生的鋁灰超100萬t，而鋁灰中含有的諸多重金屬（As、Pb、Cd、Cr等）和有害離子（F-、CN-），會污染水源、危害生物，因而我國已于2016年將鋁灰列入《國家危險廢棄物名錄》［2，8-9］。

在我國新的時代背景下，經濟發展的要求已經從高速發展逐漸轉變為高質量可持續發展，這使得對鋁灰的回收處理、資源化處理、環境風險評價以及管理政策等研究具有十分重要的現實意義。因此，本文以當前國內鋁灰處理工藝的研究與實踐進展為主要依據，結合環境評價和地方企業管理政策介紹了鋁灰的主要回收方法、環境評價的依據、政府與企業的管理政策，以供后續研究參考。

1 鋁灰處理方法

鋁灰處理方法主要分為鋁灰回收處理、鋁灰無害化處理和鋁灰資源化利用3部分。其中鋁灰回收處理又分為鋁灰火法回收和鋁灰濕法回收，是當前鋁灰處理的主要形式；鋁灰無害化處理則是借助浸出劑等手段，將鋁灰中有害的氟、氯及一些重金屬浸出，以期得到可以合格排放的浸出液或者污染物含量符合國家標準的固體廢棄物；鋁灰資源化利用則是根據鋁灰的性質特點，依靠特殊工藝手段將之加工成可以使用的資源，如防火材料、污水絮凝劑等，與鋁灰回收處理不同的是，鋁灰資源化利用的主要目的是通過某些工藝手段除去鋁灰中難以利用的雜質，進而將鋁灰轉換成可利用的資源［10-16］。

1.1 鋁灰火法回收處理

鋁灰火法回收處理是在高溫氛圍下，借助鋁的熔點（600℃）和其他組分熔點的差異，將熔融鋁灰中的鋁與其他組分分離的回收處理方法。處理的對象通常是含鋁較多的一次鋁灰，處理結束后廢渣可以進行濕法浸出等濕法處理，進一步回收其中的Al2O3、AlN［16-17］。

鋁灰火法回收方法有很多，國內常見的如炒灰法、回轉窯加熱法、壓榨冷卻回收法、等離子速熔法、Alurec法等，國外常見的有MRM法、Alcan法等［16］。這些方法都有自己的應用場景：炒灰法適用于處理小規模的鋁灰；回轉窯加熱法和壓榨冷卻回收法則是利用一定規模的設備代替人力資源，但是回收率都偏低，需要配合浸出工藝進一步提高綜合效益［17］；等離子速溶是新興處理方法，生產效率和鋁資源回收率都非常高，但是由于是新工藝，其工業應用尚待成熟；Alurec法則是近年國內引進的工業鋁灰火法回收方法，處理效率較高，但是初始成本也較高，在大型企業應用更常見［18-19］。上述鋁灰火法回收方法按添加助熔劑與否進行分類，可將其分為兩大類：加鹽回收法和無鹽回收法。

1.1.1 加鹽回收法

諸如炒灰法、回轉窯加熱法、壓榨冷卻法等傳統方法，都是在高溫氛圍下使鋁灰中金屬鋁從固態熔為液態，并且借助一些鹽類添加劑，腐蝕破壞金屬鋁表面氧化鋁薄膜，使得鋁液與其他固相有明顯界限，從而實現有效回收。炒灰法相對簡單，但是需要人力和除塵設施，占地面積大，回收率較低；回轉窯加熱法處理效率相對較高，但是工業中由于密封較差，熔融金屬鋁易嚴重氧化，回收率受影響較大；壓榨冷卻法處理量一般，受環境影響小，回收率也比較低［9，17］。可以看出各類加鹽回收法的區別主要集中在設備和后續處理上，并且作業效率和回收率相對較低。

加鹽回收法的影響因素除了設備外，還有溫度和鹽類藥劑的種類，工業上一般認為鋁的熔點為660℃，但是在實際火法回收中一般保持700～780℃［16］，這可能會使低熔點雜質與金屬鋁一同熔入鋁液中。MAJIDI等［20］在700～760℃對鋁灰進行熔融，得出理想溫度為740℃，并且在后續試驗中指出溫度對回收的鋁的性質有較大影響。在加鹽回收法中，加入的鹽類添加劑通常起到防止高溫鋁液氧化、促進鋁液與其他相分層等作用［21］。合理使用添加劑組合（如使用AlF3-NaF-BaCl2和NaCl-KCl-KF等復鹽）可以有效提升鋁的回收率［22-23］。TENORIO等［24］的研究表明，鹽類添加劑組合在高溫氛圍下處于熔融態，會腐蝕氧化鋁形成的“捕收網”，進而釋放其中的鋁液滴；同時又能覆蓋在鋁液滴上，防止其被氧化。恒書星等［25］以碳酸鈣為添加鹽、二次鋁灰為處理對象，研究了煅燒時間和溫度對碳酸鈣性能的影響，以及溫度對二次鋁灰混合物料煅燒產物物相組成的影響，得到適宜的提鋁條件為：1 000℃、碳酸鈣與二次鋁灰配比1∶1。目前，學者的研究主要集中在加鹽回收法的流程優化及添加劑的使用方面。此外，研究也從試驗現象和結果分析，逐步深入到了動力學研究，為加鹽回收法工藝改進及鹽類添加劑制備的發展奠定了理論基礎。需要注意的是，鹽類添加劑在高溫“分解”氧化鋁膜的同時，自身性質也會有一定的變化，如釋放氯氣等有害氣體，未來需要重點關注“環境友好型”鹽類添加劑的研發。

1.1.2 無鹽回收法

由于加鹽回收法加入的鹽類添加劑性質不一，并且熔融后會與金屬鋁緊密結合在一起，需要后續處理以避免藥劑污染，故國內外開發了諸多無鹽火法回收方法。目前，國內使用的鋁灰無鹽火法回收處理的方法以國外引入的為主，如Alurec工藝、Alcan工藝、Droscar工藝、Ecocent工藝等。這些工藝方法不需要使用鹽類藥劑，污染較小，非常契合當前的工業發展要求，以下將重點介紹前3種工藝的特點［18-19，26-27］：

（1）Alurec工藝。該工藝通過耗氧燃料為旋轉爐提供持續的高溫氛圍，鋁灰中的金屬鋁會在高溫下熔融，隨后沉到底部，而大部分廢渣由于熔點較高仍然保持固態，由此分離金屬鋁和殘渣。該方法在國內大型企業得到較廣泛的應用。

（2）Alcan工藝。該工藝通過等離子體焰炬在爐體外給旋轉爐加熱，從而使得進入爐內的空氣溫度保持在700～750℃，借助爐體旋轉帶來的沖擊作用和離心作用，使鋁灰表面氧化層破碎，進而實現熔融鋁液與固態廢渣的分離。該方法加熱速度快，恒溫時溫度波動較小，可以保證鋁液中成分的穩定，在加拿大相關企業應用廣泛。

（3）Droscar工藝。該工藝通過向石墨電極供應直流電以形成直流電弧，借助電弧釋放的輻射能加熱旋轉爐。通入保護氣氬氣后保持溫度700～750℃，待鋁灰中金屬鋁充分熔化后，借助機械攪拌設備分離殘渣和鋁液。該方法在熔融金屬鋁的過程中幾乎不引入額外的氧氣，可有效防止鋁液表面氧化鋁的形成，適合處理氧化鋁含量較低的一次鋁灰，在加拿大應用廣泛。后續研究表明，該方法相對其他無鹽回收法回收率較低，僅為70%左右，并且保護氣需要額外的儲存空間，提高了鋁灰回收成本。

上述幾種無鹽火法回收方法大多利用旋轉爐回轉運動提供的離心力破開氧化鋁薄膜，實現鋁液-廢渣混合體系的初步分離，隨后借助機械設備卸料進一步分離，鋁金屬回收率均較高，可達75%以上。各方法的區別主要為加熱方式、速度及爐內氣體氛圍［19］。無鹽火法回收法幾乎不額外增加污染物，對改善企業污染排放指標具有重要意義。

加鹽回收法可以大規模、低成本地回收一次鋁灰中的金屬鋁和部分鋁化合物，具有規模和成本可控的特點，比較適合在中小制鋁企業和鋁灰處理企業應用。但是傳統的加鹽回收方法環境污染較大，回收率較低，藥劑成本高，在可見的未來會被污染小、回收率高的無鹽回收法逐步替代，并且無鹽回收法在我國大型煉鋁廠已有一定的應用［16］。不過由于無鹽回收方法存在高單位能耗、高技術要求的缺點，阻礙了其在中小企業的應用。這些問題可能會成為無鹽回收方法應用的制約因素，因此，未來還需進一步發展更加適合我國國情的無鹽火法回收方法。

1.2 鋁灰濕法回收處理

鋁灰濕法回收處理一般是指將鋁灰放入浸出液中，浸出金屬鋁及其化合物，浸出渣則作為廢棄尾料處理。由于鋁是兩性金屬，既可以與酸發生反應、也可以與堿發生反應，因此，鋁灰濕法回收常見的方法分為酸浸和堿浸［28］。如果待處理的鋁灰含硅量較高，酸浸效果往往比堿浸好很多；如果待處理的鋁灰含鐵較多，那么堿浸效果則更佳［28-29］。

1.2.1 酸 浸

酸浸即利用常見的幾類酸來處理鋁灰，再從浸出液中富集鋁。酸浸過程中，鋁及其化合物與酸發生反應，生成對應的可溶性鋁鹽。李登奇等［30］研究發現，鹽酸濃度、浸出溫度、浸出時間、液固體積質量比都會不同程度地影響鋁灰中鋁元素的浸出效果，在鹽酸濃度5 mol/L、浸出溫度75℃、浸出時間120 min、液固體積質量比20∶1（單位為L/g）的條件下，鋁浸出率可達78%；并且根據反應動力學原理，得出了鹽酸與鋁灰的反應受擴散控制的結論。YANG等［31］對鋁灰酸浸反應動力學的研究表明，在酸浸過程中，反應較為困難的主要是Al2O3、AlN等鋁化合物：前者往往會在鋁灰顆粒外部形成，而鋁灰的表面積大，在酸浸過程中需要處理大量表面的氧化鋁薄膜，不僅會造成大量酸浪費，增加成本，而且也會使得處理效率大大降低；后者在鋁灰中的反應活化能高達40.93 kJ/mol，因而反應啟動能較大、反應速率較慢，使得浸出速率降低。實驗室試驗通常采用鹽酸為浸出劑，涉及到的反應方程式有［30］

鋁灰的酸浸一般不需要維持高壓環境，并且相比于堿浸，酸液具有價格較低、不溶硅酸鹽的優勢，因此適合處理高硅鋁灰。但是由于酸液的腐蝕性較強，需要耐酸設備，并且由于酸液會溶解其中的雜質，一定程度增大了浸出液的處理難度。

1.2.2 堿 浸

堿浸主要利用氫氧化鈉提供的堿性環境和鋁的兩性，反應生成溶于浸出液的AlO2-，進而實現鋁灰中鋁的有效回收。堿浸的基本流程與酸浸相似，但是鋁與堿浸出劑反應相對復雜，在堿浸的過程中，由于浸出劑種類和用量的不同而生成AlO2-、Al2O3、A（lOH）3等多種化合物。EI-KATATNY等［32］的研究表明，反應溫度、浸出時間、浸出劑濃度、液固比等因素對浸出鋁灰的影響較為顯著，在浸出溫度180℃、浸出時間100 min、氫氧化鈉用量200 g/L、液固體積質量比5∶1（單位為L/g）的條件下，鋁浸出率大于75%，浸出效果良好。部分堿性浸出反應的方程式有［33］

堿浸回收處理法常用于處理鐵含量較高的鋁灰，得到的浸出液純度相對較高，但是堿用量較大，且堿液價格相對較高；生成的氨氣會使得生產環境較差，并且生產中設備需要加壓，危險性較高［34］。

濕法浸出可以有效回收二次鋁灰中較難回收的鋁，減少資源浪費，提高資源利用率。但是不論是酸浸還是堿浸，都需要進一步處理浸出液和浸出渣，以減少后續污染。由于其處理流程較為復雜，對設備耐酸耐堿和配套工藝的要求相對較高，適合有一定規模的二次鋁灰處理廠使用。

1.3 鋁灰無害化處理

就當前鋁灰常見的回收處理方法來看，不論是火法還是濕法，不僅處理過程會或多或少產生一些有毒有害物質，而且回收后的殘渣中還含有氟化物、氯化物等對環境危害極大的物質，難以契合綠色發展的理念［35］。

有效處理鋁灰中的有害物質，特別是二次鋁灰中包括氟化物、氯化物等在內的有害成分是鋁灰無害化處理的核心理念，也是鋁灰處理工藝契合當下綠色發展理念的關鍵。鋁灰無害化處理是指，通過化學分離的方法提取其中的有害元素，從而達到分離鋁灰中有害元素和集中處理鋁灰的目的。鮑善詞等［36］的研究表明，影響氟氯浸出效果的因素與濕法處理鋁灰的影響因素相似，單因素試驗表明，在浸出時間8 h、浸出溫度60℃、浸出液pH=4、液固質量比為6的條件下可以得到較好浸出效果，氟、氯元素的浸出率分別為87.38%、99.02%，濾渣中氟、氯元素的質量分數分別為0.122%和0.038%，達到鋁土礦中雜質元素質量分數為0.001%～0.200%的排放要求。

張永卓等［37］通過工業鋁灰中高含量的氟元素，有效降低了石灰的熔點，進而改善了鋼包渣的流動性，并且對轉爐正常冶煉工藝未造成影響，可以作為化渣劑使用；有害氟元素則被固定于CaO·CaF2·2SiO2這一無害固體中。具體反應方程式為

鋁灰無害化處理一方面采取先浸出、后蒸發的方法，在對先前浸出過程的參數進行優化后，可以有效去除二次鋁灰中的氟、氯等元素，減少二次鋁灰對環境的污染；另一方面采用有害元素固定的方法，使之轉換為固體無毒物質，減少鋁灰中有害元素流動帶來的污染擴散。由于同時經過浸出、蒸發、固體化等流程，因而不需要分別處理氟、氯等元素，大大簡化了處理氟、氯的流程，并且對浸出液進行除雜、分離、二次結晶等處理后，得到的氟化鈉、氯化鈉等經過進一步分離提純，可以再次利用，浸出渣經過處理可以成為環保建材，浸出過程產生的氨氣也可以通過吸收成為化工原料［35］。相比于鋁灰回收處理工藝，鋁灰無害化處理主要通過包括浸出在內的化學分離方法，回收或去除鋁灰中的氟、氯等有害元素，更加注重廢棄資源無害排放；而鋁灰回收處理則更加側重回收廢棄資源的有價成分。相信隨著研究的深入，二者能夠更好地結合在一起，在減少有害元素排放的同時，能夠更大程度地回收鋁灰中的鋁資源，以此推動鋁灰無害化回收的工業應用。

1.4 鋁灰資源化利用

鋁灰作為冶煉制鋁、電解制鋁等工業制鋁的廢棄產物，其成分比較復雜，常含有Mg、Fe、Ca等金屬元素。一方面，這些金屬元素的存在阻礙了鋁灰火法、濕法的高效回收，另一方面這些金屬元素與氧化鋁混合在一起具有耐高溫、高硬度等諸多性質，也為鋁灰資源化利用創造了條件。簡單來說，鋁灰資源化利用就是通過包括混合加料、高溫加壓、添加調節劑等各種加工工藝，在不直接提取鋁灰中金屬元素和非金屬元素的前提下，利用鋁灰復雜的成分帶來宏觀上性質復雜的特點，將其加工成具有某些特色（如耐高溫、高硬度等）的材料。目前來說，鋁灰資源化利用方向的研究主要集中在制備耐火材料、制備陶瓷建筑材料、制備絮凝藥劑等方面。

1.4.1 制備耐火材料

鋁灰中往往含有大量氧化鋁、氧化鎂等成分，并且結合緊密、熔點較高，是生產耐火材料的理想原料。李家鏡等［38］以鋁灰和粉煤灰為原料，通過碳熱鋁熱、復合還原氮化的方法在合成溫度1 450℃、鋁硅質量比1.5、粉煤灰占總原料的質量比80%的條件下，制備出耐高溫的Sialon材料（SiAl4O2N4），該方法在提升Sialon材料耐高溫特性的同時，還降低了其制備難度，簡化了制作工藝，拓寬了Sialon材料的應用范圍。張勇等［39］以二次鋁灰為原料，氧化鎂、氧化鈣為調配劑，在1 500℃下制備出鈣鋁黃長石/鋁鎂尖晶石復相材料，抗壓強度達到40.18 MPa，達到《粉煤灰磚》（JC 239—91）的10級強度。此外，陳海?等［40］以鋁灰為原料，通過預處理和電熔工藝，得到了制造工藝簡單、產品質量良好、耐火效果好的莫來石。當前使用鋁灰制備耐火材料的工藝正得到更廣范圍的認可和應用，可以預見，未來鋁灰在耐火材料工業的應用會越來越多。

1.4.2 制備陶瓷建筑材料

鋁灰中的氧化鋁、氧化鎂等化合物具有耐高溫、堅硬、抗壓等特性，可作為制備陶瓷建筑材料的原料之一。由于鋁灰成分復雜，既有氧化鋁、氧化鎂、氧化鈣等金屬氧化物，又有氮化鋁和鹽類等雜質，直接用于陶瓷建筑材料的制備會嚴重影響材料性能，因此用鋁灰制備陶瓷建筑材料往往需要一系列的處理工藝，目前處理工藝以混合原料、加入添加劑、預處理為主［41］。

徐曉虹等［41］以鋁灰、黏土、石英等為清水磚的原料，通過調整含鈣鎂鋰的復合添加劑用量和其元素比率，得到了磚體氣孔率30%～50%、抗壓強度大于60 MPa的清水磚。張優［42］以鋁灰、鈉長石、鉀長石、石英、滑石、高嶺土等為原料，在調整各原料和添加劑比例后，制得氣孔率88%、氣孔球形及孔徑波動小、吸水率0.8%、抗壓強度2.5 MPa、導熱系數0.09 W/（m·K）的發泡建筑陶瓷。采用該方法得到的發泡建筑陶瓷符合《建筑用發泡陶瓷保溫板》（JG/T 511—2017）要求。由于鋁灰價格相對低廉，而其他原料價格也相對較低，且制備而成陶瓷建筑材料性能較好，具有一定的市場競爭力，在陶瓷建筑材料領域得到廣泛應用。

以上研究制備的陶瓷建筑材料，鋁灰作為其中的一種原料添加，使用量不大。為大量利用鋁灰，學者們開展了以鋁灰為主要原料制備陶瓷建筑材料的研究，為減少鋁灰中雜質對陶瓷材料的影響，需要在利用前通過化學藥劑對加工過的鋁灰進行處理。段理杰［43］以鋁灰為原料，采用有機泡沫（聚氨酯泡沫）浸漬工藝，經過表面改性處理、浸涂原料等工藝流程，通過調整黏結劑、流變劑、分散劑、表面活性劑等添加劑的用量和漿料固體質量分數等，最終在用濃度20%的NaOH溶液浸泡6 h、硅溶膠濃度3%、檸檬酸鈉質量分數0.5%、流變劑CMC濃度2%，漿料固體質量分數50%的條件下，得到了性能優良的多孔陶瓷素坯。由于以鋁灰為主要原料制成的陶瓷產品往往易受鋁灰中諸多化合物的影響，產品性能不均衡、質量參差不齊，因而難以投入生產。而對鋁灰進行改性處理后，可以一定程度上降低鋁灰中化合物對鋁灰制品的影響，提高陶瓷生產的穩定性和陶瓷性能，相信未來通過更加深入的研究，可以推動以鋁灰為主要原料制陶技術的產業化應用。

鋁灰不僅可以通過添加原料、化工改性等方式使其成為合格的陶瓷原材料，還可以借助水洗等預處理方式減少鋁灰中對后續加工有不利影響的成分，從而制備新興材料。焦志偉等［44］對鋁灰水洗預處理產品的研究發現，經過水洗預處理，產品NaCl和KCl含量大大降低，在后續燒制過程中爐體腐蝕情況明顯改善，該研究結果進一步說明2種鹽類物質對爐體具有較大的腐蝕作用；隨后以預處理后的鋁灰為主要原料制備微晶玻璃，其結果表明，制備出的微晶玻璃主要晶相為鈣長石，副晶相為橄欖石，當鋁灰含量達到54.4%，還有部分尖晶石的晶相，此時形成的微晶玻璃硬度在8.0左右，密度2.8 g/cm3，具有較好的耐堿腐蝕能力，并且根據系列試驗發現，隨著鋁灰添加量的增大，微晶玻璃顯示出硬度提高、致密度上升的特點，同時出現了耐酸性下降、耐堿性增大現象。

鋁灰制備陶瓷材料是鋁灰資源化利用的重要研究方向，并且已經從研究以鋁灰為主要原料制備傳統陶瓷材料，發展到以鋁灰為原料制備高附加值新興材料，這意味著通過鋁灰制備的陶瓷材料、裝飾材料會更具有市場競爭力。

1.4.3 制備絮凝劑

水體污染處理在我國一直以來都是重大課題。在工廠和自來水廠處理排放的化工廢水和生活用水時，首先要進行沉降過濾。廢水中微細懸浮顆粒沉降與否，往往取決于沉降絮凝劑能否有效地將小顆粒聚集成團［45］。而鋁灰中含有大量鋁、硅元素，可以在水中形成帶電膠團，從而在靜電力的作用下聚集水中懸浮顆粒，因此可以考慮利用鋁灰低成本制備高效絮凝劑。杜凱峰等［46］利用鋁灰渣和廢鹽酸，采用酸溶法在反應溫度85℃、反應時間3.5 h、熟化溫度80℃、熟化時間42 h的條件下，制備出氧化鋁質量分數8.15%、鹽基度35.6%的PAC，其成本（200～300元/t）遠低于市場聚合氯化鋁價格（800～900元/t），有較為廣闊的應用市場［47］。劉曉紅等［48］以鋁灰為原料，通過試驗確定了PAFSC（聚硅酸鋁鐵）的最佳制備工藝條件，通過浸出提取等工藝，制備出無定型共聚物狀態下的PAFSC絮凝劑，在實例中效果優于PAC（聚合氯化鋁）。

鋁灰資源化利用既是鋁灰直接利用的重要方法，也是鋁灰處理技術的重要研究方向，其中耐火材料、陶瓷材料和絮凝劑等材料制備方法的發展一方面為工廠提供了一種低成本、高競爭力的產品，另一方面，推動了廢棄資源的再利用，從而為提高制鋁廠經濟效益提供了一種有效的方法。雖然制備的產品特性各異，但是均具有污染少、獲取易和成本低的特點。鋁灰資源化過程中添加的藥劑對環境影響較小，在我國產鋁量居高不下的背景下，以鋁灰為主要原材料或原材料之一對降本增效有重大幫助；加之全國各地都有一定數量的鋁廠分布，因此鋁灰資源化利用的前景廣闊。

2 環境評價

近10余年，我國鋁產量快速增長，從2008年的1 358.5萬t增長到2019年的3 579.5萬t，年均增產10%以上，預計2020年較2019年至少增產5%［6］。由于鋁灰產量與鋁產量是正相關關系。因此，我國不僅是產鋁大國，也是鋁灰生產大國。

我國龐大的鋁工業體系產生大量、復雜的鋁灰，其中常含有Cd、Cr和F、Cl等有害元素，由于其中大部分有害物質具有高度反應活性和一定的毒腐蝕性，因此對環境的危害十分嚴重。根據我國2020修訂的《國家危險廢棄物名錄》，鋁火法冶煉相關危險廢物的等級從原先T（毒性）改為R，T（反應性，毒性），并且重新明確了二次鋁灰渣具有反應性的危險特性［49］。這無疑更加明確說明了鋁灰對環境危害性在于其中有害元素的反應活性和化合物毒性，對鋁灰堆積產生的環境影響進行符合標準的評價已經迫在眉睫。我國目前實行的環境評價可概括為3個原則、立體范圍、兩道流程。3個原則分別是早期介入、過程互動，統籌銜接、分類指導和客觀評價、結論科學；立體范圍則是指按照時間維度和空間尺度全面地界定評價范圍、選擇評價區域；兩道流程包括工作流程和技術流程。

就鋁灰堆積造成的污染而言，環境評價的最終目標是改善鋁灰堆積帶來的負面影響，并對已污染地區進行有效的污染防治；主要評價方法為從時間維度和空間維度，評價一定時間段、一定空間范圍內，水、土壤等要素質量現狀和演變趨勢，明確主要和特征污染因子含量，也即鋁灰中以氟、氯為代表的有毒有害元素和鎘為代表的重金屬元素含量，并分析其對水、土壤等要素的影響，明確需要解決的主要環境問題；還應對鋁灰的環境影響進行預測評價。這些需要環境評價人員從《土壤環境（試行）評價標準》（HJ 964—2018）和《地下水環境評價標準》（HJ 610—2016）出發，結合趨勢分析、負荷分析、數值模擬、風險概率統計等方法對水環境、土壤環境、生態環境、人群健康風險等方面進行預測、評價、分析，并且結合當前區域環境承載力，評估剩余污染物允許排放量，最終給出包含生態環境演變趨勢、環境要素承載能力和減緩鋁灰堆積對環境影響的生態保護方案等在內的評價結論。

目前的研究表明，鋁灰堆積會帶來3個主要危害：污染地下水、污染大氣和污染土壤［50］。朱小凡等［51］采用電極法測量鋁灰中的可溶性氟離子，在pH值5～6、溫度25℃下，對水浸鋁灰和不同溫度焙燒后的鋁灰離子強度進行了測量，發現不經過焙燒的100 g鋁灰在1 L水中可溶性氟離子含量為446 mg/L，可見鋁灰中的有害元素含量嚴重超標。而為了給予鋁灰對環境影響的合理評價標準和尋找可行的處理辦法，李瑞仙等［52］根據環境評價標準，對電解鋁廠鋁灰堆場及其周圍附近土壤進行立體抽樣調查，其結果借助土壤環境影響指標，結果表明電解鋁廠附近灰渣重金屬含量較低，但是在所有樣品中，一半以上的樣品CN-含量超標；而測定F-含量時，所有樣品全部超標，最高超標138倍。其進一步研究調查發現，該堆場地勢較高、年降雨量小，并且地下水位較低，鋁灰只對地表土壤造成嚴重污染，尚未對地下水造成明顯污染，因此對污染區域提出了更換灰渣處理技術、禁止鋁灰隨意堆放、隔離鋁灰堆場與土壤接觸等有實際意義的處理措施。

楊成等［53］則以貴州凱里某電解鋁廠周邊為研究對象，通過樣品采集—分析測定—因素分析的工作和技術流程，發現鋁廠廢渣、廢液的排放使其周邊作物氟含量高低不等，且均超過國家標準（1.0～1.5 mg/kg），樣品污染指數平均為34.05，地區污染屬于嚴重污染，并且地區污染程度與鋁廠距離有關，距離越近污染越嚴重。李玉梅等［54］通過對包頭某鋁廠周邊不同距離、不同深度的土壤檢測，對比先前時間土壤的數據，利用污染因子溯源方法，結合地累計指數、人健康風險評估法、暴露評估計算和毒性評估等評價辦法，對檢測土壤進行了立體范圍、兩道流程的系統性評定，結果表明，檢測的6種重金屬（Zn、Pb、Cd、Cu、Ni、Cr）均不同程度超標，其中Cd存在致癌風險，Ni的致癌風險指數已經超過預警值。該研究充分表明，鋁廠冶煉和電解制鋁的同時，產生的鋁灰和廢液排放會對土壤造成不同程度的污染，亟需各個鋁廠進行技術上的突破，以緩解鋁灰和廢液對環境的壓力。

我國生態環境部發布的土壤環境2019年報告［55］指出，我國農業用地土壤總體穩定，污染物主要是以鎘為代表的重金屬元素。從環境的角度來看，鋁灰是制鋁廠產生的量大、危害性高、危險性大的廢棄物；從學者們的報告中也可以看出，鋁灰中對環境造成危害的主要為流動性較高的F-、CN-、Cl-以及Cr等元素，僅是堆積就會對土壤產生很多難以逆轉的損害。而二次鋁灰的廢液中CN-超標，不僅會給人們的健康帶來很大的隱患，未達標準的排放甚至有可能污染地表和地下水源。張濤等［56］在中性條件下對幾種強氧化劑（（Ca（ClO）2、H2O2、ClO2）分別進行條件試驗，發現在ClO2濃度為0.25%、反應時間為30 min和常溫條件下可以將CN-氧化成低毒或無毒物質，可有效降低土壤中氰化物含量至土地環境質量評價標準B級限值以內，同時不會生成新的污染物；并且考慮到二氧化氯消毒劑價格較低，在經過進一步研究探明該氧化劑與土壤中其他還原性物質的反應機理后，便可以作為低成本處理土壤中CN-的重要方法。但是就目前來看，最好的解決方法還是更新工廠鋁灰處理技術，加快鋁灰無害化、資源化等處理的研究，從源頭上治理污染，如此才能有效應對由鋁灰填埋、堆積造成的生態威脅和廢液排放造成的土壤污染。

3 鋁灰管理政策

鋁灰作為進入我國《國家危險廢棄物名錄》的固體廢棄物，具有產量大、危害高、危險性大的特點，因此，必須依照國家相關規定對鋁灰進行合理處理與科學管理才能有效降低鋁灰對環境的威脅。

3.1 國家法律法規

20世紀末，我國對于工業固體廢棄物處理便有針對性的法律法規。1995年頒布、2005年和2013年分別修訂的《中華人民共和國固體廢物污染環境防治法》（下簡稱《固體法》）是當下地方部門和企業管理處理工業固體廢棄物的基礎法律。作為處理固體廢棄物的專門性法律，《固體法》確立了固體處理中“減量化、資源化和無害化”的原則，并且對于包括鋁灰在內的工業固體廢棄物的貯存、運輸、再利用、處置等過程的管理提出了基本的法律要求，并確立了危險廢物管理名錄等諸多行之有效的管理制度，鋁廠處理鋁灰等固體廢棄物方案為類似有毒有害固廢管理提供了法律依據［57］。

3.2 政府標準政策

在有了相應的法律的基礎上，我國有關部門隨即提出了關于危險廢物管理的行政法規和部門規章十余項、危險廢物管理相關環境標準20余項，其中以“GB”或“GB/T”開頭的標準就有14項，可見相關部門對于我國固體廢棄物管理的重視程度［58］。

在上述30余項政策和環境標準中，現行的鋁及鋁合金廢料（GB/T 13586—2006）標準、《危險廢物污染防治技術政策》（環法［2001］199號）等多個規定性文件對包括鋁灰在內的工業固體廢棄物從產生到收集、運輸、處理等各個細節過程都進行了明確的規定［57，59］。此外，在國務院頒布的《國務院關于做好建設節約型社會近期重點工作的通知》（國發［2005］21號）中指出要以冶金、化工等領域的廢渣為資源綜合利用的重點，加強資源二次回收、二次提取、二次利用的能力，推動工業資源綜合化利用，工業廢物無害化處理。

相關部門通過相應的規定，規范了企業處理工業固體廢棄物的思路、標準和方法，為各大公司提供了諸多行之有效的處理辦法和管理要求，也為企業關于固體廢棄物政策的制定指明了方向。

3.3 企業管理政策

國家層面制定的法律、政府部門制定的法規為各煉鋁企業制定處理鋁灰等固體廢棄物管理辦法奠定了基礎。經過多年的發展，對于以鋁灰為主要固體廢棄物的鋁廠，法律法規相對完善，因此，當下大多數企業制定了兼具國家標準、地方法規和自身特色的管理政策。

中國鋁業貴州分公司實施了“強化環境管理，實行可持續發展戰略”，改造了部分高污染和處理污染的設備，優化了現有工藝流程，完善了處理廢水廢棄物的方法，完成了廢氣設施的建造，并且在2001年完成了污水排放量小于104m3/a的標準，有效地減少了該鋁廠鋁灰和廢液隨自然循環導致污染范圍擴大的現象［60］。熊興聯［61］依據2004年頒布的《建設項目環境風險評價技術導則》（HJ/T 169—2004）等指導性的準則，通過分析電解鋁廠環境問題，認為電解鋁廠的環境風險在于廢液、廢渣的處理排放，并且從選址風險防范、污染物監控防范、火災防范等方面指出，電解鋁廠在考慮減排污染物、監控污染物排放和污染物分散的同時，還應注意選廠需遠離生活區和衛生防護區。此外作者還指出應當采用消防水系統，從降低可燃氣體泄漏風險出發，加大火災防護設施的建設。最后結合管理政策指出鋁灰堆積的渣場應當完善評價指標，準確選取計算危險物數質量的條件，合理界定污染物排放的監管部門職責，對后續企業政策的建立具有重要的意義。

當下來看，制鋁企業和公司的管理政策主要集中在減少污染排放方面，以滿足國標、法規和法律的規定。但實際上，隨著近年鋁灰資源化利用研究的深入，冶金行業的發展朝著“減量化、資源化和無害化”的趨勢越來越明顯，各大公司和企業更應該看到的是鋁灰非“棄品”，更非“廢品”，加大資源化利用、無害化處理等技術的學習和應用，使鋁灰從過去“處理難”轉變成未來的資源材料。

4 結語與展望

按照我國當前鋁業的發展趨勢，我國鋁年產量還會不斷上升，也就意味著每年鋁灰產量將在較長時期保持較高水平。一方面，鋁灰中鉻、氟、氯等有毒有害元素給我國環境保護帶來了諸多挑戰，另一方面鋁灰中依舊有大量的金屬鋁、氧化鋁等可回收資源，因此需要采用合理的鋁灰處理方法，以減少資源浪費，提高資源綜合利用能力。

目前，我國對鋁灰的處理方法主要是回收處理、資源化利用。鋁灰回收處理主要包括火法回收和濕法回收，火法回收通常用于處理一次鋁灰，分為加鹽回收、無鹽回收。相比于加鹽火法回收，無鹽火法回收產生的污染較小，工作效率和回收率較高，更符合我國當前綠色發展理念，未來應當重點研究。鋁灰的濕法處理與火法處理不同，一方面處理對象主要為二次鋁灰，另一方面回收的資源為鋁的化合物，而不是局限于金屬鋁。濕法回收的處理對象是過去不可回收的“廢渣”，可以有效提高資源的利用率；但是由于濕法回收對設備耐酸、耐堿等性能有一定的要求，濕法回收還需要進一步深入研究。鋁灰資源化利用則是近年來新提出的概念，由于其可以直接利用廢棄鋁灰，因而推動了鋁灰資源綜合利用的發展，并且在保證材料和藥劑性能的同時降低了合成材料的成本，應當著重研究、發展。

我國在鋁灰處理方法進步的同時，鋁灰環境風險評價也在不斷發展，從僅用一兩種元素做周邊土壤分析到使用特定指標對鋁灰堆場周邊做綜合性環境評價，但是在指標覆蓋范圍上仍需繼續發展。不斷更新迭代的環境評價方法給國家制定法律、地方修改法規、企業制定政策提供了一個“風向標”，在國家、地方、企業相關法律、法規、政策的更新換代中起到了重要作用。諸多企業的發展政策也從“發展才是硬道理”到當下的“強化環境管理，實行可持續發展戰略”［57］，這也從側面說明，各大企業未來應當更加注重政策精細化和時效性，從自身基本狀況出發，合理制定“既能促發展，又能減污染”的管理政策。

在新的時代背景下，“排放權就是發展權”的觀念下，要求重構科研、生產、環保等概念，處理不好科研方向和環境的關系，就會影響科研成果的企業化應用，發展也就會受到限制。因此，制鋁廠應當結合自身特點，選擇合適的鋁灰處理方法，以企業環境風險評估為方向，依據自身情況制定兼顧發展和環境保護的管理政策和發展策略；廣大研究鋁灰回收的科研人員也應當更加注重鋁灰降污染、無害化、資源化等的研究，加大研究與實際生產的結合，如此才能走出科研、生產、環保相結合的綠色發展之路。