鋁灰綜合利用技術的探討

陳振坤

（福建省環境保護設計院有限公司，福建 福州 350002）

1 引言

作為世界第一鋁制品生產大國，我國的鋁工業每年產生的鋁灰量近350萬噸[1]?！秶椅ｋU廢物名錄（2021年版）》將電解鋁、鋁加工及再生鋁行業產生的鋁灰列為危險廢物（HW48），要求按照危險廢物的相關要求處置鋁灰，而現階段鋁灰處置方式主要有填埋和水泥窯協同處置，由于其處置能力有限，且處置成本較高，達到1 000元/噸以上，導致鋁灰跨省非法傾倒案件時有發生。由于鋁灰中含有許多可以利用的物質，對鋁灰進行資源化利用，不僅具有良好的經濟效益，也有較好的環境效益[1]。

2 鋁灰簡介

2.1 鋁灰來源及成分

鋁灰產生于電解鋁、鋁加工和再生鋁行業中所有鋁發生熔融的工序，根據鋁灰在回收利用過程中的使用次數和金屬鋁含量，可將鋁灰分為一次鋁灰和二次鋁灰[2]，其主要成分見表1。一次鋁灰含有大量的金屬鋁，具有較高的回收利用價值，回收利用較普遍；二次鋁灰金屬鋁含量一般在5%以下，由于其資源化利用難度較大，多數企業采取填埋進行處理。

表1 鋁灰的主要成分（%）

2.2 鋁灰危險特性

我國頒布的《國家危險廢物名錄（2021年版）》將鋁灰列為危險廢物，并將其危險特性分為反應性和毒性兩類，其反應性來自鋁灰中的金屬鋁、氮化鋁和碳化鋁，這些物質遇水分別產生氫氣、氨氣和甲烷等有毒有害氣體；毒性主要來自生產過程中的氟化物和重金屬殘留物[2]。

2.3 對環境的危害

鋁灰主要對大氣、地下水和土壤環境的造成污染。鋁灰中的金屬鋁、氮化鋁、碳化鋁與空氣中的水發生反應生成氨氣、氫氣、甲烷等有毒有害氣體并污染環境；鋁灰中的氟化物及重金屬（砷、鉛、鉻、鎘等）會對土壤及地下水造成污染；鋁灰中的氯化物會導致土壤鹽堿化。

3 鋁灰的綜合利用

目前對于鋁灰的綜合利用主要是提取鋁灰中的金屬鋁，對剩余的二次鋁灰再進行無害化處置，并回收其中的氧化鋁，用于制備凈水劑、脫氧劑、耐火材料、建筑材料等，具體如圖1所示。

圖1 鋁灰綜合利用技術路線

3.1 回收一次鋁灰的金屬鋁

對于金屬鋁的回收，國內已經有比較成熟的工藝技術并投入工業化生產，主要有炒灰法、回轉爐法、壓榨法、電選法及球磨篩分法等。各種方法的比較見表2。

表2 一次鋁灰回收金屬鋁方法比較

3.2 二次鋁灰的無害化處置

鋁灰經過一次或多次回收金屬鋁后，鋁含量已經很低，主要含有氧化鋁、氮化鋁、鐵硅鎂氧化物、氯化物、氟化物等。鋁灰無害化處置主要是去除鋁灰中的有害成分，主要是脫氮、固氟、除鹽，使生產的產品符合相應的國家或行業產品質量標準[3]。目前，國內企業對于二次鋁灰的無害化處置可分為濕法及火法。

3.2.1 濕法

鋁灰濕法回收處理一般是指將鋁灰放入浸出液中，浸出的金屬鋁及其化合物、浸出渣則作為固廢進行處理，其工藝流程如圖2所示。

圖2 典型鋁灰濕法處置工藝流程

3.2.2 火法

將鋁灰與石灰石按一定比例混合，經球磨篩分后，均勻地送入回轉窯煅燒（煅燒溫度在1 100 ℃～1 300 ℃），再經冷卻、后加工，生產出鋁酸鈣成品，從而實現廢鋁灰的資源綜合利用，鋁灰火法處置工藝流程如圖3所示。

圖3 典型鋁灰火法處置工藝流程

上述兩種二次鋁灰無害化處置工藝的比較見表3。

從表3可以看出，雖然火法較濕法可實現鋁灰100%綜合利用，同時具有運行管理要求不高、環境風險較小等優點，但其也存在投資大、廢氣治理成本高、產品附加值低等問題。

表3 二次鋁灰無害化處置工藝比較

3.3 鋁灰資源化利用

二次鋁灰經無害化處理后，可作為再生資源進行綜合利用，相關產品主要包括硫酸鋁、脫氧劑、耐火材料、凈水劑、建筑材料、陶瓷原料等，詳見圖4。近年來，對于用鋁灰生產石油催化劑、分子篩、冰晶石、氟化鋁等高附加值產品已取得重大進展，并已成功進行了工業化嘗試，展示了鋁灰資源化利用的廣闊前景[4]。

圖4 鋁灰資源化利用方向

4 結語及建議

鋁灰可分為一次鋁灰和二次鋁灰，均屬于危險廢物，含有大量的鋁及其化合物，具有很大的回收利用價值。當前，我國對鋁灰的綜合利用主要集中在金屬鋁的回收，對于二次鋁灰無害化處置仍存在回收利用率低、所產生的二次污染治理成本高、產品附加值低等缺點，因此，開發低成本、污染小及高附加值的綜合利用技術將是破解鋁灰處置難題的關鍵，也將創造良好的經濟和環境效益。

危險廢物資源化利用的前提條件是要有國家、地方政府制定或行業通行的被替代原料生產的產品質量標準，因此鋁灰的資源化利用需完善相應的產品質量標準，同時建議省級生態環境部門要加快制定危險廢物“點對點”定向利用方案，促進鋁灰的資源化利用。