一、鋁灰來源及成分
鋁灰產(chǎn)生于電解鋁、鋁加工和再生鋁行業(yè)中所有鋁發(fā)生熔煉的工序,一方面含有大量的金屬鋁及鋁的化合物,具有較高的工業(yè)回收和再利用價值。目前國內(nèi)的鋁灰處理方式主要分為鋁灰回收、無害化處理和資源化再生利用。根據(jù)鋁灰在回收利用過程中的使用次數(shù)和金屬鋁含量,可將鋁灰分為一次鋁灰和二次鋁灰,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(shù)企業(yè)采取填埋進(jìn)行處理。
表1鋁灰成分
二、鋁灰危險特性
按最新《2021年危險廢物名錄》鋁灰分為:
①危廢代碼:321-026-48,是有色金屬采選和冶煉廢物鋁灰是再生鋁和鋁材加工過程中,廢鋁及鋁錠重熔、精煉、合金化、鑄造熔體表面產(chǎn)生的鋁灰渣,及其回收鋁過程產(chǎn)生的鹽渣和二次鋁灰,R。
?、谖U代碼:321-034-48,鋁灰熱回收鋁過程煙氣處理集(除)塵裝置收集的粉塵,鋁冶煉和再生過程煙氣(包括:再生鋁熔煉煙氣、鋁液熔體凈化、除雜、合金化、鑄造煙氣)處理集(除)塵裝置收集的粉塵,T,R。
③危廢代碼:321-024-48,電解鋁鋁液轉(zhuǎn)移、精煉、合金化、鑄造過程熔體表面產(chǎn)生的鋁灰渣,以及回收鋁過程產(chǎn)生的鹽渣和二次鋁灰,R,T。
?、芪U代碼:321-023-48,電解鋁生產(chǎn)過程電解槽陰極內(nèi)襯維修、更換產(chǎn)生的廢渣(大修渣),T。
⑤危廢代碼:321-025-48,電解鋁生產(chǎn)過程產(chǎn)生的炭渣,T。
鋁灰并將其危險特性分為反應(yīng)性和毒性兩類,其反應(yīng)性來自鋁灰中的金屬鋁、氮化鋁和碳化鋁,這些物質(zhì)遇水分別產(chǎn)生氫氣、氨氣和甲烷等有毒有害氣體;毒性主要來自生產(chǎn)過程中的氟化物和重金屬殘留物。鋁灰主要對大氣、地下水和土壤環(huán)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(fā)生反應(yīng)生成氨氣、氫氣、甲烷等有毒有害氣體并污染環(huán)境;鋁灰里大量的氟元素會對地下水造成嚴(yán)重污染,人畜飲用后會對身體造成嚴(yán)重影響,氟和人體骨骼的主要成分鈣反應(yīng),破壞骨骼的含鈣量,造成缺鈣,骨骼松軟,牙齒脫落等。鋁灰對環(huán)境還會造成粉塵、氨氣等污染,鋁灰遇水呈堿性,會破壞土壤酸堿度;鋁灰中的氯化物會導(dǎo)致土壤鹽堿化。
三、以下是常見二次鋁灰無害化處理技術(shù)的對比及利潤優(yōu)勢:
濕法處理
?酸浸法:除鹽效果好,能有效去除氟、氯等有害元素,反應(yīng)無需加熱,速度較快,可得到氧化鋁等產(chǎn)品用于凈水劑等生產(chǎn)。但會產(chǎn)生較多氫氣,安全性較難把控,且氮化鋁去除效率不高,可能產(chǎn)生大量廢水需處理.
?堿浸法:可減少單質(zhì)鋁溶出,無害化效果好,還可減少氫氣產(chǎn)生,后續(xù)可回收鋁資源。不過過濾性能較差,成本相對較高.
?鋁灰脫氨-固氮-綠色循環(huán)利用技術(shù):可實現(xiàn)鋁灰中可溶氨的轉(zhuǎn)化與利用,產(chǎn)生硫酸銨副產(chǎn)品,濾泥可制磚。
?多段連續(xù)強(qiáng)化水解浸出+高值定向轉(zhuǎn)化技術(shù):能深度解離鋁灰中活性組分和浸出鹽組分,得到多種高價值產(chǎn)品,如氨水產(chǎn)品、鋁用精煉劑、高鋁料等,實現(xiàn)全量化資源利用。按年處理6萬噸生產(chǎn)線估算,處理成本400-500元/噸,利潤約500-1000元/噸.
火法處理
?回轉(zhuǎn)窯高溫熔煉技術(shù):流程簡單,操作控制較容易,可產(chǎn)出鋁酸鈉等產(chǎn)品作為水泥廠、鋼廠添加劑等。但高溫能耗高,鹽類粘結(jié)和氟化物腐蝕問題影響穩(wěn)定生產(chǎn),氣體凈化成本高.
?燃燒爐焚燒技術(shù):可有效去除有害物質(zhì),處理后的鋁灰可再利用,成品經(jīng)濟(jì)價值高。但會產(chǎn)生粉塵、氮氧化物等污染物,面臨除鹽問題,對原料和反應(yīng)條件要求高.
?火法處置鋁灰工藝:工藝成熟,設(shè)備簡單,生產(chǎn)成本低,投資省,占地面積小,無二次污染,產(chǎn)品方案多樣化,但能耗指標(biāo)要求高,對能耗準(zhǔn)入要求高的區(qū)域不利.
固化處理
將二次鋁灰與水泥、石膏等固化劑混合,使有害物質(zhì)被包裹在固化體內(nèi)部。其操作簡單,成本相對較低,可用于一些難以通過其他方法有效處理的二次鋁灰。不過固化后的產(chǎn)物若處理不當(dāng),存在長期穩(wěn)定性問題,且利潤空間相對較小,主要是通過降低處理成本來體現(xiàn)一定的經(jīng)濟(jì)效益。
四、以下幾種二次鋁灰無害化處理技術(shù)在節(jié)能方面各有特點(diǎn):
濕法處理
?酸浸法:反應(yīng)無需加熱,能在常溫下進(jìn)行,可節(jié)省大量的熱能,但其會產(chǎn)生較多氫氣,存在一定安全隱患.
?堿浸法:雖可減少氫氣產(chǎn)生,但通常需在一定溫度條件下進(jìn)行反應(yīng),相對酸浸法能耗稍高,不過其無害化效果好,能有效減少單質(zhì)鋁溶出以便進(jìn)一步回收.
?多段連續(xù)強(qiáng)化水解浸出+高值定向轉(zhuǎn)化技術(shù):通過精準(zhǔn)調(diào)控反應(yīng)溫度和時間等工藝條件,實現(xiàn)活性組分和可溶鹽組分高效分離,過程中產(chǎn)生的可燃?xì)饪勺鳛槎稳剂鲜褂茫欢ǔ潭壬咸岣吡四茉蠢寐?
火法處理
?回轉(zhuǎn)窯高溫熔煉技術(shù):需在高溫下進(jìn)行,能耗較高,但如果采用先進(jìn)的節(jié)能型回轉(zhuǎn)窯設(shè)備,如選用調(diào)心滾動軸承支承裝置、托輪軸承由大瓦改為滾動軸承等方式,可減少摩擦,節(jié)省電耗.
?燃燒爐焚燒技術(shù):同樣需要高溫,會消耗較多能源,并且對原料和反應(yīng)條件要求高,否則難以達(dá)到理想的無害化效果和能源利用效率.
?二次鋁灰旋轉(zhuǎn)爐:煅燒過程中不需要外加熱源,可大大降低生產(chǎn)成本,有效去除二次鋁灰中氮化鋁、氨氣等.
固化處理
固化處理是將二次鋁灰與固化劑混合,操作簡單,主要能耗在于攪拌等設(shè)備的運(yùn)行,能耗相對較低,但該方法只是將有害物質(zhì)包裹,并非真正意義上的無害化處理,且長期穩(wěn)定性存在問題,利潤空間較小。
五、以下是幾種常見的二次鋁灰煅燒技術(shù):
回轉(zhuǎn)窯煅燒技術(shù)
?原理:通過回轉(zhuǎn)窯的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,使二次鋁灰在窯內(nèi)均勻受熱,實現(xiàn)煅燒。窯內(nèi)溫度一般在700℃-1600℃之間,在高溫下,鋁灰中的氮化鋁、碳化鋁等有害物質(zhì)分解,同時使鋁灰中的氧化鋁等成分得到進(jìn)一步的穩(wěn)定和提純.
?優(yōu)勢:處理量大,效率高,適合大規(guī)模處理二次鋁灰;產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,煅燒后的氧化鋁含量高,可作為優(yōu)質(zhì)的耐火材料、陶瓷材料等的原材料;通過合理設(shè)計窯體結(jié)構(gòu)和選用節(jié)能型設(shè)備,可有效降低熱能損失,提高能源利用率,如采用調(diào)心滾動軸承支承裝置等減少摩擦,節(jié)省電耗.
隧道窯煅燒技術(shù)
?原理:二次鋁灰放置在窯車上,緩慢通過隧道窯的預(yù)熱、煅燒、冷卻等區(qū)域,在不同溫度段進(jìn)行逐步煅燒。燃料在燃燒室內(nèi)燃燒,產(chǎn)生的熱量通過窯壁、熱氣等方式傳遞給鋁灰,使其達(dá)到煅燒的目的。
?優(yōu)勢:溫度控制精準(zhǔn),能夠根據(jù)不同的煅燒階段和要求,精確調(diào)節(jié)各區(qū)域的溫度,有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定性;生產(chǎn)過程相對連續(xù),自動化程度較高,可實現(xiàn)大規(guī)模、穩(wěn)定的生產(chǎn);采用高效的燃燒系統(tǒng)和余熱回收裝置,能充分利用燃燒產(chǎn)生的熱量,降低能耗。