电解铝工业危废处置技术现状与发展趋势

高 宇

(中铝环保节能集团有限公司，北京市 102209)

我国是世界最大原铝生产国，根据国家统计局数据，2017年国内的原铝产量为33 290 kt，按吨铝产生15 kg电解槽大修渣计，全国每年将产生约500 kt的电解槽大修渣[1]。铝电解槽的大修渣主要包括碳材料（包括阴极和侧部碳块）、防渗料、耐火砖、冷捣糊、保温砖、绝热板等。

按《国家危险废物名录》的分类，铝电解槽大修渣属于危险固体废弃物，受到严格的环境管控，直接排放会对环境造成严重危害，主要表现在：1）对动植物生长有极大的危害，使动物骨骼、植物组织变黑、坏死；2）影响农业生态平衡，使农作物减产；3）所含可溶氟化物和氰化物随雨水混入江河、渗入地下污染土壤和水体；4）在潮湿的条件下，释放出有害的气体，污染大气。将其作为危险废物填埋处置，每吨的处置费用是3 000元，每吨还要上缴1 000元的环保税，处置法费用高，且危废填埋场一旦出现问题对环境尤其是土壤和地下水的危害巨大。本文拟对电解铝工业危废处置技术现状、面临问题作简要分析，以期为未来发展趋势的判断提供参考。

1 国内外技术发展现状

近年来，国内外对铝电解大修渣的处理处置技术研究较多。国外以Alcan-LCLL法、Ausmelt法、Comalco法、Pechiney裂化法以及Klken电冶金法等为典型代表；国内对铝电解大修渣的关注起步较晚，形成了回转窑焙烧、铝土矿烧结、浮选处理、石灰水浸泡等无害化处置方法，但尚缺乏资源化与高值化利用的研究[2]。

当前，国外对于铝电解大修渣处理有代表性的技术主要集中在美国。美国铝业公司通过用奥斯麦特炉处理废槽衬的方法，形成了废槽衬的高温无害化处理技术，实现了有毒氰化物的高温分解，并将挥发性氟化物转化为氟化铝返回铝电解槽使用，熔炼产生的废渣对环境无害，可填埋处理。该工艺在Potland的铝电解厂实现了工业应用并拥有发明专利[3]。美国雷诺公司研发的一种将废槽衬无害化的闭路循环工艺，将废槽衬与石灰石、抗结块剂混合，在回转窑中加热处理，分解氰化物并可降低废槽衬中可溶氟含量，形成了废槽衬的无废利用技术。该工艺已成功处理了废槽衬30多万吨，处理后的成分如氟石、炭和氟化物，可以被水泥、钢铁等行业利用。目前，以上两种技术均实现了电解槽大修渣的无害化处理，美铝公司技术尚有废渣需填埋处置，雷诺公司技术处理后的废渣可资源化应用。两种技术均采用高温反应，存在能耗大和烟气治理问题。

在国内主要的铝电解大修渣的处理处置技术有：1）北京矿冶研究总院开发的铝电解废旧阴极无害化技术研发及产业化应用技术，采用浮选—酸浸工艺分离回收炭质材料、电解质及碳化硅粉，炭粉可返回阴极生产系统，电解质可直接返回电解槽使用，SiC-Si3N4可用于制备超细耐磨材料。2）郑州经纬科技实业有限公司申请了 《一种铝冶炼氟—碳危险固体废弃物综合处理利用方法》（ZL 201310246063.0）的专利。李劼、田忠良、肖劲等申请了《一种从铝电解槽废旧的阴极炭块中回收炭和电解质的方法》的专利（ZL 201610362843.5）。李旺兴、陈喜平、赵淋申请了 《一种以镁还原渣为添加剂处理铝电解槽废槽衬的方法》的专利（ZL 200710119608.6）。 3）中国铝业郑州有色金属研究有限公司开发的废阴极和废耐火保温材料分类、分时段无害化处置工艺，形成铝电解大修渣无害化处置成套工艺技术，处置后的无害化渣中，可溶氟化物平均含量3.93 mg/L，可溶氰化物平均含量0.105 mg/L，pH值平均7.2，完全达到I类固废一级标准。目前还有电解槽废阴极生产石墨碎的资源化利用技术尚在研发中[4]。

2 我国电解铝危废处置技术发展瓶颈

2.1 政策层面

按照我国现行的《危险废物鉴别标准通则》的危险废物处置后判定规则的规定，危险废物处理后的废物仍属于危险废物。电解铝危废2016年才被列入国家危废名录，当前国内对于电解铝危废的资源化综合利用方面还有不足，这也导致电解铝危废仅进行无害化处置而没有实现彻底资源化的尾渣依然是危废，极大地影响了各产废企业处置危废的积极性和意愿，导致危废多以堆存或者填埋为主。

2.2 湿法资源化产品附加值较低

目前，国内的电解铝危废大修渣废阴极和废槽衬以堆存和无害化湿法处置技术为主，湿法处置工艺在无害化处理之后的资源化存在不足，或者资源化的终端产品附加值较低。大修渣无害化尾渣以氟化钙为主，其中氟资源未得到有效挖掘和利用；废阴极中高度石墨化的碳成分成为普通碳粉，也未得到挖掘和利用[5]。

2.3 火法资源化技术发展缓慢

如前文所述，火法处置电解铝危废在国外有成熟的应用业绩，但是火法处置电解铝大修渣技术在我国因电解铝行业竞争激烈、火法处置工艺运营成本较高等缘故，导致没有得到大面积的推广和应用。据统计，目前国内电解铝危废处置尚无火法的工业化应用案例，仅中国铝业郑州有色金属研究有限公司于2008年进行过3 kt/a规模的工业化试验。然而该次试验结果是在工艺可行的情况下，因运营成本缺乏显著优势，该技术最终没有得到推广。

2.4 水泥窑协同技术未广泛推广

在国外水泥窑协同处置电解铝危废有较多应用，而我国则因为危废管理制度对水泥窑协同处置没有豁免条例，极大地约束了水泥窑接受电解铝危废的可能性。同时，由于水泥生产原料成本较低，水泥生产企业缺乏回收电解铝危废的积极性，导致我国水泥窑协同处置回收电解铝危废的案例很少。

3 电解铝危废处置技术发展方向

3.1 铝电解废槽衬的利用技术

目前，中铝环保节能集团有限公司围绕铝电解大修渣废槽衬水泥窑协同处置技术在中铝集团内部展开了工业化试验性研究。按当前掌握的研究情况,水泥窑协同处置废槽衬具有以下特点：1）该方案引入国外技术，有成熟的推广和应用案例；2）经实地踏勘和抽样检测，我国电解铝企业产生的电解槽大修渣满足水泥窑协同处置的原料要求，且普通水泥窑在经过一定技改后均可接受电解铝危废（需取得危废经营许可资质）；3）水泥窑协同处置能力达到较大，完全满足我国电解铝企业长期生产过程电解铝大修渣危废处置的需求；4）实现无害化的同时也实现了彻底资源化，无尾渣排放，解决了电解铝企业面临的大修渣危废处置难题，环保效益和社会效益非常显著；5）该技术综合成本较国内当前的湿法无害化处置技术有显著优势，处置成本预计下降20%以上，经济效益十分显著。

3.2 铝电解废阴极的利用技术

废阴极高度石墨化（平均石墨化程度超过50%），其主要成分是 C、Na3AlF6、NaF、CaF2， 经过破碎筛分后，采用超高温电弧炉提纯，可得到高附加值的石墨碎，尾气经过烟气处理系统可实现达标排放。处理后石墨化程度可达到98.8%以上，经济效益十分显著。

3.3 铝电解铝灰的利用技术

结合欧洲再生铝行业铝灰资源化综合利用技术，可采用“热铝灰快速封渣+回转炉高效提铝”技术。该技术因快速封渣隔离空气，同时回转炉中加入盐分，可有效降低铝灰中金属铝在空气中的氧化率，提高金属铝的回收率（约10%～15%），极大地降低了末次铝灰的渣量，经济效益显著。

4 结语

电解铝行业大修产生的危险废弃物的处置一直是行业面临的共同难题。本文通过对国内的技术研究和工业化应用情况进行梳理和分析，结合我国当前的铝工业发展情况，提出了危废处置解决方案和技术发展方向。