铝灰和丰铝原料制备高活性Al(OH)3 可行性研究

李艳粉 姚 燕 张 蓓

（焦作大学，河南 焦作454003）

铝灰是工业废渣之一，铝灰有电解铝灰和熔炼铝灰两种。 电解铝灰是铝厂电解Al2O3生产单质Al 过程中产生的，在铝冶炼、成型过程中会产生多种副产品。 作为铝工业主要的副产品，铝灰产生于所有铝发生熔融的工序，其中的铝含量约占铝生产使用过程中总损失量的1~12%。熔炼铝灰是铝熔炼时产生的一些不纯混合金属结渣,但是还有一定的铝, 可通过分离精炼出部分单质Al。 近几年我国铝生产能力及产量大幅增加，产量已经占世界原铝产量的1/4 以上。 铝冶炼过程中会产生1~3%的铝灰，因此，我国每年产生大量的铝灰。 以往，人们把铝渣看做废渣而堆弃，此举不仅造成铝资源浪费还会带来环境问题。 因此，寻找经济有效的方法加以利用和治理铝渣，不仅将提高铝行业的经济效益，在实现资源的有效循环利用的同时，还将对经济、社会的可持续发展产生重要影响。

1.技术背景

铝渣中含有一定数量的明铝（铝单质），许多厂家就把铝渣拉去提炼明铝，而剩下的铝灰则不能有效处理。 由于铝灰中含有较高的Al2O3，有人利用铝灰生产铝酸钙粉，结果证明在煅烧时会出现环保设施堵塞的情况，在生产聚合铝时又会出现压滤机过滤不下的情况。 有人用铝灰直接加酸生产聚合氯化铝， 同样会造成压滤机堵塞等问题。 因此，铝灰被大量废弃，至今尚无有效的利用途径，不仅造成了资源浪费，还造成了许多环境问题。 用铝灰等工业废渣碱法生产活性氢氧化铝等化工产品的工艺，活性氢氧化铝主要用于生产白色聚合氯化铝产品，以解决现有工艺生产中铝土矿单一生产聚合氯化铝，并且所产聚合氯化铝白度差、品质低、主要成分利用率低、大量酸渣排放破坏环境等问题。 不仅充分利用了铝灰等废渣中的Al2O3，生产优质的氢氧化铝产品，同时生产中产生的“三废”又能被很好地利用，成为铝灰等废渣利用的最佳途径。

2.合成原理与创新

2.1 原料成分

原料化学成分见表1

注：本测试是由焦作市佰利联化工有限公司测定。

2.2 合成原理

碱法提取活性Al(OH)3产品工艺流程如图1所示。 将铝灰或富铝废渣粉磨到120～200 目后，与适量碱水和少量添加剂在搅拌机中混合均匀，形成半干料，再经100～600℃烘干，在700～1200℃煅烧20～120min 活化处理后，再把煅烧熟料制成120 目以上的细粉， 与适量的水一起加入溶解池中，在10～100℃的温度条件下，溶解20～60min，溶解出NaAlO2溶液和少量固体物质， 经过滤分离，除去固体残渣，得到NaAlO2溶液。 固体残渣中含有NaAlO2、CaSiO3等，是良好的速凝产品，可作为水泥厂、 生产砖和砌块等行业的原料。NaAlO2溶液中通入煅烧产生的CO2作为酸性氧化物，与碱性的NaAlO2中和反应，调节到pH 值在3.0～10.5 范围，使Al(OH)3析出，经压滤、洗涤等工序，生产出活性Al(OH)3产品。 压滤出来的碱水经浓缩设备分离， 分离后的浓缩碱水回到搅拌机处作为碱水原料重新使用，最大程度加以利用。分离出的纯净水则可用于洗涤Al(OH)3和溶解池用水。 反应方程式如下：

4Al+2NaOH+Na2CO3+6H2O=4NaAlO2+CO2+H2O+5H22NaAlO2+CO2+3H2O=2Al(OH)3+Na2CO3

2.3 工艺创新点

该工艺的特征在于： 本工艺采用的强碱是氢氧化钠、碳酸钠或氢氧化钾中的一种或多种，其目的是利用强碱在高温条件下溶解铝土矿或高岭土中的Al2O3生成水溶性的NaAlO2。加入碱的量视原料中Al2O3的含量而定，一般情况下，铝灰等富铝废渣与强碱和水的质量混合比为1：0.5～1.0。 工艺生产的主要特点如下。

（1）废渣中的Al2O3活化充分，如条件控制得当，基本可达到85～95%。

（2）对原料的适应性强，可针对不同废渣中Al2O3的含量灵活调整配方。

（3）煅烧温度要求较低。 如烧制铝酸钙粉的物料煅烧温度在1300℃以上，而新工艺的煅烧温度只要在700～1200℃范围即可，从而大幅度地减少了能量消耗。

（4）由于是湿法生产，所以粉尘的排放量较少，环境状况较好。

（5）熟料易煅烧，煅烧时间较短，从而大幅度地提高了窑炉的产量。

（6）煅烧出来的熟料呈松散的颗粒状态，甚至不需要粉磨就可作为原料， 可节省熟料磨机，大大降低粉磨成本。

（7） 溶解池中搅拌的时间可缩短至60min内，并且可以不使用热源，大大降低了生产成本。

（8）生产的Al2O3色泽洁白，纯度较高，可直接出售也可继续生产高品质白色聚合铝、阻燃剂等，产品附加值较高。

（9）生产过程中产生的水可以循环利用，节约大量的水资源； 生产中的CO2可作为生产原料，重新合成出碱，循环使用；生产中产生的碱渣是很好的速凝材料，可生产水泥，还可生产保温砌块和砖瓦等。

该生产工艺的积极效果是采用大量堆放而无法有效利用的工业废渣，通过独创的湿法加碱煅烧活化工艺， 改善原料的活性， 大幅度提高Al2O3的溶出率。 废渣中的Fe2O3在煅烧的还原性气氛中会生成亚铁产物，减少对碱的消耗，其余在强碱中生成一种非常稳定的羟基合铁配合物，能从沉淀中分离出来，保证Al(OH)3产品及合成聚合氯化铝的白度，极大地缩短了聚合铝的生产周期，改变了传统白色聚合铝的生产方式，降低了生产成本，提高了产品的售价。 本发明生产中产生的“三废”可做到完全或大部分循环再利用，改变了现有工艺的环境污染状况，并且该工艺流程简单，在采用较少投资的情况下，能极大提高经济和环境效益。

3.主要的经济效益分析

由于国家加大了环保的力度，大多数生产聚合铝的厂家无法生产，其原因是国家开始严禁采用轻烧料（一种含35%左右Al2O3的活化铝矸粉）作为聚合铝的生产原料，这种轻烧料生产过程中会产生大量的酸渣，对环境危害极大。 国家要求采用Al(OH)3粉作为替代品，实现产品的升级换代和环境友好。 现在的Al(OH)3粉大多为结晶型的，活性较差，售价在2300 元/吨左右，用它生产不仅产量大幅减少并且生产成本大幅增加，如果采用活性Al(OH)3粉，虽然产量可以但售价昂贵（3200 元/吨以上）。

本技术在该领域可大有作为。 用本技术生产的高活性Al(OH)3粉不仅活性更高，反应更快，并且成本低廉，具有广阔的市场前景。 新工艺技术和现有工艺生产聚铝成本、收益比较见表2。

该工艺技术的主要成本费用在碱的费用，按加碱量20%计，其增加成本在300 元左右，其他费用要比现有生产的成本要低，总的生产成本应基本相当。 但考虑到新工艺技术的产品纯度高、色度洁白、售价高、产品多样性等因素，新工艺技术具有较好的发展空间。 如果再考虑采用一些化工生产企业的废碱、废碱液或含铝较高同时含碱的废铝渣，就可以进一步降低生产成本，更好地提升产品的利润空间。

注： ①白色聚铝按2700 元/吨计， 黄色聚铝按2000元/吨计；②聚铝中的Al2O3 含量均按28～30%计；③以上成本均按回转窑的生产与合成聚铝分离计，如利用回转窑余热烘干，生产成本会降低100 元/吨以上；④以上收益没有计算碱渣的销售收益， 也没有按加入废碱、 废碱液或使用含铝较高同时含碱的废铝渣后降低的成本计算。

从以上情况可以看出，利用本技术以铝灰等原料生产Al(OH)3粉，如果全部技术得以实施，生产成本有望控制在620 元吨左右， 实现收益约1000 多元，如果生产白色聚合铝，则收益在4000元以上。当然，本技术生产的高活性Al(OH)3粉还有其他高附加值的产品，待技术成熟后会有更多收益。

4.结论

环境污染和资源短缺问题越来越被广泛重视，铝灰的有效处置是铝工业中不容忽视的重要课题，全部采用Al(OH)3粉和液态铝酸钠作为生产聚合铝原料的情况必定会到来。 聚合铝作为净水剂，本来市场需求量就很大，如果加上造纸厂用、作为灭火剂等用，其市场需求还要大得多，经市场调查也证实了这点。 经市场经济效益分析，该技术也具有广阔的市场前景，同时也会带来巨大的环境效益，是一项颠覆现有聚合铝生产的成果。