铝灰渣资源化，助力铝工业生态现代化

郑秀亮

铝灰渣是铝材加工行业产生的典型固体废物，具有反应性和浸出毒性，因而被列入危险废物管理名录。

“二次铝灰渣利用价值低，列入危废管理名录之前，企业对于铝灰渣的处理方式通常是倾倒或者填埋。”广东省科学院资源利用与稀土开发研究所教授级高级工程师曹洪杨提到，铝灰渣目前虽然已经全部被作为危险废物进行管理，但是铝灰渣的无害化再利用在铝行业鲜有重大课题研究。加上目前全国各地铝灰渣种类繁多、化学成分差异巨大，铝企业往往又缺乏技术和装备，导致大量铝灰渣被当作普通垃圾处理或被囤积在库房中。

“铝灰渣中所含有的氮化铝具有较高的反应活性，遇水或与潮湿的空气接触，极易发生水解反应生成氢氧化铝和有毒有害的氨气，由此造成对空气的污染。”广东省环境科学研究院高级工程师王中慧介绍说，铝熔炼过程还需加入精炼剂，其中含有铬、铜、镁、铁氟，特别是含有氟化物，这些物质残留在铝灰渣中极易导致浸出毒性超标，造成土壤和水体环境污染。

目前，随着铝灰渣被纳入危险废物管理名录管理，各地对铝灰渣的监管不断收紧，相关科研单位及处理处置企业开始聚焦铝灰渣处理问题，针对其特性积极探索相关处理处置方式，努力实现铝灰渣的减量化、无害化、资源化处理。

一次铝灰渣减量化处理

铝灰渣按照处理程度的不同可分为一次铝灰渣和二次铝灰渣。一次铝灰渣为铝发生融熔的工序后直接排出的灰渣，其特征为金属铝的含量较多。二次铝灰渣为一次铝灰渣经回收金属铝后的灰渣，相对一次铝灰渣其中的金属铝含量显著降低，其他物质的含量明显增加。

“处理一次铝灰渣的主要目的是回收有价金属铝。”曹洪杨表示，从经济角度考虑，回收铝灰渣中的铝是效益最高的选择，除非能生产出高品质的纳米氧化铝，否则回收其它产品是无法达到盈利的。

对金属铝进行回收，实际上也实现了减量化目的。据王中慧介绍，目前很多企业回收一次铝灰渣中金属铝的方法为炒灰回收法，工艺过程是铝灰渣和熔剂混合后投放到一个倾斜的铁锅中进行回收提取。由于铝灰渣自身具有较高的热量，人工用铁锹进行翻炒，在翻炒搅拌的过程中，镁等物质持续氧化放出热量，产生的热量使金属铝处于熔融态，在重力的作用下，熔融铝水从底部流出加以回收，金属铝的回收率比较高。

该方法操作过程简易方便，但很多企业属于敞开式作业，作业过程中会有大量的粉尘和盐雾产生，会对环境和操作工人身体健康造成危害。笔者在走访企业时发现，部分企业也开始使用机械化炒灰模式，即对铝灰渣处理工艺及设备进行研发，推出一套较为成熟的铝灰渣处理系统，经过铝灰渣分离机处理后的铝灰渣以及没有经过分离的冷铝灰渣可以再经过破碎、过筛和熔化等工序。直至铸造为成品铝锭，从而将铝灰渣处理得相当干净。王中慧提到，目前也有不少企业采用球磨机的方式对一次铝灰渣进行球磨，然后提取回收其中的金属铝。

据专家介绍，回收了金属铝后铝灰渣可解决危险特性，再除去氮化铝后，铝灰渣便可消除潜在危险，当成一般固廢处理后，可用作水泥制品及陶瓷原料（成分与陶瓷泥接近），甚至可以当成铝土矿回收利用。

二次铝灰渣无害化处置

二次铝灰渣由于金属含量较低，利用价值不高，通常采用无害化处理，目前主要是通过协同处置进行处理，用于制作建筑材料或者水泥。

制备建筑材料的方法是以铝灰渣为主要原料，并加入石英、黏土等可降低烧成温度的添加剂进行生产。获得的清水砖气孔率和耐压强度良好，是传统黏土烧结砖的理想替代品。也可以将铝灰渣、铝污泥和氧化铝为原料制备铝酸钙水泥，制备出的铝酸钙水泥的各项性能指标均可达到国际水泥行业标准。

专家也提醒，铝灰渣中含有一定量的氯盐、重金属和氟化物等，会影响产品强度、耐腐蚀性等性能，尤其氮化铝的水解对大气环境产生恶劣影响，依然需要进行预处理后才能使用。

曹洪杨还提到，二次铝灰渣的处理也可以通过酸浸、碱浸、洗涤等方式，去除其中的氮化物、氟化物、盐分等杂质后得到无害化的铝灰渣再进行安全填埋。从资源化利用角度来看，脱除有毒有害物质后，二次铝灰渣经过高温或冷加工还能制成不同的产品，如钢爪保护环、棕刚玉磨料、精炼剂和净水剂等，或是返回电解槽作为电解铝原料。

“无害化处理要关注二次污染问题，要对处理过程中可能产生的氨气进行有效控制和回收，如果是用酸浸和碱浸等方式处理的，还要对废水进行处理。”曹洪杨强调说。

对此，王中慧也表示，铝灰渣处置必须要注意不能产生次生污染，不超标排放。“处理后的残余固废要做危废鉴别，确定不是危废之后才可以当作一般固废来处置。”

资源化利用是较好选择

“铝灰渣资源化利用是铝工业生态现代化的重要课题。”曹洪杨表示，铝灰渣含有大量非冶金级氧化铝，是宝贵的资源，通过严格分类区别，完全可以根据其自身属性，选择合适的工艺技术实现铝灰渣无害化直接利用，更可以实现高值化利用，释放潜在的巨大生态环境效益和经济价值。

据介绍，2019年云南文山铝业有限公司建成的铝灰渣资源化利用生产线，是与中南大学合作，结合冶金、化工、环保等多学科的科技示范项目，采用“一段溶出+二段烧结”创新工艺流程，每年可实现无害化、资源化处理铝灰渣3万吨，增产氧化铝2万吨，消除氧化铝系统有机物1000吨，副产品氢气近300万标准立方米。标志着行业铝灰渣处置进入一个无害化资源化循环利用阶段。

2020年，浙江美臣新材料科技有限公司通过与上海大学钱光人固废研究团队合作，形成具有企业自主知识产权的铝灰渣预处理、多级分类资源利用、废水废气废物污染控制与零排放关键技术完整的技术链。这项先进适用技术主要是通过高效的脱氨固氟的关键技术突破，消除了铝灰渣的反应性，并生产出矿粉掺合料、水泥砖等产品，实现了铝灰渣的资源化循环利用。

在佛山，目前广东省科学院资源利用与稀土开发研究所正在尝试利用城市生活垃圾焚烧产生的飞灰与铝灰渣进行协同处理，在实现以废治废的同时，提升飞灰及铝灰渣的资源利用率。

曹洪杨介绍，单独处置垃圾焚烧飞灰，可以直接分离氯盐、重金属，同时生产硫酸钙晶须产品。若有铝资源，脱毒脱色的飞灰滤渣可生产附加值更高的铝磷酸盐聚合物产品。铝磷酸盐聚合物产品具有高强度、高韧性、低固化温度，具有良好的加工性能，可作成陶瓷制品、挤压型材等。

从技术创新角度来看，该项目针对所处理的垃圾焚烧飞灰、铝型材铝灰渣、铬镍铝泥和酸碱废液特点，采用了新的氧化剂和络合剂，特定的沉淀微粒聚集结构转型除杂，去除废物水溶性盐和重金属元素、氧化二噁英和水溶性有机物，铝盐缩聚、鳌回包覆、蒸汽固化稳定残留的有害成分。

该项目采用烟气余热和废水联合资源化回收，使沉淀废水循环回用，从工艺上解决高盐氨氮废水排放问题。根据流程所产生废物的特点，可以副产氯化钠、硫酸钠和硫酸铵，并对络合剂循环回用，环保控制能力强，有力地配合政府绿色制造工业园区建设，适应了区域企业发展和环境保护的要求。创新脱毒铁铝滤渣资源化回收产品形态，生产附加值和市场需求量更大的铝磷酸盐粘接剂、纤维状颜填料和柔性陶瓷材料，克服了铁铝滤渣产生净水剂附加值低和产生废渣的缺陷。而且项目所使用的原材料主要来源于废品，成本优势明显。