铝灰综合利用技术的探讨

陈振坤

（福建省环境保护设计院有限公司，福建 福州 350002）

1 引言

作为世界第一铝制品生产大国，我国的铝工业每年产生的铝灰量近350万吨[1]。《国家危险废物名录（2021年版）》将电解铝、铝加工及再生铝行业产生的铝灰列为危险废物（HW48），要求按照危险废物的相关要求处置铝灰，而现阶段铝灰处置方式主要有填埋和水泥窑协同处置，由于其处置能力有限，且处置成本较高，达到1 000元/吨以上，导致铝灰跨省非法倾倒案件时有发生。由于铝灰中含有许多可以利用的物质，对铝灰进行资源化利用，不仅具有良好的经济效益，也有较好的环境效益[1]。

2 铝灰简介

2.1 铝灰来源及成分

铝灰产生于电解铝、铝加工和再生铝行业中所有铝发生熔融的工序，根据铝灰在回收利用过程中的使用次数和金属铝含量，可将铝灰分为一次铝灰和二次铝灰[2]，其主要成分见表1。一次铝灰含有大量的金属铝，具有较高的回收利用价值，回收利用较普遍；二次铝灰金属铝含量一般在5%以下，由于其资源化利用难度较大，多数企业采取填埋进行处理。

表1 铝灰的主要成分（%）

2.2 铝灰危险特性

我国颁布的《国家危险废物名录（2021年版）》将铝灰列为危险废物，并将其危险特性分为反应性和毒性两类，其反应性来自铝灰中的金属铝、氮化铝和碳化铝，这些物质遇水分别产生氢气、氨气和甲烷等有毒有害气体；毒性主要来自生产过程中的氟化物和重金属残留物[2]。

2.3 对环境的危害

铝灰主要对大气、地下水和土壤环境的造成污染。铝灰中的金属铝、氮化铝、碳化铝与空气中的水发生反应生成氨气、氢气、甲烷等有毒有害气体并污染环境；铝灰中的氟化物及重金属（砷、铅、铬、镉等）会对土壤及地下水造成污染；铝灰中的氯化物会导致土壤盐碱化。

3 铝灰的综合利用

目前对于铝灰的综合利用主要是提取铝灰中的金属铝，对剩余的二次铝灰再进行无害化处置，并回收其中的氧化铝，用于制备净水剂、脱氧剂、耐火材料、建筑材料等，具体如图1所示。

图1 铝灰综合利用技术路线

3.1 回收一次铝灰的金属铝

对于金属铝的回收，国内已经有比较成熟的工艺技术并投入工业化生产，主要有炒灰法、回转炉法、压榨法、电选法及球磨筛分法等。各种方法的比较见表2。

表2 一次铝灰回收金属铝方法比较

3.2 二次铝灰的无害化处置

铝灰经过一次或多次回收金属铝后，铝含量已经很低，主要含有氧化铝、氮化铝、铁硅镁氧化物、氯化物、氟化物等。铝灰无害化处置主要是去除铝灰中的有害成分，主要是脱氮、固氟、除盐，使生产的产品符合相应的国家或行业产品质量标准[3]。目前，国内企业对于二次铝灰的无害化处置可分为湿法及火法。

3.2.1 湿法

铝灰湿法回收处理一般是指将铝灰放入浸出液中，浸出的金属铝及其化合物、浸出渣则作为固废进行处理，其工艺流程如图2所示。

图2 典型铝灰湿法处置工艺流程

3.2.2 火法

将铝灰与石灰石按一定比例混合，经球磨筛分后，均匀地送入回转窑煅烧（煅烧温度在1 100 ℃～1 300 ℃），再经冷却、后加工，生产出铝酸钙成品，从而实现废铝灰的资源综合利用，铝灰火法处置工艺流程如图3所示。

图3 典型铝灰火法处置工艺流程

上述两种二次铝灰无害化处置工艺的比较见表3。

从表3可以看出，虽然火法较湿法可实现铝灰100%综合利用，同时具有运行管理要求不高、环境风险较小等优点，但其也存在投资大、废气治理成本高、产品附加值低等问题。

表3 二次铝灰无害化处置工艺比较

3.3 铝灰资源化利用

二次铝灰经无害化处理后，可作为再生资源进行综合利用，相关产品主要包括硫酸铝、脱氧剂、耐火材料、净水剂、建筑材料、陶瓷原料等，详见图4。近年来，对于用铝灰生产石油催化剂、分子筛、冰晶石、氟化铝等高附加值产品已取得重大进展，并已成功进行了工业化尝试，展示了铝灰资源化利用的广阔前景[4]。

图4 铝灰资源化利用方向

4 结语及建议

铝灰可分为一次铝灰和二次铝灰，均属于危险废物，含有大量的铝及其化合物，具有很大的回收利用价值。当前，我国对铝灰的综合利用主要集中在金属铝的回收，对于二次铝灰无害化处置仍存在回收利用率低、所产生的二次污染治理成本高、产品附加值低等缺点，因此，开发低成本、污染小及高附加值的综合利用技术将是破解铝灰处置难题的关键，也将创造良好的经济和环境效益。

危险废物资源化利用的前提条件是要有国家、地方政府制定或行业通行的被替代原料生产的产品质量标准，因此铝灰的资源化利用需完善相应的产品质量标准，同时建议省级生态环境部门要加快制定危险废物“点对点”定向利用方案，促进铝灰的资源化利用。