铝型材加工企业产生的铝灰渣及铝污泥的无害化及资源化处理

吴小龙，李丹丹，李功梅，黄 聪

(1 湖北省固体废物与化学品污染防治中心，湖北 武汉 430070；2 襄阳市危险固体废物管理中心，湖北 襄阳 441100；3 武汉权鼎环保科技有限公司，湖北 武汉 430070；4 中南安全环境技术研究院股份有限公司，湖北 武汉 430071)

中国铝工业自改革开放以来得到了飞速的发展，目前已成为世界铝工业大国，同时正在向铝业强国前进。与此同时，铝型材加工企业产生的固体废物无害化及资源化处理，已逐渐成为行业难题。寻找经济有效的方法加以利用和处理铝灰渣、集尘铝灰、铝污泥，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，还将对实现经济、社会的可持续发展产生重要的影响。湖北台铝环保科技有限公司通过采用先进装置技术和方法，将废弃的铝灰渣、铝污泥、集尘铝灰经熔融、高温氧化制成铝合金锭和耐火材料原料α型氧化铝。生产过程高度自动化，生产过程中污染物排放量小。使废旧资源变废为宝，减少了固体废弃物的产生量，是绿色环保新型产业，为治理环境污染、净化生存环境开辟了一条绿色通道。

本文以湖北台铝环保科技有限公司的铝灰渣及铝污泥的相关处理进行阐述讨论，结合工艺分析其现存问题，并提出相应的解决措施。

1 铝灰渣、铝污泥的危害及特点

铝灰渣产生于铝冶炼、重熔、铸造过程中，其中的铝含量约占铝生产使用过程中总损失量的1%～12%，主要成分是金属铝和铝的氧化物，以及含氟化物、氮化铝等有害物质，铝灰渣属于危险废物，大量铝灰堆积在铝厂周边，不仅造成资源的浪费，而且其中的有害成分会对周边水体、土壤、大气环境造成危害[1]。铝灰渣颗粒物细小，会增加大气中颗粒物含量。其中还含有一定量的氮化物，与水反应作用后会生成大量NH3气体、H2气体和CH4气体等可燃气体，存在引起火灾的风险[2]。铝型材加工企业生产过程中有铝型材表面废水产生，对这类废水进行处理会产生含铝污泥，铝污泥属于一般固废，铝污泥主要是作为废弃物进行填埋，这一过程往往消耗很大一部分能量，处理不当会造成填埋场地的环境污染和土地资源的浪费，形成二次污染[3]。

2 国内外研究现状

根据含铝离子提取工艺，将铝灰渣中回收氧化铝的技术分为水解法、酸浸法、碱浸法、碱性熔炼法以及无线电等离子法等[2]。Shi Y等[4]从高铝粉煤灰硫酸浸出液中电解提取氧化铝，实现更好的煤炭综合利用，带来环境和经济效益。Asencios Y J O等[5]以铝灰渣为原料采用碱浸法制备了具有巨大比表面积的γ-Al2O3。周扬民等[6]以氧氧化钠为熔剂，用碱性熔炼法制备出砂状氧化铝，并有效去除了有害物质，且铝灰浸出效率高达94%。

综合国内外的文献，铝污泥中含有的金属元素主要有铝、铁、钙、钾和锰等，而非金属元素主要为硅[7]。目前对铝污泥吸附污染物的研究较多，比如对水中磷、重金属离子以及油脂等污染物的去除，Zhou等[8]通过吸附实验对比研究了铝污泥和赤泥对硒酸盐和亚硒酸盐的处理效率，结果表明，铝污泥对硒类盐的处理性能明显优于赤泥。铝污泥还可用作人工湿地污水处理系统填料，Zhao等[9]研发了铝污泥型人工湿地污水处理系统，结果表明铝污泥型人工湿地系统对N、P 以及有机物均有较好的去除效果除此之外，还可将铝污泥填埋在土壤中，会对土壤有一定的修复作用；或在生产建材时加入一定量的铝污泥。

3 企业铝灰渣及铝污泥的无害化及资源化处理

本文所涉及的工艺主要通过单因素条件试验详细考察蓄热式双室炉熔化温度和时间、羧甲基纤维素钠分散剂及氧化剂用量、旋转窑高温氧化温度和时间等因素对铝灰渣循环再利用过程的影响，建立了铝灰渣循环再利用工艺技术原型。经过市场调研，综合考虑，通过采用先进装置技术和方法，将废弃的铝灰渣、铝污泥、集尘铝灰经熔融、高温氧化制成铝合金锭和耐火材料原料α型氧化铝，对铝灰渣和铝污泥等进行无害化和资源化处理，以达到循环再利用的目的效果。同时，该生产过程高度自动化，采用南京道勤公司的专利技术，生产过程中污染物排放量小，使废旧资源变废为宝，减少了固体废弃物的产生量，是绿色环保新型产业，为治理环境污染、净化生存环境开辟了一条绿色通道。

3.1 工艺流程及原理

该企业工艺的主要原理是针对金属铝的延展性、液态时的流动性，通过“球磨+筛分+熔化+铸锭”的工艺技术，提取铝灰中的金属铝。铝灰渣的破碎分离主要通过机械研磨后，铝颗粒受力延展开留在筛上，杂质与氧化铝被研磨成很细的颗粒被筛下或被风机抽走后分离收集，筛上收集的铝颗粒送入双室炉熔化，利用铝液的流动性回收金属铝。筛下的氧化铝粉末和集尘铝灰一起添加专利配方通过高温氧化生产耐火材料原料α型氧化铝，铝污泥由企业自行烘干后入厂，单独在旋转窑内添加专利配方通过高温氧化生产耐火材料原料α型氧化铝，均作为耐火材料原料外售。主要的生产工艺流程见图1及图2。

图1 铝灰渣、集尘铝灰处理工艺流程及产污环节图Fig.1 Aluminium ash slag， dust collection aluminum ash treatment process and pollution production link diagram

图2 项目铝污泥处理工艺流程及产污环节图Fig.2 Project aluminum sludge treatment process and pollution production link diagram

3.2 铝灰渣及铝污泥的无害化及资源化处理

对于铝灰渣及集尘铝灰等的处理，该企业采用传统的“球磨+筛分+熔化工艺”以提取铝灰中的金属铝。后续耐火材料原料α型氧化铝的生产为专利技术，专利申请号为ZL201922401247.5，主要是通过控制旋转窑高温氧化温度，添加专利配方粉状CMC(分散剂)和氧化剂(成分保密)来生产耐火材料原料α型氧化铝，氧化剂主要作用为降低铝粉熔点、增助氮化铝、微细单质铝转化为氧化铝。

当铝污泥处理量较少时，单独进旋转窑进行高温氧化，铝灰渣、集尘铝灰可同步处理，一起进旋转窑进行高温氧化。铝灰渣、集尘铝灰属于危险废物，主要危险特性为反应性，主要成分是单质铝、氧化铝和氮化铝等，少量硅、镁、钛等，所含重金属极少，在该资源化利用工艺中双室炉熔化铝单质属于常规工艺，通过对铝灰渣进行研磨、筛分可提高进入双室炉的单质铝含量，从而保证铝锭的质量。细铝灰渣、集尘铝灰在旋转窑进行高温氧化，前端先采用风选去除了杂质，铝污泥直接进入旋转窑内进行高温氧化，在旋转窑内通过添加羧甲基纤维素钠和公司保密氧化剂可降低铝粉熔点、增助氮化铝、微细单质铝转化为氧化铝，极大提高铝及铝的化合物转化为氧化铝，再进行晶相转变，提高铝灰渣/集尘铝灰/铝污泥的资源化利用效率，提高α型氧化铝产量。进厂合格的铝灰渣/集尘铝灰/铝污泥均需要在厂区内进行进一步检测，需详细记录每个吨袋原料的铝含量及杂质含量，根据铝含量进行合理搭配入炉。本项目资源化利用铝污泥生产耐火材料原料α型氧化铝的设计纯度为75%，资源化利用铝灰渣/集尘铝灰生产耐火材料原料α型氧化铝的设计纯度为80%，α型氧化铝的纯度可稳定达到82.3%，达到了无害化及资源化循环利用的成效。

4 现存问题及解决措施

4.1 现存问题

就目前的工艺及运行情况而言，在废水排放、粉尘废气、固体废物及环境监管等方面有待改进，其中以粉尘废气、固体废物及环境监管为主。该工艺运行过程中主要的废水排放有循环冷却水排污水及碱液喷淋废水，其中碱液喷淋废水的主要污染物包括SS、硫酸钠、亚硫酸钠、氯化钠。废水主要污染物产生浓度COD 100 mg/L、SS 160 mg/L，采用中和+絮凝沉淀池处理后外排，能实现达标排放。

4.1.1 粉尘废气

工艺中的来料铝灰渣先进行球磨破碎，另冷灰机出料也需进行球磨破碎。球磨及球磨之后的初筛分以及破碎、细筛分均在密闭系统中进行，无废气产生，而预处理后的大粒径、中粒径铝灰渣在投入双室炉过程会产生进料粉尘。在球磨进料、双室炉进料、微筛分出料、旋转窑进窑及氧化铝产品装袋粉尘等过程中均为产生粉尘废气，在一定程度上会对环境造成危害。

4.1.2 固体废物

工艺过程中产生的固体废物主要有工艺杂质固废、地面吸尘、除尘器收灰、铝灰渣/集尘铝灰废包装袋、铝污泥废包装袋、羧甲基纤维素钠+氧化剂废包装材料、机修废油、废活性炭纤维。

4.1.3 环境监管

铝型材加工企业均会产生铝灰渣等危险废物，危险废物未得到规范化管理，将会带来一系列的环境隐患问题。所以必须加强环境监管，在各方面进行完善，逐步实现综合利用能力的形成及提高，进而才能满足综合利用需求，实现绿色可持续发展。

4.2 解决措施

4.2.1 粉尘废气的处理

结合工艺情况，对于双室炉、保温炉、旋转窑产生的高温烟气及冷灰处理机进料废气采用急冷塔+SCR+滤筒除尘+活性炭纤维吸附+碱液喷淋装置处理后25 m高P1排气筒排放；常温的进料、出料(含中间品、工艺杂质固废、产品)过程产生的常温颗粒物废气经集气罩收集后布袋除尘器处理后通过20 m高P2排气筒排放。将粉尘废气达标处理后排放以减少其对环境的危害，同时对于可循环利用的部分进行收集并回用，以达到废气循环利用的效果。

4.2.2 固体废物的处理

工艺过程中，将铝灰渣、集尘铝灰中有用成分单质铝、氧化铝充分提出后，会产生含其他物质(钙、铁、钛、铜等)的工艺杂质固废，应及时在环保部门监管下将该工艺杂质送有资质的检测单位严格按照《危险废物鉴别技术规范》(HJ298-2019)和《危险废物鉴别标准 通则》(GB5085.7-2019)鉴定其属性，若为危险废物，则按规定送有资质的危废单位处置；若为一般工业固废，进行综合利用。

对于地面吸尘及除尘器收灰等均可全部回用于生产；对于铝污泥废包装袋铝污泥包装袋，重复使用，少量破损，破损后外售给物质回收部门；对于铝灰渣/集尘铝灰废包装袋、羧甲基纤维素钠+氧化剂废包装材料、机修废油及废活性炭纤维，均暂存于危废暂存间内，委托有资质单位收集处理。

4.2.3 环境监管措施

(1)当好宣传员，强化培训指导，提高企业环保意识。

各级生态环境部门采用线上线下培训、上门指导、发放环保手册等多形式组织铝灰产生单位学习新《固废法》和新《名录》，指导企业学习掌握新要求，推动履行污染防治主体责任。现场指导相关企业落实危险废物标识、台账等管理制度，手把手指导在省危险废物监管物联网系统申报固体废物信息。

(2)当好监督员，严格监管执法，及时发现解决问题。

省生态环境厅将铝灰环境管理情况纳入危险废物专项整治2021年度重点工作内容，结合《固废法》执法检查，大力开展危险废物规范化管理排查整治工作。针对发现的部分企业铝灰申报不及时、贮存管理不规范的问题，省生态环境厅2次下达督办函，督促市州生态环境部门强化监管服务，严肃查处环境违法行为。

(3)当好服务员，注重疏堵结合，强化综合利用能力。

一方面，高效办理铝灰跨省移出手续，解决当务之急；另一方面，积极推动铝灰综合利用项目尽早落地，解决根本性问题。进一步优化营商环境，2次提前上门对接，4次现场指导铝灰综合利用项目建设，多次指导企业申办危险废物经营许可证，及时协调解决存在的难点问题。

5 结 语

本文通过采用“球磨+筛分+熔化+铸锭”的工艺技术，将废弃的铝灰渣、铝污泥、集尘铝灰经熔融、高温氧化制成铝合金锭和耐火材料原料α型氧化铝，对铝灰渣和铝污泥等进行无害化和资源化处理，以达到循环再利用的目的效果。同时对在工艺过程中所产生的粉尘废气污染、固体废物污染及环境监管有待加强进行了分析，并提出了相应的解决措施。

(1)建议相关企业在未来的运行过程中，对比国内外最先进企业管理要求及标准，从源头控制和末端治理进一步提升企业的污染防控水平，进一步降低粉尘废气等主要污染物排放量；

(2)建设单位应重视提高经营管理人员、技术人员和操作人员素质，加强培训以保证环保设备正常运行；

(3)严格落实和执行各项环境风险防范措施及应急措施，以降低事故风险带来的环境影响及经济损失。