铝灰铝渣综合循环再利用分析

张 宁，蒋世杰，刘雅萍，刘恩齐，沈家伟，沈国山

（青海中冠嘉颉环保科技有限公司，青海 西宁 810000）

引言

在国民经济发展中，铝作为重要的基础原材料，因而炼铝厂产生的废物也相应增加。为此寻求科学、合理地处理有害废物的方法即成了当今炼铝工业的共同问题。以电解铝10%～20%比例的铝灰渣产生计算，2017年我国产生的铝灰渣约359～718万t，以中值50%估算，约540万t，以1 t铝灰渣处理费用2 700元计算，2017年铝灰渣处理市场规模约为150亿元。2017年，政府实施了“清理违规违法电解铝行动方案”“2+26冬季采暖错峰生产”等政策，且根据2018年上半年电解铝产量1 791.2万t预测，预计2018年我国电解铝产量与2017年持平，2018年铝灰渣处理市场规模约为150亿元。

铝熔炼再生过程产生的副产物主要为铝灰渣，铝渣包括浮渣（Dross）和铝灰。在铝加工制造业之熔炼制程（包含熔化铝制程、回收铝液制程或冷却制程等）所产生的废气中，含有悬浮微粒之空气污染物，这些污染物可藉由袋滤式集尘器之空气污染防制设备加以收集，其所收集之集尘灰，通常称为白灰（White dust）或集尘灰（以下简称铝集尘灰）。集尘灰的产量约为原废铝再生冶炼量的1 wt%，主要成份为氧化铝（Al2O3）和氧化镁（MgO）及碳。另外，熔炼制程中亦产生浮渣，浮渣大部份漂浮于熔融铝汤上面，主要由金属铝和铝的氧化物及氮化物所组成，其产生量视原料而定，约为原废铝熔炼量的15 wt%。铝灰渣副产物无论是浮渣或集尘灰，因其都含有铝的氮化物，当曝露在空气中遇潮或吸湿则会水解（Hydrolysis）产生氨气，如式1，具有强烈的刺鼻味。铝集尘灰外观类似粉煤灰，是一种银灰色粉状物，由于废铝来源不同，铝集尘灰中主要成份亦不尽相同，其主要成份除铝金属外，其余为氧化铝（Al2O3）、氧化硅（SiO2）、氧化镁（MgO）、氧化钠（Na2O）、氧化钙（CaO）和氧化铁（Fe2O3）氟化铝（AlF）等，其中氧化铝含量一般在43%～75%（如公式1所示），氧化硅含量一般则在5%～20 %。铝灰渣因含有金属铝和铝的氮化物、碳化物，当其曝露在空气中遇潮或吸湿则会水解（Hydrolysis）产生氨气、氢气和甲烷，铝灰渣处置时需注意此可能延伸对环境造成的冲击和风险。

在国内铝灰渣和集尘灰的处理方式，若是处理不当仍会对环境造成冲击，并危害人体健康。

1 铝生产工艺的国内外现状发展方向分析

铝灰渣是指铝电解、铝加工及再生铝加工过程中排出的固体废弃物。铝灰的特点集中体现在三个方面：具有毒性，多数属危废；数量较大，我国每年的排出量数百万吨级；近年来，环保意识不断提升，铝灰处置变得日益紧迫[1-2]。

中国铝冶炼自20世纪50年代起步，至今已有70年的历史。干法冶炼和湿法冶炼都有厂家采用。铝灰渣市是热镀铝厂和电解铝厂在生产过程中产生的一种副产品主要成分为氧化铝、金属铝和部分杂质，其中氧化铝和金属铝都有着较高的经济价值，因此该项目致力于从铝灰渣中回收铝及充分利用分离后的铝渣，都有极高的环保及经济价值[3-4]。

2 氟化物的危害

现阶段因为工业上电解三氧化二铝制取铝的反应必须以冰晶石作为炼铝的助溶剂，降低三氧化二铝的沸点，生产过程中产生的氟化物有易挥发的，难挥发的；有易溶于水的，难溶于水的；有具有生理毒性的，有不具生理毒性的。但是可以肯定的是，绝大多数含氟化合物经人体长期接触或摄入都可引起慢性中毒。可见，氟化物的毒性具有隐蔽性和长期性的特点。

3 铝灰中氟化物处置现状

《国家危险废物名录》中，将铝灰渣列为危险废物。铝灰渣氟化物均要求包装上应有明显的“危险废物”标志，对收集、贮存、转运、处置有明确的要求。

1）生产工艺效益污染物治理/处置设施。“从目前铝灰综合利用技术的现状可以看出，铝灰渣是一种有综合利用价值的可再生资源，已经在回收铝、生产硫酸铝、炼钢生产脱硫除渣、棕刚玉、合成聚合氯化铝、合成油墨用氧化铝和路用材料等领域得到了应用，有些技术已经成熟，达到中试规模”。

2）本项目排放的废气包括有组织排放的烟粉尘、氟化物、SO2和NOX，及无组织排放的粉尘、氟化物。本项目废气污染防治措施主要采用以下方式：集气罩对粉尘、氟化物和天然气燃烧废气进行负压收集，收集的废气经布袋除尘系统处理后通过排气筒达标排放，未收集的粉尘大部分沉降在地面上，用吸尘器收集，小部分无组织排放。有组织排放的烟粉尘26.1 mg/m3、氟化物0.86 mg/m3、SO23L和NOX74 mg/m3，及无组织排放的粉尘0.183 mg/m3、氟化物1.2×10-3mg/m3双室炉、保温炉、回转炉、冷灰处理机工序产生的烟粉尘、氟化物以及天然气燃烧废气（主要为SO2和NOX）通过集气罩收集，风量为10 000 m3/h，收集的废气经1号布袋+2号布袋二级除尘处理后通过1根15高P1排气筒排放；初筛分、破碎、细筛分工序产生的粉尘、氟化物经集气罩收集，风量5 000 m3/h，收集的废气经5号布袋尘处理后通过1根15 m高P2排气筒排放；微筛分、回转窑、袋装工序产生粉尘、氟化物，利用回转窑燃烧机燃烧经1 150～1 450℃高温燃烧下的氧化铝会与氟反应得到氟化铝和氧气，铝与氢氟酸反应铝熔解产生氢气，产出清洁能源氢气、氧气增加天然气燃烧，更减少氟化物过程中产出废气（主要为SO2和NOX）经集气罩收集，风量为5 000 m3/h，收集的废气经3#布袋+4#布袋二级除尘处理后通过。

4 结论与建议

完成后将废弃物之资源化作业，共同创造绿色产业永续发展。推动绿色材料、绿色营建和绿色资源再生利用之益处。建设单位严格执行外购铝灰渣原料的检测和控制，原料不得含有塑料、橡胶、切削油，同时不得含有汞、镉、铅等重金属。加强生产设施及污染物治理设施的运行管理，定期对污染治理设施进行维修保养，对污染物实施在线监测，确保污染物达标排放，防止污染事故发生。铝灰渣是否为危废长期处于争论当中，其氟化物的含量成为关键因素。因此，铝灰渣被列入《国家危险废物名录》，建议有关部门进一步加强对固体废物的处置与管理。