铝灰的无害化处理及综合利用研究

铝灰的无害化处理及综合利用研究
摘要：《国家危险废物名录》（2016年）明确规定：电解铝过程中电解槽维修及废弃产生的废渣、铝火法冶炼过程中产生的初炼炉渣、电解铝过程中产生的盐渣和浮渣、铝火法冶炼过程中产生的易燃性撇渣四种废渣属于HW48有色金属冶炼废物。

目前，铝灰的处理方式主要以堆存为主，不仅占用大量土地，铝灰内含有的有害物质（尤其是氟）对人体健康及生态环境安全造成严重的威胁。

因此，提高铝灰综合利用率，实现铝灰有价组分回收及资源化利用是落实循环经济、节能减排政策的要求，也是是建设生态文明的重要保障措施。

基于此，本文主要对铝灰的无害化处理及综合利用进行分析探讨。

关键词：铝灰；无害化处理；综合利用
1、前言
铝灰是铝冶炼、铝加工过程中产生的危险废弃物，其组成复杂，含有大量的金属铝、熔盐混合物、氧化铝、合金及其他组分。

综合回收利用铝灰既能产生经济效益，又能净化我们赖以生存的环境。

2、铝灰处理及综合利用技术
企业堆存并急需处理的为二次铝灰，铝灰的主要成分为三氧化二铝，目前国内外针对铝灰的回收己经开发出了许多铝灰综合利用方法。

2.2.1回收金属铝
研究者将提铝的设备直接与熔炉连接，在不加燃料的情况下，利用铝的熔点低和离心原理回收金属铝，回收率≥70%，其再生处理时间大大缩短。

该法适用于小型铝加工，但燃料消耗大、人工强度大、环境污染严重。

2.2.2制备陶瓷清水砖
研究者在铝灰中添加适量的粘土、石英和添加剂（降低烧成温度），压制成型后烧成，制备了高性能的陶瓷清水砖。

清水砖铝灰含量≥60%，碎体气孔率为30%～50%，抗折强度＞20MPa，抗压强度＞60MPa，是一种性能优异的清水砖。

该法开辟了一条铝灰的回收利用的新途径，降低了清水砖的原料成本。

2.2.3铝灰和粉煤灰合成Sialon粉
研究者采用碳热铝热复合还原氮化工艺，以铝灰、碳黑和粉煤灰为主要原料制备了Sialon粉体。

通过试验研究得出，在原料中硅铝比为1.5时，在1450℃可以制备较纯的Sialon粉。

Sialon材料具有优越的化学稳定性、力学性能、热学性能。

该法利用了工业危废渣，保护了环境，降低了Sialon陶瓷的合成成本，但成本高，推广应用困难。

2.2.4生产烧结材料
利用再生铝合金厂家产生的铝灰，东海大学与日本川岛集团的研究开发企业Singfacts等共同开发出了生产烧结材料的技术。

获得了强度高，内部多孔洞，既轻又具有透水性的材料，应用广泛，可用作农用材料、海底净化材料和建筑用轻型骨料等。

材料具有透水性，缩短了施工时间并且满足了无障碍化的要求。

2.2.5合成聚合氯化铝
研究者提出以铝灰和盐酸为原料采用酸溶法制备了液体聚合氯化铝。

通过水洗的方法对铝灰进行预处理，除去水溶性盐类，获得的铝灰Al2O3含量为30%。

在反应釜中加入盐酸溶液并升温至一定的温度，加入铝灰并不断搅拌，控制反应温度为96℃，反应时间6～12h，反应结束后加水稀释，pH控制在3.5～4.5，沉
化15～24h得到液体聚合氯化铝。

该工艺具有反应速度快、工艺简单等特点，但
盐酸对设备有腐蚀，后续废液处理成本高。

2.2.6生产硫酸铝
研究者拟定了一个以铝灰为原料生产硫酸铝的新工艺，最佳工艺条件为：硫
酸浓度30%，反应时间3h，硫酸用量1.05，pH=3。

硫酸铝质量完全达到HG2225
－91一级标准，收率达到93%以上。

硫酸铝是无机盐基本品种之一，需求量大，
用途十分广泛。

2.2.7生产棕刚玉
研究者以经预处理的铝灰为原料、以无烟煤作还原剂、铁屑作沉淀剂生产棕
刚玉。

以此工艺制备棕刚玉产品指标已达二级产品指标（88%氧化铝），其中部
分产品达到GB1478－81（Al2O3≥92.5%，TiO21.5%～3.8%）国家标准；已完成中
试试验。

产品应用广泛。

2.2.8生产吸附剂
在装有吸附剂的圆柱体吸附装置中以0.5mL/min通过含有苯酚的废水时，苯
酚的去除率达到了98%，吸附剂效果明显。

Genc.FuhrmanH等对此也有研究，控
制pH值，活性赤泥吸附剂吸收水中的砷酸盐离子效果好，吸附率达100%。

采用
危废渣铝灰生产吸附剂代替活性碳是一种很好的选择，吸附效果好。

2.2.9合成油墨用氧化铝
通过液体硫酸铝的制备、偏铝酸钠的制备、氧化铝合成三个工序，将铝型材
阳极化工艺排放的废槽液中的含铝废硫酸与二次铝灰合成油墨用氧化铝。

该方法
生产的油墨用氧化铝产品各项指标均符合国家标准。

该法成本低、收率高、水溶
性盐少、易于漂洗，可实际应用。

2.2.10路用材料
通过研究，在铝灰17%、石灰7%、统砂为76%；当铝灰为17%，石灰为5%、7%、10%时做路用材料，效果良好，强度相当于4%～5%的水泥稳定沙砾基层强度，可以根据不同交通量选择不同的配合比，满足规范设计要求。

在1350℃将铝
灰与硅石（SiO2）粉混合烧结，制成铺设路面的材料，其硬度是普通路面材料的
1.5倍，抗滑能力是普铺路面材料的1.2倍。

此项技术在日本已开始应用。

2.2.11合成介孔分子蹄
在搅拌下缓慢将铝灰加入磷酸中，反应时间1.5h，按
Al2O3∶P2O5∶TEA∶H2O=1∶1∶1∶40的比例加入三乙胺，反应1.5小时后，将
生成的胶体转移至高压釜中在180～200℃的条件下反应3h后得到A1PO4－5介
孔分子筛，并得到副产品A1PO4。

该法反应时间长。

3、铝灰处理技术发展趋势
从目前铝灰综合利用技术的现状可以看出，一次铝灰回收利用工艺基本目的
都是将其中的金属铝进行回收，因此工艺相对二次铝灰来说更简单。

二次铝灰是
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、棕刚玉、合成
聚合氯化铝、合成油墨用氧化铝、路用材料等领域开展研究；到目前为止，国内
外的二次铝灰回收工艺仍存在着较低的回收率、废水处理成本高、废水无法利用、难于实现产业化等缺点，如：生产硫酸铝工艺中废水中含有Na2SO4难以处理及
利用、高温焙烧工艺中烟气有Cl2、HF、HCl等有毒有害气体污染环境。

铝生产企
业急需符合我国国情的铝灰综合处理的方法。

因此，开发一种流程短、环境污染小、易于产业化、处理成本低的铝灰无害化处理，并成功应用于相关铝生产企业，将为铝冶炼企业创造良好的经济和社会效益，也为我国铝行业中铝灰的资源化综
合利用树立典范作用。

昆明冶金研究院研究团队，依据现有的铝灰资源化回收利用现状及加压湿法冶金工艺研究基础，以铝灰为原料，采用加压水浸生产工艺进行处理，其主生产流程为：加水预处理调浆（搅拌浸出）、加压水浸、缓冲、液固分离、三段逆流洗涤压滤等工序。

通过加压水浸工艺实现铝灰中Al2O3、Na、Cl、F等有价元素的资源化利用，得到的浸出液蒸发结晶浓缩制得打渣剂、得到含氯低于0.01%的浸出渣压制成铝电解阳极保温覆盖板，对铝电解生产过程不会带来氯气释放的负面作用，从而最大化实现了铝灰的资源化综合利用。

一方面实现铝灰中的有价元素的资源化再利用，提高企业的经济效益；另一方面，实现铝灰工艺回收过程中渣和水的零排放，解决了铝灰作为危险废弃物的环保问题，符合国家相关政策对于铝冶炼行业的环保要求。

该技术的开发和产业化，将带动我国铝灰处理技术的进步，提升我国铝冶炼行业技术的总体水平和资源的高效综合利用，对有色金属冶金以及黑色金属冶金都有借鉴的作用。

4、结语
铝灰是冶炼过程中产生于转炉盐层下部，由氧化铝、金属铝和其他杂质形成成分复杂的盐渣。

铝灰已经被列为危险废物管理范畴，需无害化处理才能进一步安全填埋，同时铝灰具有较好的资源化价值。

参考文献：
［1］倪红军，陈祥，吕帅帅，等．铝渣合成无机材料的研究现状及进展［J］．现代化工，2015，11：19-22．
［2］周扬民．铝灰的无害化处理及综合利用研究［D］．昆明：昆明理工大学，2014．。