鋁灰中鋁回收工藝研究

譚廣志

（新疆工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830022）

鋁灰中鋁回收工藝研究

譚廣志

（新疆工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830022）

電解鋁在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生了大量鋁灰。若鋁灰不經(jīng)處理直接廢棄，既污染環(huán)境又會(huì)給企業(yè)帶來巨大經(jīng)濟(jì)損失。本文從鋁行業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、綠色經(jīng)濟(jì)的角度從發(fā)，介紹了從鋁灰中回收鋁的5種方法：炒灰法、傾動(dòng)回轉(zhuǎn)窯處理法、等離子電弧法、石墨電弧法、ALUREC法。

鋁灰；炒灰法；傾動(dòng)回轉(zhuǎn)窯處理法；等離子電弧法；石墨電弧法；ALUREC法

電解鋁行業(yè)既是高耗能行業(yè)又是高污染行業(yè)，產(chǎn)生的固廢對(duì)環(huán)境有較大污染。電解鋁企業(yè)如何實(shí)現(xiàn)固廢的綜合利用，即避免污染環(huán)境，又創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益，是鋁行業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、綠色經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要任務(wù)之一。

1 電解鋁生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的鋁灰簡(jiǎn)介

1.1 鋁灰的來源

由于金屬鋁極易氧化，在電解鋁生產(chǎn)過程中，熔融狀態(tài)的鋁和爐內(nèi)氧氣接觸反應(yīng)產(chǎn)生了大量的鋁灰［1］。鋁灰中主要包含的物質(zhì)有氧化鋁、金屬鋁、碳化物、氮化物、鹽及其他金屬氧化物。

1.2 鋁灰的分類

根據(jù)鋁灰的來源和成分，可以將其分為白鋁灰、黑鋁灰、鹽餅三類。鋁灰中鋁的含量一般為10%～80%［2］。

白鋁灰被稱為一次鋁灰［3］，是在電解氧化鋁熔鹽生產(chǎn)金屬鋁的過程中產(chǎn)生的，其顏色為灰白色，成分主要是金屬鋁和氧化鋁，其中，金屬鋁的含量為15%～75%。

黑鋁灰被稱為二次鋁灰，其顏色為灰黑色，成分主要是含10%～20%的金屬鋁、20%～50%的氧化鋁、40%～55%的大量可溶性鹽類。

鹽餅是黑鋁灰的一種，是鋁含量低且含大量的鹽類并固結(jié)成塊的混合物，主要成分為含5%～7%的金屬鋁、15%～30%的氧化鋁、15%～30%的氯化鉀、30%～55%的氯化鋁。

1.3 鋁灰的危害

鋁灰中砷、鋇、鉻、鉛等有毒元素進(jìn)入土壤、地下水，會(huì)造成嚴(yán)重的重金屬污染；鋁灰與水接觸后產(chǎn)生的氨氣、氫氣及甲烷易引起火災(zāi)；鋁灰中砷、砷化鋁等雜質(zhì)與水接觸后反應(yīng)生成生砷化氫氣體，它富集在生產(chǎn)車間不僅污染空氣、與之密切接觸者也會(huì)引起急性砷化氫中毒；鹽餅中的鹽分如果聚集在土壤中則會(huì)引起土壤鹽堿化［4］。

2 鋁灰中鋁的回收工藝

傳統(tǒng)的回收鋁的方法是在回轉(zhuǎn)爐中加熱鋁灰、鹽類添加劑。添加劑利于分離金屬鋁，減少鋁的氧化。但經(jīng)此法處理后的鋁灰含有大量的可溶性鹽類，直接填埋會(huì)污染環(huán)境。可運(yùn)用以下方法回收鋁灰中的鋁。

2.1 炒灰法

炒灰法是指將鋁灰加入傾斜鐵鍋中通過人工進(jìn)行翻炒。在翻炒過程中，由于灰與鋁液互不潤濕，鋁液慢慢沉降到鐵鍋底部，將其回收作為回爐料使用。在翻炒時(shí)，要加入一定量的鹽類添加劑，以便升高加料溫度，使鋁與雜質(zhì)間的界面張力增加，降低黏度，加速鋁沉降，提高鋁的回收率。該法的缺點(diǎn)是：生產(chǎn)過程中有大量有毒煙塵產(chǎn)生，大量可溶性鹽類存在于處理后的廢渣中，后續(xù)不易處理，二次污染嚴(yán)重。小型電解鋁廠多采用此法回收鋁。

2.2 傾動(dòng)回轉(zhuǎn)窯處理法

傾動(dòng)回轉(zhuǎn)窯法的原理與炒灰法的原理相同，但其自動(dòng)化程度高、易于操作、處理能力強(qiáng)、環(huán)保。在處理鋁灰過程中，鋁灰和鹽類添加劑在回轉(zhuǎn)窯中充分混合，經(jīng)過傾動(dòng)回轉(zhuǎn)和高溫加熱后，鋁灰中的金屬鋁熔化沉降到爐底，使金屬鋁得以分離出來。此法中運(yùn)用的鹽類添加劑的主要作用是大幅減少金屬鋁的氧化并促進(jìn)金屬鋁的沉聚，提高金屬鋁的回收率。但鹽類添加劑的加入同樣也提高了處理成本，并且會(huì)引發(fā)新的環(huán)境污染，存在安全隱患［5］。

傾動(dòng)回轉(zhuǎn)窯法在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生了大量的鹽餅，而如何處理鹽餅也是一項(xiàng)日益嚴(yán)重的環(huán)境問題。目前大型電解鋁企業(yè)多采用此法回收鋁。

炒灰法和傾動(dòng)回轉(zhuǎn)窯法中均存在鹽蒸氣逸出造成原料浪費(fèi)的現(xiàn)象，導(dǎo)致成本增加。因此，尋求一個(gè)無鹽鋁灰處理過程尤為重要。而在無鹽鋁灰處理工藝中，把等離子電弧、石墨電弧安裝在回轉(zhuǎn)爐的加料門上，作為外加熱源，精確控制氣體組成的工藝是有廣闊前景的鋁回收技術(shù)。

2.3 等離子電弧法

等離子電弧法內(nèi)部含有兩個(gè)高壓電極，空氣或氮?dú)鈴倪@兩個(gè)電極之間的間隙持續(xù)射入，電極產(chǎn)生的電弧把射入的氣體加熱到較高溫度使其部分離子化，灰渣物料通過熱傳遞和熱輻射加熱到700～800℃。灰渣中一些金屬鋁與爐內(nèi)氣氛反應(yīng)生成氧化膜，金屬鋁被包裹在氧化膜中從而實(shí)現(xiàn)分離。

此法是在空氣氣氛或氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行的，射入的氣體離子化后與廢渣接觸，部分金屬鋁發(fā)生深度的氧化或氮化，從而生成氧化鋁或氮化鋁。回轉(zhuǎn)爐在傾動(dòng)時(shí)，提供的機(jī)械攪拌破壞了金屬鋁表面上氧化膜而使其釋放出來，進(jìn)而提高了鋁的回收率。

2.4 石墨電弧法

使用兩個(gè)石墨電極之間產(chǎn)生的直流電弧輻射和耐火材料與填料間的熱傳導(dǎo)對(duì)回轉(zhuǎn)爐進(jìn)行加熱，加熱后金屬鋁從爐側(cè)邊出料口出料，其他物質(zhì)通過轉(zhuǎn)爐旋轉(zhuǎn)的方式從殘?jiān)隽峡诔隽稀Ｔ诖诉^程中，回轉(zhuǎn)爐進(jìn)行的旋轉(zhuǎn)不但提供了機(jī)械攪拌，同時(shí)也避免了耐火材料與填料間熱點(diǎn)的出現(xiàn)，進(jìn)而提高了熱量的傳遞效率。此操作的全部過程在氬氣氣氛下進(jìn)行，以防止回收的金屬鋁被氧化。

2.5 ALUREC法

瑞典AGAAB氣體工藝集團(tuán)公司與德國霍格文斯鋁業(yè)、曼恩公司合作共同研發(fā)的一種從鋁灰中回收鋁的方法，名為艾魯瑞克（ALUREC）法，此法采用氧燃料噴嘴加熱可傾斜式回轉(zhuǎn)爐的方式加熱，以熱傳導(dǎo)和熱輻射的形式在短時(shí)間內(nèi)把填料加熱到1 000℃，鋁液在轉(zhuǎn)爐底部沉積，鋁液上部則為漂浮的固體非金屬雜質(zhì)。在此過程中，轉(zhuǎn)爐不停地旋轉(zhuǎn)，利于能量傳遞。此設(shè)計(jì)且易于控制爐內(nèi)氣氛。

相比其他鋁回收方法，此法不但鋁回收率高、熱能利用率高、操作環(huán)境好，而且不需要處理含鹽廢料。

3 結(jié)語

鋁企業(yè)可以根據(jù)電解鋁設(shè)備、電解工藝、鋁灰物理化學(xué)性質(zhì)，鋁灰利用方向，選擇適合的鋁回收工藝，既避免污染環(huán)境又創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益，從而實(shí)現(xiàn)鋁行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

［1］李菲，鄭磊，冀樹軍.鋁灰中鋁資源回收工藝現(xiàn)狀與展望［J］.輕金屬，2009（12）：3-8.

［2］喬桂玲，朱廣斌，王紹鵬.鋁灰在鋁電解槽上添加應(yīng)用研究［J］.輕金屬，2009（8）：43-47.

［3］李小忠，許曉路，申秀英，等.以煉鋁灰渣為原料制備絮凝劑及其應(yīng)用［J］.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2002（21）：100-102.

［4］高振朋，王芳，李鋼林，等.鋁灰處理工藝研究［J］.鑄造設(shè)備與工藝，2011（6）：41.

［5］郭學(xué)益，田慶華.有色金屬資源循環(huán)理論與方法［M］.長沙：中南大學(xué)出版社，2008.

Study on Recovery Process of Aluminium in Aluminium Ash

Tan Guangzhi
（Xinjiang Industrial Vocational and Technical College，Urumqi Xinjiang 830022）

Electrolytic aluminum produced a large number of aluminum dust in the production process,without direct waste not only pollute the environment but also brings economic losses.Based on the development of circular econo?my and green economy,this paper introduced five methods of recovering aluminum from aluminum ash:fried ash method,tilting rotary kiln treatment,plasma arc method,graphite arc method and ALUREC method.

aluminum ash；fried ash method；tilting rotary kiln treatment；plasma arc method；graphite arc method；ALUREC method

X758

A

1003-5168（2017）08-0074-02

2017-07-01

譚廣志（1983-），男，本科，助理講師，研究方向：冶金工程。