鋁電解鑄造熱鋁灰處理工藝實踐

劉坤

（陜西有色榆林新材料集團有限責任公司，陜西 榆林 719099）

在電解鋁生產過程中，鋁液從電解槽中抽出，進入鑄造車間的混合爐后，經過混合配料、靜置、扒渣等工序，在此期間產生大量的由造渣劑與鋁水中電解質等雜質反應生成物，以及鋁的氧化反應產物和鋁水中夾雜物，通常把這種浮渣稱為鋁灰，其溫度可達600℃～900℃，金屬鋁含量達20%～40%。此外，拉運鋁水的真空抬包具有一定的容積，需定期清理抬包內壁上附著物，也得到一部分溫度較低、鋁含量較少的鋁灰。鋁灰的主要成分為鋁、氧化鋁、電解質及其它反應物，具有較高的回收利用價值。按照統計，每噸鋁液產生4～5kg鋁灰。

某企業400kA預焙陽極鋁電解槽系列2013年12月底全部投產，年產鋁60萬噸，每天產出鋁灰實際量12t。公司過去把電解鋁生產過程中產生的鋁灰全部直接賣掉，不僅會造成極大的資源浪費，也是導致公司鑄造損失率居高不下的一個非常重要因素，如2015年度鑄造損失率高達6.65 ‰。2016年8月1日國家環保部和發改委發布的新版《國家危險廢物名錄》（2016）明確規定，鋁灰屬于有色金屬冶煉廢物，其危險特性為毒性（Toxicity，T），且中國環保稅法中規定：危險固體廢物的稅額是1000元/噸，并于2018年1月1日實施。因此，有必要探索鋁灰高效分離處理回收新技術方案和途徑，提高技術裝備水平的同時，提高金屬鋁的回收率，從而降低鑄造損失率，減輕對生產生活環境造成的影響。

1 鋁灰概述

鋁灰為呈銀灰色的粉狀物，色澤暗淡，外觀類似粉煤灰，主要由單質鋁、氧化鋁以及鎂、鈉、鈣、鐵等的氧化物組成，其中單質鋁含量1%～3%，各成分波動比較大，除鋁以外，其它成分波動可達50%～150%，各種元素含量如表1。

目前處理鋁灰的方式主要是堆存或填埋，在空氣潮濕或下雨時，鋁灰中有毒有害的離子（如氟離子）會滲入地下，造成土壤和地下水污染；此外天氣炎熱潮濕時，鋁灰中氮化鋁和碳化鋁等物質會與水反應，產生氨氣和甲烷等氣體，造成空氣污染。

表1 鋁灰中各元素含量

2 鋁灰處理機理

金屬鋁質軟，延展性良好，不易破碎成細顆粒，而氧化物和鹽分等容易粉碎，利用金屬鋁與氧化物等可碎性差異，采用冷卻-破碎-篩分工藝回收金屬鋁。

熱鋁灰處理的原理：把熱鋁灰直接均勻加入急冷器，進行筒外噴淋降溫，先后通過對滾滾杠、陀螺體進行滾壓及破碎，鋁灰進入直連的滾筒甩篩排出大塊鋁，剩余鋁灰繼續進入球磨機、振動篩，篩出不同粒度物料。

3 鋁灰處理工藝流程

熱鋁灰處理系統是專門用來分離處理剛扒出來的熱鋁灰的機械化生產線，由入料系統、冷卻系統、球磨系統、篩分回收系統、除塵系統構成。

工藝流程為：鋁灰冷卻→破碎→篩分，配套除塵系統采用旋風和布袋兩級除塵，工藝流程見圖1。除塵工藝流程：含粉塵煙氣→旋風除塵器→布袋除塵器→引風機→煙筒。

物料走向依次為：熱鋁灰→倒灰房→急冷器→滾筒甩篩（大塊鋁）→斗式提升機→磨前料倉→球磨機→斗式提升機→篩前料倉→振動篩→大顆粒、中顆粒、細灰。

圖1 熱鋁灰處理工藝流程圖

3.1 間接冷卻

急冷器采用滾筒外噴水間接冷卻鋁灰方式，循環水系統利用現有冷卻系統循環水冷水箱和冷卻塔。熱力學表明，只要有氧氣存在暴露的鋁表面附近，鋁就會氧化，高溫液態鋁更甚。因此，防止熱鋁灰燃燒產生高溫，將大量鋁燃燒掉即氧化燒損，就成為鋁灰高效分離處理回收重中之重的關鍵一環。筒外噴水間接冷卻，使熱鋁灰溫度快速降低，最大限度減少鋁水在空氣中氧化燒損，從而達到提高鋁回收率的目的。急冷器增加新型碾壓部件——陀螺體，通過模擬碾的壓延動作，增加鋁灰破碎效果。間接冷卻主要設備參數見表2。

表2 間接冷卻主要設備

此外，榆林地區又屬高寒地帶，以及現場實際布置（冷卻系統循環水冷水箱在室內，冷卻塔在室外），在循環水管網加裝了切換閥門。冬季生產時，熱循環水無需經過冷卻塔，直接回至冷水箱。對循環水冷水箱加裝了保溫層，管路加裝了伴熱帶，并在循環水管網最低點加設了泄水閥，以防設備維修或停運時管網內的水結冰凍實。

3.2 磨料與篩分

鋁灰經過斗式提升機、振動喂料機給入球磨機，經過磨碎后由振動喂料機排入振動篩。通過振動篩及時將那些已經符合細度要求的鋁灰分出。磨料與篩分的主要設備參數見表3。

表3 磨料與篩分主要設備參數

3.3 取得的主要產品

通過把鋁灰處理系統分離得到的產物大塊鋁、大顆粒返回鑄造車間混合爐重熔，中顆粒返回電解槽使用，最大限度提高鋁回收率，降低鑄造損失。分離得到的細灰，用來制作電解鋁生產用的陽極鋼爪保護環，實現廢物資源化綜合利用，從而達到循環經濟“吃干榨凈”的目的。

4 經濟效益和社會效益

4.1 經濟效益

2016年3月熱鋁灰處理生產線開始正式投入生產使用。從2016年4月起，公司從混合爐扒出的鋁灰停止外銷，全部由該生產線進行分離處理回收。得到的大顆粒（＞1mm）返回到鑄造車間混合爐，中顆粒（45目＜中顆粒＜1mm）返回到電解槽，篩下的細灰（＜45目）用來制作電解鋁生產用的陽極鋼爪保護環。不計中顆粒回加到電解槽回收的鋁量，僅把大塊鋁和大顆粒返回鑄造車間混合爐，鋁灰停止外銷全部分離處理回收綜合利用前后，鑄造損失率統計如下表4。

平均鑄造損失率降低6.53 - 4.13 = 2.40個千分點

2016年4月～2017年10月19個月度進入鑄造車間原鋁液量為960737.750 t，因此增加回收鋁量：407207.78×2.40‰ = 2305.77 t

每噸鋁按1.4萬元計，增產鋁價值：2305.77×1.4 ≈3228.08萬元，其經濟效益十分可觀。

4.2 社會效益

熱鋁灰處理回收系統采用封閉式配置，配套旋風、布袋雙級除塵系統，可以有效地防止原材物料及能源浪費，防止新的二次污染，采用循環水再利用，節能節水，避免了鋁灰在潮濕環境或露天存放產生刺激性氣體，減少場地占用，基本杜絕了環境污染。特別是振動篩篩分后得到的大顆粒中顆粒兩種物料的回收模式和方法，避免了用坩堝 （或中頻爐）提煉鋁工序作業現場煙塵污染非常嚴重且流程長的弊端。細灰用來制作電解鋁生產用的陽極鋼爪保護環，實現廢物資源化綜合利用，達到循環經濟“吃干榨凈”的目的。同時為同行業提供了鋁灰高效分離處理回收綜合利用的生產實例和經驗。

表4 鑄造損失率統計 單位：‰

5 結論

鋁灰高效分離處理回收綜合利用技術成功的應用于我公司鋁電解鑄造熱鋁灰分離處理，分離回收得到的大顆粒（＞1mm）返回到鑄造車間混合爐，中顆粒（45目～1mm）返回到電解槽，篩下的細灰（＜45目）用來制作電解鋁生產用的陽極鋼爪保護環。不僅使鋁的回收率大大提高，而且減少了用工人數、大幅降低了工人的勞動強度，省去鋁灰攤鋪晾晾儲存等工序，基本杜絕了對環境的污染，實現了廢物資源化綜合利用，經濟效益和社會效益顯著，項目水平達到接近國際先進水平。其特點是單次處理時間短，處理能力大，冷卻過程全封閉，回收效果好，機械化自動化程度高，安全可靠、綠色環保，占地面積小，特別適合于大型鋁電解及鋁熔煉企業，該技術具有廣闊的工業應用前景。