二次鋁灰中氮化鋁的脫除與鋁資源回收

中圖分類號：X758 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-9500(2025)07-0006-03

DOI:10.3969/j.issn.1008-9500.2025.07.02

Removal of Aluminum Nitride from Secondary Aluminum Ash and Aluminum Resource Recovery

ZHOU Yan

(Jiangsu Haiguang Metal Co.，Ltd.，Suqian 22370o，China)

Abstract:Aluminumash isasolid waste generatedduring thealuminum production process，andmostof the aluminum ashinChinaisdirectlystoredorburied，therefore，itisurgenttoeffectivelyutilizeandharmleslytreatauminumash.The maincomponentofsecondaryaluminumash isaluminumnitride，andtheremovalofaluminumnitridebecomes particularly important.Theexperiment mainlyuses deionized water to hydrolyzeand denitrifysecondaryaluminumash，and studies theeffctsofreactiontemperature，reactiontime，liquid-solidratioandotherfactorsonthedecompositioneffciencyof aluminum nitride.Research has shown that when the reaction temperature is 80^qC ，the reaction time is 4h ，and the liquidsolid ratio is ，the secondary aluminum ash can achieve good denitrification effect.The loss rate of aluminum has significantlydecreased，ndtherecyclingrateofaluminumhassignificantlyimproved，providing technicalsupportforhe treatment of secondary aluminum ash in the same industry and further improving economic benefits.

Keywords:removal; secondary aluminumash; denitrification

鋁具有密度低、延展性好、耐腐蝕、無磁性和易合金等優(yōu)點(diǎn)，在汽車、航空航天等方面有著廣泛的用途[1-2]。據(jù)統(tǒng)計，2024年我國原鋁產(chǎn)量為4401萬t。每生產(chǎn) 100t 鋁金屬制品，就會產(chǎn)生 1～2t 鋁灰。由于技術(shù)、設(shè)備和操作等原因，鋁生產(chǎn)過程會產(chǎn)生大量固體廢棄物，即一次鋁灰和二次鋁灰。一次鋁灰的主要成分為單質(zhì)鋁（A1）、氧化鋁（ Al₂O₃ ），二次鋁灰的主要成分為氧化鋁（ Al₂O₃ ）、氮化鋁（AIN）。

1鋁灰的基本特征

1.1AIN的物理化學(xué)性質(zhì)

AIN主要以大顆粒塊狀或針狀顆粒單獨(dú)存在，或與 Al₂O₃ 共存于鋁灰中。一般情況下，鋁灰粒徑越小，AIN含量越高。AIN易與氧氣（ ∣O₂ ）或堿性物質(zhì)反應(yīng)，生成 Al₂O₃ 或氫氧化鋁（ Al(OH)₃ ），鋁與氮?dú)猓?N₂ ）在常溫下就可生成AIN。

1.2鋁灰分類

根據(jù)單質(zhì)鋁含量和回收次數(shù)的不同，鋁灰可以分為一次鋁灰和二次鋁灰。一次鋁灰主要含單質(zhì)鋁和Al₂O₃ ，其單質(zhì)鋁含量一般為 20%～70% 。二次鋁灰是一次鋁灰回收利用后仍然含有部分 Al₂O₃ 的物質(zhì)。

1.3 鋁灰處理現(xiàn)狀

近些年，我國絕大多數(shù)鋁灰沒有進(jìn)行處理，直接被堆存或填埋，造成資源的極大浪費(fèi)。為了更好地節(jié)約資源，國內(nèi)外研究主要通過電解反應(yīng)對鋁灰中單質(zhì)鋁和 Al₂O₃ 進(jìn)行回收利用。二次鋁灰含有AIN，遇水時會產(chǎn)生刺激性的氨氣（ NH₃ )，鋁回收處理過程中，NH₃ 會污染環(huán)境，二次鋁灰無害化處理是當(dāng)下研究的重點(diǎn)。

1.4 鋁灰的危害

鋁灰含有大量的AIN，而AIN具有毒性和易燃性，受潮時會釋放 NH₃ ，進(jìn)而產(chǎn)生氨氮（ NH₃–N ），污染環(huán)境。

1.5 鋁灰的應(yīng)用方向

鋁灰的合理應(yīng)用很有價值，目前主要有3個方向，即單質(zhì)鋁、 Al₂O₃ 和鹽類。鋁灰中的單質(zhì)鋁可以通過提純達(dá)到要求，然后回收利用。單質(zhì)鋁回收方法主要分為冷處理法和熱處理法[3-4]。 Al₂O₃ 是典型的兩性氧化物，回收工藝主要有拜耳法、燒結(jié)法及酸堿聯(lián)用法[5-。電解反應(yīng)一般需要加入助熔劑，會生成鹽類，導(dǎo)致二次鋁灰鹽含量很高，其中的可溶性氟鹽、氯鹽等通過水解（原水）進(jìn)行去除，再經(jīng)過濾－蒸發(fā)結(jié)晶實(shí)現(xiàn)回收。采用水洗法回收可溶性鹽，回收AIN用于陶瓷行業(yè)。

2二次鋁灰的除氮工藝

2.1濕法除氮工藝

鋁及其氧化物作為兩性物質(zhì)，不僅能與酸反應(yīng)，以 Al³⁺ 形式溶解于酸液中，也能與堿反應(yīng)，以AlO₂^- 形式溶于堿液中。一是酸性浸出。酸浸工藝主要是將鋁溶解于強(qiáng)酸溶液中，并通過除雜、結(jié)晶等反應(yīng)得到含鋁產(chǎn)品。二是堿性浸出。堿性浸出采用氫氧化鈉（ ΔNaOH ）作為常壓或高壓下浸出單質(zhì)鋁和 Al₂O₃ 的溶劑， Al₂O₃ 和單質(zhì)鋁會經(jīng)過形成偏鋁酸鈉( NaAlO₂ ）再水解為 Al(OH)₃ 的中間反應(yīng)，產(chǎn)物 Al(OH)₃ 將用于生產(chǎn)活性氧化鋁（ α-Al₂0₃ ）及 Al₂O₃ 產(chǎn)品。

2.2火法除氮工藝

目前，火法除氮工藝主要分為2種。一是以射頻

等離子體為熱源，從二次鋁灰中制備高純 Al₂O₃ 粉末。二是通過等離子弧熔煉將鋁渣轉(zhuǎn)化為具有廣泛應(yīng)用前景的超細(xì) Al₂O₃ 。

3試驗部分

3.1試驗材料和設(shè)備

試驗原料為二次鋁灰，其鋁含量為 15.35% ，鎂含量為 2.04% ，鈉含量為 1.56% ，鈣含量為 0.09% ，鐵含量為 0.21% ，鉀含量為 2.01% ，氮含量為 3.78% ，氯含量為 2.80% 。試劑主要有鹽酸、氫氧化鈉、甲基紅（指示劑）、次甲基藍(lán)和硼酸。試驗儀器主要有電子天平、燒杯、數(shù)顯恒溫水浴鍋和電動攪拌器。

3.2試驗方法

水解脫氮涉及多個影響因素，水洗試驗均采用配有恒溫水浴鍋的磁力攪拌器，以去離子水為水洗液。一是反應(yīng)溫度為 80^qC ，將水與二次鋁灰的配比（液固比）控制在6，攪拌速度保持不變，分別將反應(yīng)時間控制在2、4、6、8、 ^10h ，考察不同反應(yīng)時間對二次鋁灰脫氮率的影響。二是液固比為6，反應(yīng)時間為 6h ，攪拌速度保持不變，分別調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度至20、40、60、80、 100^qC ，開展水洗試驗，考察不同反應(yīng)溫度對二次鋁灰脫氮率的影響。三是反應(yīng)溫度為80^qC ，反應(yīng)時間為 6h ，攪拌速度保持不變，分別將液固比控制在2、4、6、8和10，開展水洗試驗，考察不同液固比對二次鋁灰脫氮率的影響。試驗期間，將水、二次鋁灰按照配比放入水浴鍋，加熱至所需溫度，按要求維持所需時間，在攪拌條件下進(jìn)行水解。待反應(yīng)結(jié)束，用冷水迅速降溫并過濾，低溫烘干，檢測二次鋁灰渣的氮含量。

4試驗結(jié)果與討論

4.1反應(yīng)時間對脫氮效果的影響

反應(yīng)溫度為 80^°C ，液固比為6，試驗研究不同反應(yīng)時間對二次鋁灰脫氮率的影響，結(jié)果如表1所示。隨著反應(yīng)時間的增加，二次鋁灰脫氮率逐步上升，保持在 80%～95% 。反應(yīng)前 6h ，二次鋁灰脫氮率上升趨勢明顯，反應(yīng) 6h 后，上升趨勢放緩。隨著反應(yīng)時間的增加，二次鋁灰渣的氮含量逐漸下降，下降趨勢一致，從反應(yīng) 2h 的 0.9% 逐漸下降到反應(yīng) 10h 的 0.5% 。反應(yīng)前 ^4h ，渣率基本不變，反應(yīng) ^4h 后，渣率開始迅速增加，增加趨勢比較明顯，這可能與反應(yīng)初期分解緩慢有關(guān)。隨著反應(yīng)時間的增加，鋁損失率逐漸上升，這可能與試驗操作有關(guān)。

4.2反應(yīng)溫度對脫氮效果的影響

反應(yīng)時間為 6h ，液固比為6，試驗研究不同反應(yīng)溫度對二次鋁灰脫氮率的影響，結(jié)果如表2所示。隨著反應(yīng)溫度的上升，二次鋁灰脫氮率逐步上升，反應(yīng)溫度超過 60^°C 以后，二次鋁灰脫氮率明顯上升，說明反應(yīng)溫度低于 60^°C 時基本不反應(yīng)。反應(yīng)溫度超過 60^°C ，有利于氮的脫除，提高脫氮率。反應(yīng)溫度大于 60^°C 后，隨著反應(yīng)溫度的增加，二次鋁灰脫氮率開始迅速提高，渣含氮量快速下降。隨著反應(yīng)溫度的升高，AIN水解速度加快。隨著反應(yīng)溫度的上升，渣率逐漸增加，保持在 90%～100% 。反應(yīng)溫度小于 60^°C 時，鋁的損失率變化不明顯，反應(yīng)溫度大于60^°C 時，鋁的損失率顯著增加。水解反應(yīng)溫度較低時，濾渣質(zhì)量增加，渣率增大。反應(yīng)溫度為 80～100°C 時，渣率變化不明顯，反應(yīng)溫度大于 100^qC 時，渣率會超過 100% ，經(jīng)分析，二次鋁灰含有的氯化鉀（KC1）、氯化鈉（NaCl）等可溶性鹽溶解于水中，導(dǎo)致二次鋁灰失重較大。整體來看，反應(yīng)初期，鋁損失率變化不明顯，反應(yīng)溫度大于 60^°C 后，隨著反應(yīng)溫度的上升，鋁損失率逐漸增加。

4.3液固比對脫氮效果的影響

反應(yīng)溫度為 80^qC ，反應(yīng)時間為 6h ，試驗研究不同液固比對二次鋁灰脫氮率的影響，如表3所示。隨著液固比的增大，二次鋁灰脫氮率逐漸下降，下降趨勢較緩，但脫氮率基本維持在 92% 以上。隨著液固比的降低，渣含氮量基本不變，液固比大于8以后，渣含氮量開始明顯上升，原因可能是AIN水解生成的NH₃ 溶解在水中。隨著液固比的減小，渣率變化很小，液固比大于8以后，渣率上升明顯。液固比大于6以后，鋁的損失率開始明顯下降。固體過多易造成堵塞，影響系統(tǒng)連續(xù)生產(chǎn)，因此液固比宜控制在 6～8 。

5結(jié)論

試驗采用去離子水對二次鋁灰進(jìn)行水解脫氮，脫除AIN，適量增加酸液或堿液，提高反應(yīng)溫度，二次鋁灰的AIN脫除效果更佳。經(jīng)試驗對比，反應(yīng)溫度為 80^qC ，液固比為 6～8 ，反應(yīng)時間為 ^4h 時，二次鋁灰脫氮效果最佳，最大脫氮率可超過 98% 。鋁的損失率有效下降，可達(dá) 1% ，二次鋁灰實(shí)現(xiàn)有效脫氮，進(jìn)一步提升鋁回收利用率，為同行業(yè)處理二次鋁灰提供技術(shù)支持，進(jìn)一步提高經(jīng)濟(jì)效益。

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