摘  要：鋁灰已被列入《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄》。二次鋁灰作為一次鋁灰提鋁后的剩余物，其處置問(wèn)題亟待解決。二次鋁灰經(jīng)處理后返電解槽的工藝技術(shù)有諸多特點(diǎn)，一是具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)；二是方便的除去了返電解槽有害雜質(zhì)，保留了有用成分；三是通過(guò)技術(shù)手段消除了裝置可能的氫氣爆炸等安全隱患；四是利用了物料放熱反應(yīng)原理，有效降低了生產(chǎn)成本；五是利用了化學(xué)反應(yīng)濃度梯度，實(shí)現(xiàn)了裝置水的“零”排放；六是裝置的主產(chǎn)品為再生電解料，副產(chǎn)品為環(huán)保產(chǎn)品，無(wú)固體廢物產(chǎn)出，實(shí)現(xiàn)了鋁灰真正意義上的“零”排放；七是裝置兼容性好，既可處理電解鋁的二次鋁灰，亦可處理鋁加工及再生鋁加工的二次鋁灰；八是裝置規(guī)模大，國(guó)內(nèi)首條萬(wàn)噸級(jí)中試裝置投運(yùn)，確保了產(chǎn)業(yè)化試驗(yàn)、驗(yàn)證、放大的可信度；九是工藝流程短，投資省，效益高。在國(guó)家大力倡導(dǎo)綠色發(fā)展理念的今天，以二次鋁灰處理后返電解槽萬(wàn)噸級(jí)中試線投運(yùn)為標(biāo)志，二次鋁灰“零”排放技術(shù)必將以它獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)助推中國(guó)乃至世界鋁工業(yè)的節(jié)能減排及綜合利用邁向新高度。

 

一、關(guān)天鋁灰

人們俗稱的鋁灰，是指鋁熔煉的固體廢棄物，在世界電解鋁技術(shù)發(fā)明至今的130多年里，鋁灰至今沒(méi)有一個(gè)明確的其內(nèi)涵和外延為大家所公認(rèn)的定義。

鋁灰產(chǎn)生于鋁電解、鋁加工、再生鋁加工等所有鋁發(fā)生融熔的工序。其來(lái)源可分為三種：鋁電解冶煉過(guò)程中的鋁灰；鋁合金熔鑄過(guò)程中的鋁灰；再生鋁加工過(guò)程中的鋁灰。

 

狹義的鋁灰如果特指鋁冶煉、鋁合金及再生鋁加工生產(chǎn)過(guò)程中漂浮于鋁熔體表面的不熔夾雜物、氧化物、添加劑以及與添加劑進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)物。哪么廣義的鋁灰似還應(yīng)包括電解槽大修廢棄物以及電解鋁廠的煙氣收塵灰等相關(guān)的全部固體廢棄物。

 

2016年中國(guó)的電解鋁的產(chǎn)量為3187萬(wàn)噸，鋁加工的產(chǎn)量為5796萬(wàn)噸，再生鋁的產(chǎn)量為630萬(wàn)噸，據(jù)此估算中國(guó)每年廣義的鋁灰渣量應(yīng)約為204萬(wàn)噸。根據(jù)我們的調(diào)查，電解槽大修渣排灰渣量約為電解鋁產(chǎn)量的0.5%，這部分排出量約為16萬(wàn)噸，電解鋁的排灰渣量約為電解鋁產(chǎn)量的1.2%，這部分排出量約為38萬(wàn)噸，鋁加工排灰渣量約為鋁加工產(chǎn)量的1.5%，這部分排出量約為87萬(wàn)噸，再生鋁加工排灰渣量約為再生鋁加工產(chǎn)量的10%，這部分排出量約為63萬(wàn)噸。如鋁灰渣中的金屬鋁含量按30%計(jì)，氧化鋁按50%計(jì)，電解質(zhì)按8%計(jì)，對(duì)應(yīng)的金屬鋁、氧化鋁、電解質(zhì)的量大約分別是56萬(wàn)噸、94萬(wàn)噸、15萬(wàn)噸，現(xiàn)市面價(jià)值估算的價(jià)值為100多億元。鋁灰綜合利用的意義由此可見一斑。

 

二、二次鋁灰及其特點(diǎn)

根據(jù)鋁灰的處理過(guò)程可將狹義的鋁灰分為一次鋁灰和二次鋁灰。一次鋁灰為具有金屬鋁提取價(jià)值的鋁灰，一般為灰白色，其主要成分是金屬鋁、氧化鋁和冶煉過(guò)程中添加的部分鹽類，鋁的含量一般為15%～50%。而二次鋁灰則一般為灰黑色，是一次鋁灰提鋁后的剩余物，主要成分為鋁(5～20%)、氧化鋁(30～70%)、鹽類(10～30%)以及其它組分。

比較而言，鋁業(yè)固廢中最具特點(diǎn)的應(yīng)是二次鋁灰。二次鋁灰的特點(diǎn)集中體現(xiàn)在以下三個(gè)方面，一是內(nèi)含氟、氮等有毒有害物質(zhì)，這是鋁灰定性為危險(xiǎn)固廢的根本原因所在，鋁灰中的氮化鋁遇水水解形成氨氣和氫氧化鋁。其中氨氣產(chǎn)生的惡臭味是外在影響環(huán)保的最主要的動(dòng)因，人們對(duì)鋁灰的厭惡皆源于此；二是鋁灰內(nèi)所含的主要物質(zhì)為金屬鋁、氧化鋁、電解質(zhì)等，且價(jià)值頗高，金屬鋁單價(jià)萬(wàn)余元，氧化鋁單價(jià)幾千元，電解質(zhì)單價(jià)幾千元；三是鋁灰內(nèi)所含的主要物質(zhì)金屬鋁、氧化鋁、電解質(zhì)及其反應(yīng)物以混合狀態(tài)存在。

三、二次鋁灰處置現(xiàn)狀

目前國(guó)內(nèi)的一次鋁灰由于其中的金屬鋁含量較高，具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值而作為一種資源為企業(yè)重視和處理，而二次鋁灰作為一次鋁灰提鋁后的剩余物，由于國(guó)內(nèi)至今缺乏技術(shù)上先進(jìn)、成熟，經(jīng)濟(jì)上投資少、效益高的處置工藝方法，而被拋棄或掩埋，既造成了資源的浪費(fèi)，又污染了環(huán)境，與當(dāng)今綠色發(fā)展的理念極不相稱。

四、國(guó)家的產(chǎn)業(yè)及稅收政策

2016年6月14日環(huán)境保護(hù)部、國(guó)家發(fā)改委、公安部聯(lián)合發(fā)布的自2016年8月1日起施行的新版《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄》 廢物類別HW48有色金屬冶煉，廢物代碼321-024-48～321-026-48中將鋁火法冶煉過(guò)程中產(chǎn)生的初煉爐渣列為危險(xiǎn)特性為T（Toxicity,T）毒性危險(xiǎn)廢物、電解鋁過(guò)程中產(chǎn)生的鹽渣、浮渣列為危險(xiǎn)特性為T（Toxicity,T）毒性危險(xiǎn)廢物、將鋁火法冶煉過(guò)程中產(chǎn)生的易燃性撇渣列為危險(xiǎn)特性為I（Ignitability, I）易燃性危險(xiǎn)廢物。

2016年12月25日，《中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)稅法》公布，新法自2018年1月1日起施行。電解鋁、鋁加工、再生鋁等鋁灰排放企業(yè)每噸鋁灰要交納1000元環(huán)保稅。

五、二次鋁灰處置的緊迫性

國(guó)家行政及職能部門對(duì)鋁灰的定性及經(jīng)濟(jì)性措施環(huán)保稅的即將強(qiáng)制征收，將鋁灰的處理及綜合利用推到了風(fēng)口浪尖。鋁灰，尤其是二次鋁灰的處置問(wèn)題目前在中國(guó)已經(jīng)到了非處理不可的地步，其緊迫性可謂迫在眉睫，刻不容緩。

 

 

六、二次鋁灰返電解槽產(chǎn)業(yè)化技術(shù)

 

技術(shù)路線

 

技術(shù)優(yōu)勢(shì)

 

第一，最充分體現(xiàn)了鋁灰中有用物質(zhì)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

鋁灰中占比最多最有價(jià)值的氧化鋁和電解質(zhì)二者在不分離的情況下返到了電解槽。鋁灰中的單價(jià)值最高的少量（目前國(guó)內(nèi)鋁灰中提鋁的水平僅能達(dá)到90～95%）的金屬鋁與某種介質(zhì)反應(yīng)生成了環(huán)保產(chǎn)品，而且這種環(huán)保產(chǎn)品由鋁所體現(xiàn)出的價(jià)值較之于金屬鋁返電解的價(jià)值還要高，目前已知的工藝往往忽視了這部分鋁的存在而白白浪費(fèi)了。氧化鋁、電解質(zhì)、金屬鋁經(jīng)濟(jì)價(jià)值得到了最大化體現(xiàn)。

第二，返電解槽氧化鋁和電解質(zhì)提取成本最低。

從二次鋁灰中提取氧化鋁有多種途徑。在分離氧化鋁的同時(shí)，利用氧化鋁和電解質(zhì)均為電解所需的原料的功能以及氧化鋁和電解質(zhì)在特定介質(zhì)中反應(yīng)惰性的物性，將絕大多數(shù)的氧化鋁和電解質(zhì)混合物一并分離出來(lái)。而現(xiàn)有技術(shù)往往視二次鋁灰為鋁土礦，按燒結(jié)法、拜爾法或者聯(lián)合法等傳統(tǒng)或類似傳統(tǒng)工藝提取氧化鋁，雖然方法正宗，產(chǎn)品品質(zhì)有保障，但生產(chǎn)線規(guī)模太小，流程長(zhǎng)，投資大，成本高。而且此種方法處理二次鋁灰時(shí)價(jià)值很高的本該保留的電解質(zhì)白白分離掉了。更有甚者，某些處置工藝甚至將電解質(zhì)之中的氟當(dāng)作危廢源，為了除氟采用了高溫?zé)Y(jié)法，不僅付出了高昂的能耗代價(jià)，而且除氟的過(guò)程不可避免連帶除去了對(duì)電解很有價(jià)值的電解質(zhì)。

第三，保留了該保留的，去掉了該去掉的。在二次鋁灰返電解槽過(guò)程中氧化鋁和電解質(zhì)是最該保留的，而氮—氨是應(yīng)該除去的。二次鋁灰經(jīng)處理后返電解槽的工藝過(guò)程中由氮化鋁遇水形成的氨在鋁灰處理過(guò)程中與特定介質(zhì)反應(yīng)后進(jìn)入溶液被方便的分離出去。

第四，涉氨的環(huán)保問(wèn)題影響最小。由氨的本身的性質(zhì)所決定，直觀上凡是涉氨的生產(chǎn)線人們總是能聞到剌鼻的氨味，包括水吸收氨以及硫酸吸收氨。本工藝能將二次鋁灰中少量的氮轉(zhuǎn)化為氨鹽溶于溶液中，幾乎完全避免了涉氨的環(huán)保問(wèn)題影響。

 

關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題解答

 

第一是鋁灰經(jīng)處理后返電解槽對(duì)電解質(zhì)溶解的影響。

經(jīng)分析鋁灰中的氧化鋁為ɑ-Al2O3 ，且粒度比較細(xì)，在電解過(guò)程中主要作履蓋料使用，避兔了回收料中ɑ-Al2O3偏多所造成的溶解困難，由于量比較少且在電解槽殼面具有充分的反應(yīng)時(shí)間，所以不會(huì)產(chǎn)生沉淀。生產(chǎn)1噸電解鋁返回電解槽的鋁灰量一般為10-12kg?，F(xiàn)有電解槽的面殼中的氧化鋁在電解槽上經(jīng)高溫半個(gè)月的時(shí)間基本全部轉(zhuǎn)化為ɑ-Al2O3。早前的氫氧化鋁是用回轉(zhuǎn)窯焙燒，溫度達(dá)到1150℃，生產(chǎn)的氧化鋁中70%是ɑ-Al2O3 ?，F(xiàn)在沸騰焙燒生產(chǎn)氧化鋁中的ɑ-Al2O3 含量也在10-15%，所以鋁灰返電解槽不會(huì)產(chǎn)生難溶問(wèn)題，況且在某國(guó)有電解鋁廠已有相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間使用的實(shí)踐證明。

第二是鋁灰經(jīng)處理后返電解槽對(duì)電解質(zhì)成份的影響。

二次鋁灰經(jīng)本工藝處理后絕大部分的氯鹽被去除，不會(huì)對(duì)電解質(zhì)產(chǎn)生不良影響，而極少少量的氯鹽對(duì)電解質(zhì)是無(wú)害的，況且回收料經(jīng)處理后內(nèi)含的氯鹽量很低，在電解質(zhì)中達(dá)到的平衡濃度也會(huì)很低。

第三是鋁灰經(jīng)處理后返電解槽對(duì)原鋁質(zhì)量的影響。

就本工藝二次鋁灰處理方式而言，普鋁灰和合金灰是分開處理的。普鋁灰回收料返普鋁電解生產(chǎn)流程，合金灰回收料返生產(chǎn)合金的電解生產(chǎn)流程。通過(guò)合理配料，不會(huì)對(duì)原鋁質(zhì)量帶來(lái)影響。

 

二次鋁灰處理后返電解槽萬(wàn)噸級(jí)中試線已經(jīng)投運(yùn)

 

年處理萬(wàn)噸級(jí)的二次鋁灰中試線裝置具有諸多特點(diǎn)：

一是具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

二是方便的除去了該除去的氨、鉀、鈣等返電解槽有害成分，同時(shí)保留了該保留的氧化鋁和電解質(zhì)，且氧化鋁和電解質(zhì)的混合物無(wú)需分開。

三是通過(guò)技術(shù)手段消除了裝置可能的氫氣爆炸等隱患，確保了裝置的安全。

四是利用了物料放熱反應(yīng)原理，保證了反應(yīng)速度，省去了外加熱，有效降低了生產(chǎn)成本。五是利用了化學(xué)反應(yīng)濃度梯度，實(shí)現(xiàn)了裝置水的“零”排放。

六是裝置的主產(chǎn)品為再生電解料--氧化鋁和電解質(zhì)，副產(chǎn)品為環(huán)保產(chǎn)品，無(wú)固體廢物產(chǎn)出，實(shí)現(xiàn)了鋁灰真正意義上的“零”排放。

七是裝置兼容性好—經(jīng)對(duì)精煉劑、打渣劑等改良處理后，該裝置既可處理電解鋁的二次鋁灰，亦可處理鋁加工及再生鋁加工的二次鋁灰。

八是裝置規(guī)模大—國(guó)內(nèi)首條萬(wàn)噸級(jí)二次鋁灰再生電解料中試裝置投運(yùn)，確保了產(chǎn)業(yè)化試驗(yàn)、驗(yàn)證、放大的可信度。

九是由于工藝獨(dú)特，流程短，裝置投資省，效益高—新建一條年處理二次鋁灰萬(wàn)噸級(jí)生產(chǎn)線，項(xiàng)目全部建設(shè)投資僅約需600萬(wàn)元，不含節(jié)省環(huán)保稅的項(xiàng)目本身的年凈收益愈千萬(wàn)元，當(dāng)年可回收全部建設(shè)投資。