鋁灰資源綜合利用 | 技術(shù)前沿

摘要

 

鋁灰因本身含有害元素，被定為危險(xiǎn)廢棄物，其本身含有大量的金屬鋁和氧化鋁，具有很高的回收價(jià)值。根據(jù)現(xiàn)階段鋁灰綜合利用的研究進(jìn)展，分析了不同工藝技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn);針對(duì)現(xiàn)有鋁回收利用技術(shù)特點(diǎn)，指出冷法處理鋁灰有著更多的優(yōu)勢(shì);鋁灰作為生產(chǎn)耐火材料、建筑材料和環(huán)境材料的基料，介紹了其在不同領(lǐng)域的應(yīng)用并對(duì)鋁灰的未來(lái)發(fā)展提出展望。

 

引言

 

鋁灰是傳統(tǒng)鋁產(chǎn)業(yè)中的副產(chǎn)品，產(chǎn)生于煉鋁的高溫過(guò)程中。近年來(lái)中國(guó)的鋁產(chǎn)能逐年遞增，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020年世界鋁產(chǎn)能6527萬(wàn)噸，而中國(guó)的鋁產(chǎn)能為3708萬(wàn)噸，占到世界總產(chǎn)量的一半以上。原鋁生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)加入大量的活性鹽類，這些鹽夾雜的單質(zhì)鋁和氧化鋁以及其他雜質(zhì)從生產(chǎn)中被分離出來(lái)形成產(chǎn)物“鋁灰”。經(jīng)計(jì)算2021年鋁灰排放量高達(dá)300萬(wàn)噸以上。鋁生產(chǎn)企業(yè)大多采取堆積和掩埋的方式處理鋁灰，這不僅僅是資源的浪費(fèi)，同時(shí)也造成環(huán)境污染。鋁灰回收處理方面如今面臨很多問(wèn)題，例如鋁灰中的鹽類及氯化物和氟化物、氯元素會(huì)侵蝕回收設(shè)備;廢水中的可溶性的氯化物和氟化物直接排放污染環(huán)境；并且長(zhǎng)期堆積易潮解產(chǎn)生有刺激氣味的氣體氨氣。我國(guó)在2016W鋁灰列入《危險(xiǎn)廢棄物名錄》屬于冶煉金屬的廢棄廢物（HW48）。

 

如何利用鋁灰資源，減少對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的影響，是解決經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中資源、能源和環(huán)境限制，保障鋁工業(yè)發(fā)展的有效途徑。

 

01.鋁灰概述

 

1.1 鋁灰的來(lái)源

 

所有的鋁冶煉鑄造技術(shù)中都會(huì)產(chǎn)生鋁灰，工序不同鋁灰在其中的含量占比也不同，具體見表1。

 

 

表1 不同工序鋁灰產(chǎn)生量

 

1.2 鋁灰的分類和組成

 

鋁灰分為一次鋁灰和二次鋁灰（見圖1）.

 

 

圖1 鋁灰的種類

(a)—次鋁灰(b)二次鋁灰

 

 

圖1a為一次鋁灰，又稱白鋁灰，鋁含量一般可達(dá)到15%~75%;圖1b為二次鋁灰，鋁含量較少，在12%~18%，在上述兩種鋁灰中，鋁灰的成分因雜質(zhì)含量不同，所造成的顏色和形態(tài)不同，具體成分含量見表2。

 

 

表2 鋁灰的成分含量

 

由表可知，單質(zhì)鋁主要存在于一次鋁灰中，通常情況下用于金屬鋁的回收；二次鋁灰中金屬鋁的含量較低，一般轉(zhuǎn)化為高附加價(jià)值產(chǎn)品.所以無(wú)論是一次鋁灰還是二次鋁灰都具有較高的資源利用價(jià)值。

 

02.鋁資源回收技術(shù)

 

鋁資源回收技術(shù)是針對(duì)鋁灰中大量的鋁元素進(jìn)行回收處理。根據(jù)鋁灰的品位不同處理的方式分為兩種，一次鋁灰鋁含量較高，一般采用熱法回收處理；而二次鋁灰鋁含量低，且有害雜質(zhì)較多，采用冷法回收處理。

 

2.1 熱法回收處理鋁灰技術(shù)

 

2.1.1 壓榨回收法

 

壓榨回收法的工作原理是將熱鋁灰從壓濾機(jī)上部裝入，對(duì)熱鋁灰施加靜壓或者動(dòng)壓，將熔融鋁擠壓出。例如SPM法、MADOC法、COMPAL法、Thepress法等，原理如圖2所示。壓頭施加壓力，爐渣內(nèi)的金屬受壓流向下層容器，在此期間鋁灰氧化迅速停止，形成的金屬殼將氧化物包裹起來(lái)，這樣既可以控制灰塵，也能減少煙氣的排出，而熱量由循環(huán)冷卻水帶走，爐渣的溫度逐漸降低到450℃以下，防止氧化的二次發(fā)生。

 

 

圖2 壓濾機(jī)擠壓原理圖

 

壓榨回收法處理鋁灰優(yōu)點(diǎn)：原理簡(jiǎn)單、周期短、工作環(huán)境好、不需集塵系統(tǒng)、功能完善和自動(dòng)化程度較高等;不足方面:回收率較低，能源消耗大。目前國(guó)內(nèi)對(duì)該法的應(yīng)用效果不夠理想。

 

2.1.2 炒灰回收法

 

炒灰回收法工作原理是利用鋁熔體與鋁灰中的其他物質(zhì)的濕潤(rùn)性不同。炒灰的過(guò)程中需適量添加一些溶劑，一般考慮用氯化鋅作為溶劑，此法可以增加鋅的含量，但是鋅元素的加入會(huì)降低鋁的品質(zhì)。

 

炒灰法是一種相對(duì)原始的回收鋁的方法，操作簡(jiǎn)單，但會(huì)產(chǎn)生大量的煙塵，加入溶劑氯化鋅后，會(huì)與空氣中的水分反應(yīng)，形成HC1，對(duì)環(huán)境造成危害。一般需做環(huán)保處理，如設(shè)立煙罩、增加收塵設(shè)備和噴淋設(shè)備。據(jù)統(tǒng)計(jì)國(guó)外很多小型企業(yè)仍使用此法，如日本，但是資料顯示日本只是簡(jiǎn)單配套了有效的環(huán)保設(shè)備，無(wú)其他處理設(shè)備跟入。

 

2.1.3 回轉(zhuǎn)窯處理法

 

回轉(zhuǎn)窯處理法工作原理與炒灰法相似，優(yōu)點(diǎn)在于效率高、機(jī)械化程度高。保證鋁灰的加入量是回轉(zhuǎn)窯正常工作前提，年產(chǎn)量高于2萬(wàn)噸的再生鋁企業(yè)可以選用回轉(zhuǎn)窯處理鋁灰。

 

回轉(zhuǎn)窯處理鋁灰主體設(shè)備為有傾斜角度的圓筒，配有機(jī)械傳動(dòng)裝置叫鋁灰在傾斜圓筒內(nèi)反復(fù)的攪拌，隨著溫度增加，鋁熔體受重力聚集到底部，進(jìn)而不斷富集到吊包而剩余殘?jiān)€需繼續(xù)提鋁叫目前我國(guó)一些大型再生鋁廠選擇回轉(zhuǎn)窯處理鋁灰，但是金屬回收率不如人工炒灰法，產(chǎn)生的鋁灰還要通過(guò)進(jìn)一步方式回收。

 

2.1.4 MRM(MetalRecyclingMachine)法

 

MRM法工藝主要是針對(duì)熱鋁渣直接提取鋁。其工作原理為將熱鋁渣直接送入攪拌裝置，鋁液沉積于底部時(shí)將放熱劑加入到裝置內(nèi)保溫，后篩選回收，再對(duì)殘?jiān)M(jìn)行二次回收處理。

 

MRM法經(jīng)過(guò)進(jìn)一步改良(如圖3)，此法在原來(lái)的基礎(chǔ)上全程通入惰性氣體氨氣進(jìn)行保護(hù)。從大數(shù)據(jù)反饋結(jié)果顯示，回收率能達(dá)到91%，鋁燒損率可降到4%。

 

 

圖3 改良的MRM法生產(chǎn)過(guò)程示意圖

(a)裝料(b)擠壓、分離(c)收鋁⑻倒渣

 

 

 

2.1.5 等離子速熔法

 

等離子速熔法的工作原理是將電離形成的高溫等離子體與鋁灰相接觸，使鋁灰在高溫下熔化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)金屬鋁和氧化鋁的氧化渣分離。

 

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，一般情況下要配合造渣劑使用，大多數(shù)選擇氧化鈣作為造渣劑，這樣在反應(yīng)進(jìn)行時(shí)可得金屬鋁和鋁酸鈣兩種產(chǎn)品。該法生產(chǎn)效率高、金屬回收率高，產(chǎn)品附加值高等優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)裝備和技術(shù)條件—定要求。

 

2.1.6 ALUREC(Aluminiumrecycling)法

 

ALUREC法由丹麥阿加公司、霍戈文斯鋁業(yè)公司、曼公司三家公司聯(lián)合開發(fā)，流程圖見圖4。主要流程為裝料、加熱、收鋁、倒出浮渣，該法主體設(shè)備為回轉(zhuǎn)式熔化爐，還可以用純氧作助燃劑，升溫速度快，可以有效減少燃燒過(guò)程產(chǎn)生的有機(jī)氣體，煙塵被煙罩吸收二次利用處理。此法優(yōu)點(diǎn)在于機(jī)械化程度較高和運(yùn)行環(huán)境好；但金屬回收率要比炒灰低，一般在93%左右，且產(chǎn)生的殘余鋁灰還需進(jìn)一步處理。

 

 

圖4 ALUREC工作程序示意圖

 

與回轉(zhuǎn)窯處理法相比，ALUREC法改變了前者燒嘴和煙道分別位于爐體兩端的設(shè)計(jì)。按照設(shè)計(jì)需求，該法可于負(fù)壓下運(yùn)行，而弊端在于密封性不好容易吸入爐外冷空氣，在實(shí)際操作中須使用氯化鉀或氯化鈉作為覆蓋劑以減少金屬損失。

 

2.1.7 電選法

 

電選的原理是利用各種物料電性質(zhì)不同而進(jìn)行的一種選礦方法。電選法處理鋁灰需通入直流電，形成電暈場(chǎng)。鋁灰落下時(shí)進(jìn)入電暈場(chǎng)，各組分都獲得電荷，鋁與其他物質(zhì)電性質(zhì)不同，鋁顆粒得到的電荷被導(dǎo)入地線傳走，鋁顆粒落下，其他組分被帶到另一端實(shí)現(xiàn)分離。

 

電選法處理鋁灰對(duì)電能要求較高，附近如配有發(fā)電廠比較方便，處理工藝符合現(xiàn)在環(huán)保發(fā)展趨勢(shì)很有發(fā)展前途。

 

2.2 冷法回收處理鋁灰技術(shù)

 

冷法回收處理鋁灰技術(shù)針對(duì)于可溶性鹽及雜質(zhì)較多的鋁灰。浸出之前要對(duì)鋁灰進(jìn)行預(yù)處理，包括破碎、研磨以及機(jī)械分離等。

 

東北大學(xué)Guo等研究表明，渣中氯化鉀和氯化鈉會(huì)影響提取金屬鋁的效率，去除方法為水洗。

 

姜瀾等在研究鋁灰的性質(zhì)中發(fā)現(xiàn)，在通過(guò)去離子水對(duì)鋁灰浸出操作中會(huì)有ai(oh)3生成。水洗過(guò)程中鋁灰中的A1N水解，形成A1(OH)3，可溶鹽進(jìn)入到溶液中，進(jìn)而提高鋁元素在浸出渣中含量，為后續(xù)的資源化利用建立基礎(chǔ)。

 

Tripathy等在回收鋁灰中的氧化鋁時(shí)，通過(guò)蘇打-焙燒法對(duì)鋁灰進(jìn)行預(yù)處理，隨后用堿性溶液浸出，反應(yīng)原理如(1)(2)(3)式：

 

 

Yoldi在對(duì)鋁灰中的鋁進(jìn)行回收時(shí)，先將鋁灰用球磨機(jī)預(yù)處理3h，再用堿性溶液浸出，反復(fù)萃取，然后鋁灰中NHs和具有揮發(fā)性的物質(zhì)得到完全去除。后續(xù)要對(duì)殘留物進(jìn)行水洗，分離出A13+和殘留廢物。

 

上述處理方法都是在堿性溶液下對(duì)鋁灰進(jìn)行處理，然后進(jìn)行鋁元素的提取。而在酸性條件處理下，鋁灰中的各種物質(zhì)如:金屬、氧化物、碳化物以及氮化物都能轉(zhuǎn)變其相應(yīng)的鹽溶液。Sarker等報(bào)告稱，浸出效果會(huì)受到很多因素的影響，如溫度、時(shí)間、酸液濃度，當(dāng)用到4mol/L鹽酸、浸出溫度滿足100℃、時(shí)間滿足120min，氧化鋁的浸出率可高達(dá)71%。

 

Yang等研究了鋁灰酸浸處理過(guò)程動(dòng)力學(xué)原理，測(cè)定鋁灰中A1、A12O3、A1N在酸性浸出的活化能分別為6.92、11.16、40.93kJ/mol。在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)鋁也較難浸出，其原因是鋁的表面存在氧化膜不易發(fā)生反應(yīng)。

 

在實(shí)際生產(chǎn)中酸浸和堿浸過(guò)程產(chǎn)出的廢液，須回收處理再次利用，防止產(chǎn)生資源浪費(fèi)和二次污染。

 

濕法處理鋁灰中酸法和堿法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，酸法工藝簡(jiǎn)單，但氧化鋁易溶解，純度低，然后還需處理廢液。而堿法在處理過(guò)程可有效的處理掉鋁灰中的雜質(zhì)元素，其缺點(diǎn)浸出過(guò)程堿耗大，但總體來(lái)說(shuō)堿法處理過(guò)的鋁灰的產(chǎn)品純度要高于酸法。

 

火法與濕法比較，火法的無(wú)鹽工藝可以大幅度減少后續(xù)產(chǎn)物，但是需要設(shè)備以及大量的能源。濕法工藝與之相比可以有效去除雜質(zhì)鹽元素，可以大量處理得到所需工業(yè)產(chǎn)品，浸出介質(zhì)也可以加以回收利用，但后續(xù)廢液處理困難，易造成二次污染。

 

03.鋁灰資源綜合利用工藝技術(shù)

 

鋁灰綜合利用技術(shù)是對(duì)鋁元素進(jìn)行附加利用，金屬鋁回收后，鋁灰中主要含有氧化鋁、氮化鋁、單質(zhì)鋁和一些雜質(zhì)元素如鎂、鈉、鈣、鐵等物質(zhì)，顏色呈現(xiàn)銀灰色，色澤暗淡，其中的主要物質(zhì)是氧化鋁。經(jīng)過(guò)多年探索，人們已經(jīng)開發(fā)出了許多鋁灰綜合利用方法，如添加在電解槽中、制作陽(yáng)極保護(hù)環(huán)、煉鋼造渣劑、耐火材料、陶瓷等。處理方式基本分為三個(gè)步驟：

 

一，破碎處理，將內(nèi)含的大顆粒鋁滴分離出并返回熔煉工序；

 

二，對(duì)一定目數(shù)以下的鋁灰在不同條件下，進(jìn)行浸出以除去雜質(zhì)；

 

第三步，將提純之后的鋁灰轉(zhuǎn)化為工業(yè)用的鋁氧化物。

 

鋁灰是一種強(qiáng)有力的一種固廢資源鋁鹽。鋁灰合成材料工藝一般流程旳見圖5。經(jīng)過(guò)加工處理，鋁灰雜質(zhì)含量少，性能好，應(yīng)用前景十分廣闊。

 

 

圖5 利用鋁灰合成材料工藝一般流程

 

3.1 鋁灰在電解鋁中的應(yīng)用

 

3.1.1 在鋁電解槽中的應(yīng)用

 

電解生產(chǎn)中，原鋁質(zhì)量會(huì)受到細(xì)鋁灰中的雜質(zhì)元素影響，如鐵、硅;而鈉、鉀則會(huì)影響電解質(zhì)的性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)把細(xì)鋁灰和氧化鋁按一定比例混合后，作為原料進(jìn)行電解生產(chǎn)。解槽可正常生產(chǎn)。此法具有很高回收率，經(jīng)濟(jì)效益好。

 

3.1.2 制作成陽(yáng)極保護(hù)環(huán)

 

碳素保護(hù)環(huán)為電解鋁生產(chǎn)中普遍使用的材料，然而在工藝和價(jià)值上碳素環(huán)造價(jià)高，使用的過(guò)程中出現(xiàn)破損需人工挑揀，會(huì)影響電解生產(chǎn)的穩(wěn)定?？蒲腥藛T用細(xì)鋁灰制造成陽(yáng)極保護(hù)環(huán)，保護(hù)陽(yáng)極鋼爪。當(dāng)陽(yáng)極在使用中受到了破壞，可隨覆蓋料進(jìn)入電解流程，這樣可以有效的減緩鋼爪腐蝕，提高資源循環(huán)利用率。

 

3.2 煉鋼用造渣劑

 

上個(gè)世紀(jì)初，日本中部鋼板株式會(huì)社根據(jù)鋁灰的品位分別用于電弧爐鋼水氧化期噴粉提溫和精煉脫氧提溫。上世紀(jì)末唐山鋼鐵公司戴棟等人悶在煉鋼熔化期將鋁灰以每噸鋼10kg的比例添加入電爐中，實(shí)現(xiàn)熔化時(shí)間縮短15min，節(jié)電21kW·h/t，噸鋼生產(chǎn)成本降低5.4元的效果。

 

濟(jì)源鋼鐵王文虎等人針對(duì)工業(yè)鋁灰（AD粉）在LF爐中替代螢石生產(chǎn)鋁鎮(zhèn)靜鋼。結(jié)果表明使用鋁灰生產(chǎn)精煉渣能有效降低熔點(diǎn)、化渣速度快、熔渣流動(dòng)性好，而其中AI2O3含量能達(dá)到18%左右，能夠更好的發(fā)泡、埋弧、脫氧去夾雜。

 

大連環(huán)球礦產(chǎn)張夢(mèng)顯將四種原料石灰、電石、螢石和鋁灰按一定比例混合，來(lái)制備熔渣改質(zhì)劑。使用該熔渣改質(zhì)劑在某鋼廠進(jìn)行軸承鋼生產(chǎn)冶煉試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在加入該熔渣改質(zhì)劑后，處理RH入爐渣中FeO和MnO總含量平均為9.58%，轉(zhuǎn)爐出鋼殘?jiān)蠪eO平均去除率達(dá)到69.98%。

 

北京科技大學(xué)李燕龍等將鋁灰、石灰和螢石混合來(lái)制備鋼包渣改制劑。結(jié)果表明:鋁灰、石灰與螢石按照4:6:1的比例混合具有較強(qiáng)的還原性，可將鋼包渣中FeO含量由31.17%降低至3.24%，鋼中總氧由480x10-6降低至17x10-6，鋼中硫含量由190X10-6降低至75x10-6。

 

東北大學(xué)王德永等在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行管線鋼脫硫試驗(yàn)，將鋁灰替代精煉渣的AI2O3制備精煉渣。結(jié)果表明:脫硫率可以達(dá)到60%。試驗(yàn)過(guò)程中不添加CaF2的電解鋁灰脫硫劑效果比較理想，可以省略添加CaF2作為造渣劑。

 

3.3 制備耐火材料

 

二次鋁灰中Al2O3含量很高，同時(shí)其中還含有CaO、MgO等物質(zhì)，這些物質(zhì)都是制備耐火材料的重要物質(zhì)。

 

3.3.1 制備耐火材料前驅(qū)體

 

N.Yoshimura等和A.P.Li等用鋁灰制成固體樣品，制備耐火材料前驅(qū)體。在常溫下和高溫下對(duì)鋁灰進(jìn)行力學(xué)性能和致密性能等方面的測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明鋁灰可以用作制造耐火材料。后續(xù)發(fā)現(xiàn)抗氧化性不佳，這是由于二次鋁灰中鹽類雜質(zhì)較多，影響耐火材料的抗氧化性，改善方法可以預(yù)先用水處理。

 

3.3.2 制備鋁鎂尖晶石耐火材料

 

鎂鋁尖晶石作為普遍耐火材料一種，以其優(yōu)異的性能一直受到鋼鐵企業(yè)的追捧。高玉成等畫通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，制備具有較高耐火度，抗侵蝕、抗磨蝕、抗剝落、抗渣性能都比較好的產(chǎn)品;并且通過(guò)測(cè)試該產(chǎn)品熱穩(wěn)定性好，結(jié)構(gòu)致密，與純?cè)噭┲苽涞漠a(chǎn)品相比，性能更加優(yōu)異。實(shí)驗(yàn)主要用到鋁灰、高鋁磯土、鐵屑、焦炭粉。將四種原料按一定比例混合并壓制成型，然后高溫下煨燒出成品。

 

鐘鑫宇等在前者的基礎(chǔ)上將鋁灰和菱鎂礦結(jié)合制備鋁鎂尖晶石，研究過(guò)程中主要針對(duì)溫度做了系統(tǒng)的研究，發(fā)現(xiàn)了在不同階梯溫度下的產(chǎn)物組成規(guī)律，并對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行了微觀形貌的檢測(cè)。結(jié)果表明燒成的理想溫度在1400℃，此時(shí)得到的產(chǎn)品具有結(jié)構(gòu)致密、晶粒均勻等特點(diǎn)。

 

李帥等通過(guò)無(wú)害化處理得到預(yù)處理鋁灰，通過(guò)添加氧化鎂試劑燒結(jié)得到耐火材料。結(jié)果表明:理想燒結(jié)溫度為1650℃，燒成材料結(jié)構(gòu)致密，主要物象為鋁鎂尖晶石。

 

3.4 鋁灰合成Sialon陶瓷材料

 

Sialon陶瓷以其良好的性能備受陶瓷界追捧。這一切都源于它有較高的強(qiáng)度和硬度、耐高溫性突出、熱學(xué)性能和電學(xué)性能較為優(yōu)良等。

 

李家鏡將鋁灰和金屬硅按一定比例混合，制得了物相較好的Sialon陶瓷。該陶瓷的各項(xiàng)性能都較為良好，密度、維氏硬度、抗彎強(qiáng)度、斷裂韌性都達(dá)到Sialon陶瓷標(biāo)準(zhǔn)。鋁灰制備Sialon材料給鋁灰的資源化利用提供了新途徑，鋁灰資源得到了有效的循環(huán)利用，同時(shí)制備Sialon的成本也隨之減少，對(duì)于經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和資源多元化利用重要意義。

 

3.5 鋁灰制備氧化鋁類材料

 

3.5.1 鋁灰制備棕剛玉

 

棕剛玉制作的原料鋁磯土資源伴隨著大規(guī)模開采逐漸減少，研究人員發(fā)現(xiàn)鋁灰可以代替鋁磯坯制備棕剛玉。劉瑞瓊等用鐵屑作為澄清劑處理鋁灰，處理后的鋁灰在電弧爐高溫煨燒6~8h，然后冷卻、粉碎、磁選和篩分得到目標(biāo)產(chǎn)品，而制作過(guò)程中預(yù)處理目的是為了使雜質(zhì)SiO2，F(xiàn)e2O3，TiO2等氧化物含量降低。

 

科研人員以固體鋁灰渣為主要原料制備棕剛玉。實(shí)驗(yàn)過(guò)程鋁灰渣與水的質(zhì)量比為1:5，同時(shí)還需加入濃度為15%的氨水，當(dāng)PH值達(dá)到11左右繼續(xù)攪拌，1h后慢慢加入3%的硫酸溶液攪拌使溶液PH值在5~7之間，反應(yīng)0.5h后，洗滌接近中性，濾餅烘干，得到過(guò)濾后產(chǎn)品。將處理后的產(chǎn)品置于1200℃下鍛燒2h后，置于1618℃的電爐中高溫熔煉4~5h，即可出料。

 

兩種方法能大幅度降低棕剛玉中的雜質(zhì)C02排放量，有效減少環(huán)境污染。

 

3.5.2 制備氧化鋁溶膠

 

某公司將鋁灰作為制備氧化鋁溶膠的原料。首先將預(yù)處理過(guò)的鋁灰用濃度為10%~30%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的鹽酸溶液浸泡，溫度70~100℃，持續(xù)約2~10h，攪拌過(guò)后沉淀約4~20h后過(guò)濾；在溫度80~100℃下用氨水和助劑將過(guò)濾后的鋁灰滴溶，然后調(diào)節(jié)pH至8~9，攪拌30min，陳化6~12h后得到氧化鋁凝膠。該法降低了氧化鋁溶膠的生產(chǎn)成本，同時(shí)也解決了鋁灰資源難處理問(wèn)題。

 

3.5.3 合成油墨用氧化鋁

 

油墨用氧化鋁俗稱色淀白，分子方程式一般寫成：，其結(jié)構(gòu)較軟，具有良好的印刷效果，所以長(zhǎng)期用來(lái)作為油墨工業(yè)優(yōu)良的填料。郭海軍將二次鋁灰與含鋁廢硫酸在不同比列下混合制備了油墨用氧化鋁。經(jīng)檢驗(yàn)各項(xiàng)指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。該方法具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，對(duì)解決資源浪費(fèi)和環(huán)境污染問(wèn)題提出了新想法，具有環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的雙重效益。

 

3.6 制備人造沸石

 

沸石具有多孔隙的特點(diǎn)，可以進(jìn)行吸附與離子交換，是一種理想的凈化材料。陳囿任將工業(yè)鋁渣為原料來(lái)制備AlPO4-5型沸石材料，實(shí)驗(yàn)主要步驟:預(yù)處理的鋁渣與磷酸溶液按照一定比例混合，之后加入三乙胺(TEA)攪拌1.5h；攪拌均勻后出現(xiàn)凝膠體，然后在高壓釜中加熱10h得到成品。該實(shí)驗(yàn)在后面加熱的步驟中，使用了不銹鋼高壓釜，其內(nèi)襯的材料為聚四氟乙烯，這樣加熱的目的是為了更好地去除TEA，得到的產(chǎn)物。在實(shí)際應(yīng)用中此沸石材料的性能也非常優(yōu)異，能有效的去除廢水中的雜質(zhì)離子，提供了鋁灰資源利用的新途徑。

 

3.7 鋁灰在建筑方面的應(yīng)用

 

3.7.1 制備陶瓷清水磚

 

陶瓷清水磚具有良好的保溫、隔熱、隔音等性能。徐曉紅等跑通過(guò)實(shí)驗(yàn)將鋁灰作為原料制得了性價(jià)比較高的陶瓷清水磚。實(shí)驗(yàn)原料主要用到鋁灰以及不同成分的燒成助劑，將兩者混勻后，通過(guò)壓樣機(jī)在不同壓力下壓制成型，后面鍛燒制備出成品。結(jié)果表明:利用該方法燒制的陶瓷清水磚性能優(yōu)良，具有較高的強(qiáng)度、吸水率。將廢鋁灰作為生產(chǎn)陶瓷清水磚的原料，可大大降低生產(chǎn)成本，而且制備的產(chǎn)品性能優(yōu)良，為鋁灰的回收利用開辟了新途徑。

 

3.7.2 制備硫鋁酸鹽水泥

 

硫鋁酸鹽水泥以優(yōu)良性質(zhì)被廣泛應(yīng)用，具有高抗?jié)B、高抗凍、耐腐蝕等優(yōu)良性質(zhì)。王文龍等將四種固廢原料混合來(lái)制備硫鋁酸鹽水泥，分別為脫堿赤泥、脫硫石膏、鋁灰、電石。實(shí)驗(yàn)需要對(duì)預(yù)料進(jìn)行預(yù)處理去除其中的雜質(zhì)元素。實(shí)驗(yàn)分為三個(gè)階段，一階段先對(duì)混合料進(jìn)行濕法粉磨;二階段，對(duì)其實(shí)行均化壓濾，然后制得的硫鋁酸鹽水泥生料。之后對(duì)成分校正，得到漿液;然后將漿液壓濾，去除多余的水分，在回轉(zhuǎn)窯中鍛燒得到硫鋁酸鹽水泥熟料。研究發(fā)現(xiàn)，鍛燒溫度為1250-1300℃時(shí)效果理想。

 

3.7.3 制備路用材料

 

固廢作為路用材料已經(jīng)屢見不鮮，袁向紅等倒在實(shí)驗(yàn)室條件下將鋁灰、石灰、統(tǒng)砂三種材料進(jìn)行配比，并做了大量實(shí)驗(yàn)，后面得到了合理的配比工藝。鋁灰、石灰、統(tǒng)砂理想配比方案為17:7:76。對(duì)全實(shí)驗(yàn)組進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，主要影響強(qiáng)度的為鋁廢渣的加入量，其次是石灰和統(tǒng)砂。在對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用時(shí)，應(yīng)注意在不同的交通負(fù)荷下，路面能承受的壓力的上限值來(lái)進(jìn)行配料。鋁灰作為路用材料還在起步階段，實(shí)驗(yàn)效果良好，但還應(yīng)該進(jìn)行跟進(jìn)實(shí)驗(yàn)，同時(shí)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中還存在很多問(wèn)題，如對(duì)于環(huán)境還有一定量的污染冰消耗量大等問(wèn)題都有待解決。

 

3.7.4 制備微晶玻璃

 

焦志偉等以二次鋁灰作為主要原料，制備出以鈣長(zhǎng)石、硅灰石、透輝石為主晶相的微晶玻璃。實(shí)驗(yàn)通過(guò)熔融法，經(jīng)500℃退火、在780℃核化、然后在880℃晶化熱處理后制得成品。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:鋁灰含量在30%時(shí)微晶玻璃主晶相為硅灰石，隨著鋁灰含量不斷增加，主晶相由石灰石逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)殁}長(zhǎng)石，硬度也逐漸加強(qiáng)，耐酸腐蝕性逐漸降低，耐堿腐蝕性逐漸增強(qiáng)。

 

3.8 鋁灰在環(huán)境方面的應(yīng)用

 

3.8.1 制備硫酸鋁

 

硫酸鋁作為常用絮凝劑中的一種，對(duì)于污水的處理和飲用水的提純具有優(yōu)良的效果?？滴耐ǖ劝压I(yè)硫酸和鋁灰按一定比例混合，實(shí)驗(yàn)開始將兩者混合物加熱，當(dāng)溫度達(dá)到80℃時(shí)對(duì)溶液進(jìn)行氧化處理，添加高猛酸鉀和添加劑，混合溶液開始變色，煮沸30min，冷卻至50℃，過(guò)濾;將濾液濃縮，升溫至119℃時(shí)，停止加熱。然后經(jīng)冷卻、粉碎得到產(chǎn)物硫酸鋁。該法制作工藝簡(jiǎn)單，成本低，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

 

3.8.2 制備聚合氯化鋁（PAC）與聚合氯化鋁鐵（PAFC）

 

聚合氯化鋁（PAC）與聚合氯化鋁鐵（PAFC）適用于多種污水廢水的處理，以及水質(zhì)的凈化。胡保國(guó)與韓文愛等通過(guò)對(duì)鋁灰進(jìn)行酸法處理，前者通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)，得到了鋁灰制備PAC的理想工藝路線及參數(shù)，廢水中的COD去除率能達(dá)到65%；后者在酸處理后，還需氧化、濃縮，然后調(diào)節(jié)pH，得到氯化鐵溶液，然后將其烘干，可得到目標(biāo)產(chǎn)品PAFC。

 

石家力等在上述的基礎(chǔ)上通過(guò)設(shè)置溫度，將水洗后的酸浸渣在70℃下聚合，聚合pH值為3.0，時(shí)間5h，然后得到氧化鋁含量、鹽基度分別為9.09%和46.30%，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。聚合氯化物大體工藝路線相似，然后得到的產(chǎn)品效果好，適合工業(yè)大規(guī)模處理，但其中廢水處理不當(dāng)會(huì)造成水資源的二次污染，進(jìn)而還需配備相應(yīng)的廢水處理的設(shè)備。

 

3.8.3 新型無(wú)機(jī)-有機(jī)高分子復(fù)合絮凝劑

 

近年來(lái)，隨著有機(jī)高分子復(fù)合絮凝劑的大規(guī)模發(fā)展，制備高分子復(fù)合絮凝劑的原料種類也是越來(lái)越繁多，越來(lái)越復(fù)雜，如現(xiàn)階段應(yīng)用較為廣泛的聚合氯化鋁和聚合硫酸鐵。陳仲清等以鋁灰為基礎(chǔ)材料制造出一種新型復(fù)合絮凝劑。實(shí)驗(yàn)需將鋁灰進(jìn)行預(yù)處理，用到超聲波加熱分散，還要用

 

到兩種藥品進(jìn)行水解，一種是聚丙烯酰胺溶液，另一種是碳酸氫鈉固體，水解后得到目標(biāo)產(chǎn)物。目標(biāo)產(chǎn)物性質(zhì)：利色度去除率高達(dá)95%，CODCr去除率達(dá)到90%。

 

3.8.4 制備硅酸鹽基臭氧氧化催化劑

 

催化臭氧氧化技術(shù)近年來(lái)高速發(fā)展，是一種理想環(huán)保的污水處理技術(shù)。李強(qiáng)等以工業(yè)廢棄鋁灰為主要原料，通過(guò)浸漬預(yù)處理，采用滾動(dòng)成型工藝制備臭氧氧化催化劑。結(jié)果表明:此催化劑為多孔結(jié)構(gòu)，各元素分布均勻，主要活性組分為a-Fe2O3，并且COD去除率可以達(dá)到90%，催化劑可以多次重復(fù)使用，較為穩(wěn)定。

 

3.9 制備氫氣

 

Huang等對(duì)鋁灰水解產(chǎn)物進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生氣體主要為氫氣。實(shí)驗(yàn)主要圍繞著鋁灰在密閉容器中與水的反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)通過(guò)設(shè)置溫度和密閉環(huán)境，探究了在缺乏氧氣時(shí)鋁灰產(chǎn)生的氣體成分。其生成的氣體大多數(shù)為氫氣，約占80%，還有部分甲烷。研究結(jié)果表明鋁灰氣可以作為能源加以利用，具有重要的指導(dǎo)意義。另一研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)0.5mol/L的氫氧化鈉溶液可以破壞鋁表面的氧化保護(hù)層，在40℃條件下利用鋁-水反應(yīng)90min，可釋放出原料中鋁化學(xué)當(dāng)量的氫氣，每摩爾鋁可釋放的氫氣的量為1.5mol，而產(chǎn)生的浸出渣則在900℃下加熱4h，回收氧化鋁。

 

04.結(jié)論

 

鋁灰作為二次資源循環(huán)利用，將有效的解決資源短缺問(wèn)題，而目前鋁灰應(yīng)用三大難以解決的問(wèn)題：⑴鋁灰中的毒素元素難以處理;(2)提鋁方法和設(shè)備自動(dòng)化程度低，處理過(guò)程易產(chǎn)生廢氣，環(huán)保問(wèn)題突出；(3)二次鋁灰資源轉(zhuǎn)化制備絮凝劑、高溫耐火材料、陶瓷材料等過(guò)程資源利用率不夠高，還需外配純?cè)噭┗蚱渌牧?。針?duì)上述問(wèn)題，需提出可行辦法。一次鋁灰提取金屬鋁，可將濕法與火法處理相結(jié)合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)回收金屬鋁無(wú)害清潔化生產(chǎn);對(duì)于二次鋁灰資源化利用，因結(jié)合本地其他種類固廢資源，取代純?cè)噭┑氖褂?，減少生產(chǎn)成本。一旦鋁灰可作為原料制備多種材料，將對(duì)社會(huì)貢獻(xiàn)出巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和環(huán)保價(jià)值，對(duì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和國(guó)民經(jīng)濟(jì)具有重大意義。