鋁灰渣資源化 助力鋁工業生態現代化
鋁灰渣是鋁材加工行業產生的典型固體廢物，具有反應性和浸出毒性，因而被列入危險廢物管理名錄。
“二次鋁灰渣利用價值低，列入危廢管理名錄之前，企業對于鋁灰渣的處理方式通常是傾倒或者填埋。”廣東省科學院資源利用與稀土開發研究所教授級高級工程師曹洪楊提到，鋁灰渣目前雖然已經全部被作為危險廢物進行管理，但是鋁灰渣的無害化再利用在鋁行業鮮有重大課題研究。加上目前全國各地鋁灰渣種類繁多、化學成分差異巨大，鋁企業往往又缺乏技術和裝備，導致大量鋁灰渣被當作普通垃圾處理或被囤積在庫房中。
“鋁灰渣中所含有的氮化鋁具有較高的反應活性，遇水或與潮濕的空氣接觸，極易發生水解反應生成氫氧化鋁和有毒有害的氨氣，由此造成對空氣的污染。”廣東省環境科學研究院高級工程師王中慧介紹說，鋁熔煉過程還需加入精煉劑，其中含有鉻、銅、鎂、鐵氟，特別是含有氟化物，這些物質殘留在鋁灰渣中極易導致浸出毒性超標，造成土壤和水體環境污染。
目前，隨著鋁灰渣被納入危險廢物管理名錄管理，各地對鋁灰渣的監管不斷收緊，相關科研單位及處理處置企業開始聚焦鋁灰渣處理問題，針對其特性積極探索相關處理處置方式，努力實現鋁灰渣的減量化、無害化、資源化處理。
一次鋁灰渣減量化處理
鋁灰渣按照處理程度的不同可分為一次鋁灰渣和二次鋁灰渣。一次鋁灰渣為鋁發生融熔的工序后直接排出的灰渣，其特征為金屬鋁的含量較多。二次鋁灰渣為一次鋁灰渣經回收金屬鋁后的灰渣，相對一次鋁灰渣其中的金屬鋁含量顯著降低，其他物質的含量明顯增加。
企業對一次鋁灰渣進行處理，回收金屬鋁
“處理一次鋁灰渣的主要目的是回收有價金屬鋁。”曹洪楊表示，從經濟角度考慮，回收鋁灰渣中的鋁是效益最高的選擇，除非能生產出高品質的納米氧化鋁，否則回收其他產品是無法達到盈利的。
對金屬鋁進行回收，實際上也實現了減量化目的。據王中慧介紹，目前很多企業回收一次鋁灰渣中金屬鋁的方法為炒灰回收法，工藝過程是鋁灰渣和熔劑混合后投放到一個傾斜的鐵鍋中進行回收提取。由于鋁灰渣自身具有較高的熱量，人工用鐵鍬進行翻炒，在翻炒攪拌的過程中，鎂等物質持續氧化放出熱量，產生的熱量使金屬鋁處于熔融狀態，在重力的作用下，熔融鋁水從底部流出加以回收，金屬鋁的回收率比較高。
該方法操作過程簡易方便，但很多企業屬于敞開式作業，作業過程中會有大量的粉塵和鹽霧產生，會對環境和操作工人身體健康造成危害。筆者在走訪企業時發現，部分企業也開始使用機械化炒灰模式，即對鋁灰渣處理工藝及設備進行研發，推出一套較為成熟的鋁灰渣處理系統，經過鋁灰渣分離機處理后的鋁灰渣以及沒有經過分離的冷鋁灰渣可以再經過破碎、過篩和熔化等工序。直至鑄造為成品鋁錠，從而將鋁灰渣處理得相當干凈。王中慧提到，目前也有不少企業采用球磨機的方式對一次鋁灰渣進行球磨，然后提取回收其中的金屬鋁。
據專家介紹，回收了金屬鋁后鋁灰渣可解決危險特性，在除去氮化鋁后，鋁灰渣便可消除潛在危險，當成一般固廢處理后，可用作水泥制品及陶瓷原料（成分與陶瓷泥接近），甚至可以當成鋁土礦回收利用。
二次鋁灰渣無害化處置
二次鋁灰渣由于金屬含量較低，利用價值不高，通常采用無害化處理，目前主要是通過協同處置進行處理，用于制作建筑材料或者水泥。
制備建筑材料的方法是以鋁灰渣為主要原料，并加入石英、黏土等可降低燒成溫度的添加劑進行生產。獲得的清水磚氣孔率和耐壓強度良好，是傳統黏土燒結磚的理想替代品。也可以將鋁灰渣、鋁污泥和氧化鋁為原料制備鋁酸鈣水泥，制備出的鋁酸鈣水泥的各項性能指標均可達到國際水泥行業標準。
專家也提醒，鋁灰渣中含有一定量的氯鹽、重金屬和氟化物等，會影響產品強度、耐腐蝕性等性能，尤其氮化鋁的水解對大氣環境產生惡劣影響，依然需要進行預處理后才能使用。
曹洪楊還提到，二次鋁灰渣的處理也可以通過酸浸、堿浸、洗滌等方式，去除其中的氮化物、氟化物、鹽分等雜質后得到無害化的鋁灰渣再進行安全填埋。從資源化利用角度來看，脫除有毒有害物質后，二次鋁灰渣經過高溫或冷加工還能制成不同的產品，如鋼爪保護環、棕剛玉磨料、精煉劑和凈水劑等，或是返回電解槽作為電解鋁原料。
“無害化處理要關注二次污染問題，要對處理過程中可能產生的氨氣進行有效控制和回收，如果是用酸浸和堿浸等方式處理的，還要對廢水進行處理。”曹洪楊強調說。
對此，王中慧也表示，鋁灰渣處置必須要注意不能產生次生污染，不超標排放。“處理后的殘余固廢要做危廢鑒別，確定不是危廢之后才可以當作一般固廢來處置。”
資源化利用是較好選擇
規范貯存鋁灰渣
“鋁灰渣資源化利用是鋁工業生態現代化的重要課題。”曹洪楊表示，鋁灰渣含有大量非冶金級氧化鋁，是寶貴的資源，通過嚴格分類區別，完全可以根據其自身屬性，選擇合適的工藝技術實現鋁灰渣無害化直接利用，更可以實現高值化利用，釋放潛在的巨大生態環境效益和經濟價值。
據介紹，2019年云南文山鋁業有限公司建成的鋁灰渣資源化利用生產線，是與中南大學合作，結合冶金、化工、環保等多學科的科技示范項目，采用“一段溶出+二段燒結”創新工藝流程，每年可實現無害化、資源化處理鋁灰渣3萬噸，增產氧化鋁2萬噸，消除氧化鋁系統有機物1000噸、副產品氫氣近300萬標準立方米。標志著行業鋁灰渣處置進入一個無害化資源化循環利用階段。
2020年，浙江美臣新材料科技有限公司通過與上海大學錢光人固廢研究團隊合作，形成具有企業自主知識產權的鋁灰渣預處理、多級分類資源利用、廢水廢氣廢物污染控制與零排放關鍵技術完整的技術鏈。這項先進適用技術主要是通過高效的脫氨固氟的關鍵技術突破，消除了鋁灰渣的反應性，并生產出礦粉摻合料、水泥磚等產品，實現了鋁灰渣的資源化循環利用。
在佛山，目前廣東省科學院資源利用與稀土開發研究所正在嘗試利用城市生活垃圾焚燒產生的飛灰與鋁灰渣進行協同處理，在實現以廢治廢的同時，提升飛灰及鋁灰渣的資源利用率。
曹洪楊介紹，單獨處置垃圾焚燒飛灰，可以直接分離氯鹽、重金屬，同時生產硫酸鈣晶須產品。若有鋁資源，脫毒脫色的飛灰濾渣可生產附加值更高的鋁磷酸鹽聚合物產品。鋁磷酸鹽聚合物產品具有高強度、高韌性、低固化溫度，具有良好的加工性能，可做成陶瓷制品、擠壓型材等。
從技術創新角度來看，該項目針對所處理的垃圾焚燒飛灰、鋁型材鋁灰渣、鉻鎳鋁泥和酸堿廢液特點，采用了新的氧化劑和絡合劑，特定的沉淀微粒聚集結構轉型除雜，去除廢物水溶性鹽和重金屬元素、氧化二噁英和水溶性有機物，鋁鹽縮聚、鰲回包覆、蒸汽固化穩定殘留的有害成分。
該項目采用煙氣余熱和廢水聯合資源化回收，使沉淀廢水循環回用，從工藝上解決高鹽氨氮廢水排放問題。根據流程所產生廢物的特點，可以副產氯化鈉、硫酸鈉和硫酸銨，并對絡合劑循環回用，環保控制能力強，有力地配合政府綠色制造工業園區建設，適應了區域企業發展和環境保護的要求。創新脫毒鐵鋁濾渣資源化回收產品形態，生產附加值和市場需求量更大的鋁磷酸鹽粘接劑、纖維狀顏填料和柔性陶瓷材料，克服了鐵鋁濾渣產生凈水劑附加值低和產生廢渣的缺陷。而且項目所使用的原材料主要來源于廢品，成本優勢明顯。
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