铝灰资源一化研究新进展

铝灰主要产生于铝电解、铝灰铝( 含再生铝) 加工等所有铝发生融熔的资源工序。近年来，化研我国金属铝工业发展迅速，究新进展产能和产量连续多年位列世界第一，铝灰 2017 我国电解铝的资源产量为 3227 万吨，占世界总产量的化研57%。据保守估计，究新进展电解铝、铝灰铝加工、资源再生铝行业每年排出的化研铝灰数量超过 300 万吨，加上多年来堆存及掩的究新进展累计堆存数量已愈千万吨。铝灰的铝灰大量堆弃和填埋不仅占用大量的土地资源，而且对当地环境产生严重的资源威胁。新版的化研《国家危险废物名录》已将有色金属铝冶炼排出的铝灰列为毒性危险废物及易燃性危险废物，因此对铝灰进行处理、实现有效综合利用已成为铝工业实现可持续发展亟待解决的问题。 

1 铝灰的分类及利用途径

铝灰按照其处理程度的不同可分为一次铝灰和二次铝灰。一次铝灰为铝发生融熔的工序直接排出的灰渣，其特征为金属铝的含量较多。二次铝灰为一次铝灰经回收金属铝后的灰渣，相对一次铝灰其中的金属铝含量显著降低，其他物质的含量明显增加。表 1 为一次铝灰和二次铝灰的主要化学组成，可以看出铝灰主要由金属铝、氧化铝、氮化铝和氧化镁组成，其中氧化镁主要以铝镁尖晶石的形式存在。此外，由于铝电解采用冰晶盐体系生产金属铝，铝灰中还含有一定量的其他氧化物、盐和氟化物。铝灰与水接触后，其中的氮化铝易水解产生气味难闻的氨气污染空气、氟化物水解产生氟化氢危害人体健康。基于铝灰的化学组成及性质，对其进行有效处理、实现绿色资源的研究方向应考虑以下两点: 

一、采用简单经济的方法实现氧化铝的有效分离;

二、采用有效的方法利用其中的氮、氟等元素。现有文献介绍的利用铝灰的途径主要为回收金属铝，制备建筑材料、耐火材料、化工原料、氢氧化铝微粉等。

2 铝灰资源化的利用方法

2． 1 一次铝灰的回收方法

处理一次铝灰的主要目的是回收有价金属铝，根据 处 理 方 式 的 差 异 主 要 分 为 炒灰回收法、 ALUＲEC ( Aluminium Ｒecycling) 法、倾动回转炉处理法、MＲM ( Metal Ｒecycling Machine) 法、等离子体速熔法和压榨回收法。

炒灰回收法的工艺过程为将铝灰和熔剂混合后投放到一个倾斜的铁锅中，由于铝灰自身具有较的热量，人工用铁锹进行翻炒，在翻炒搅拌的过程中，镁等物质持续氧化放出热量，产生的热量使金属铝处于熔融态，在重力的作用下，熔融铝水从底部流出加以回收，金属铝的回收率比较高。该方法操作过程简易方便，但由于其是敞开式作业，过程中会有大量的粉尘和盐雾产生，会对环境和操作工人身体健康造成危害。 

ALUＲEC ( Aluminium Ｒecycling) 法是目前国内外普遍采用的回收一次铝灰的方法，是由丹麦阿加公司( AGA) 、曼公司( MAN) 和霍戈文斯铝业公司联合开发的，可通过较低的能耗获得更高的热效率。采用回转式熔化炉，以天然气为燃料富氧燃烧，在很短时间内达到熔化铝所需的温度，铝熔化后富集在回转炉底部，非金属渣浮于铝熔体上面。该工艺具有热效率高、自动化程度高、工人劳动强度低和环境友好等优点，但铝回收率低于炒灰回收法，残余铝灰还需进一步处理。

倾动回转炉处理法的工艺过程为将铝灰和溶剂充分混合后装入带有一定斜角的回转炉中，铝灰中的铝经高温熔融后从放料口被收集后运送到铸造工序。倾动回转炉的工作流程包括装入熔剂、熔化熔剂、装入铝灰、熔化铝灰、放出铝水、回收使用过的熔剂或盐饼等。该方法可避免外部空气的吸入，保证炉内的还原性气氛，提高物料均匀度和热传导效率。 

MＲM( Metal Ｒecycling Machine) 法是日本铝工业发展初期所使用的方法，其工艺过程为把热铝渣直接送入带有搅拌装置的设备中，使铝熔体沉积于设备底部，加入熔剂放出热量，使渣保持铝熔化所需温度。剩余的铝渣可进一步进行筛选、粉碎、熔化进行二次处理。为降低金属铝的损失，在系统中通入氩气，使搅拌和铝回收的全过程在氩气保护下进行，就形成了改良的 MＲM 工艺流程，该法的铝烧损率降低到 4% ，铝回收率达 91% 。

等离子体速熔法的工艺过程为使用等离子喷枪在倾动炉内熔炼铝浮渣。铝灰被快速加热至所需温度，铝灰中的金属铝熔化后流入炉底，通过出料口排出。该工艺铝回收率大于 90% 。同时在流程中加入氧化钙，生成熔融铝的密度比铝酸钙密度低，在炉内分为两层，可同时铝水和铝酸钙两种产品。该工艺的特点是不添加盐类熔剂，产生的铝酸钙渣料可作为商品出售给水泥或氧化铝企业。

压榨回收法的原理是将热铝灰装入机器，然后施加静压或动压，将熔融铝挤压出来。具有代表性的工艺主要有阿尔特克国际公司( Altek Internation- al) 开发" The Press"。该方法不需要铝灰预先冷却工序，具有工艺简单、投资低、操作与维护费用低、劳动强度低和自动化程度高等优点。该工艺在美国和日本的一些企业的应用效果很好，但国内企业应用效果较差。

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