鋁灰的資源化利用前景廣闊

    俗稱的鋁灰,或者說鋁灰渣是指鋁電解、鋁加工及再生鋁加工過程中排出的固體廢棄物.近年來,面對日益嚴竣的環境形勢,鋁行業危廢鋁灰的處置成為了業內的焦點問題.

    2017年我國電解鋁產量為3227萬噸,鋁加工產量為5832萬噸,再生鋁產量為690萬噸.據調查,電解槽大修排灰渣量約為電解鋁產量的0.5%,約為16萬噸.電解鋁排灰量約為電解鋁產量的1.2%,約為39萬噸.鋁加工排灰量約為產量的1.5%,約為88萬噸.再生鋁加工排灰量約為再生鋁加工產量的10%,約為69萬噸.據此估算我國每年廣義的鋁灰量約為200多萬噸.如將現已排出的鋁灰計算在內,我國的鋁灰量超過1000萬噸.

    2016年6月原環境保護部、國家發改委、公安部聯合發布的自2016年8月1日起施行的新版《國家危險廢物名錄》中將電解鋁過程中電解槽維修及廢棄產生的廢渣;鋁火法冶煉過程中產生的初煉爐渣;電解鋁過程中產生的鹽渣、浮渣;鋁火法冶煉過程中產生的易燃性撇渣列為危險廢物.

    因此,從我國的國情出發,審視鋁灰的處置現階段所存在的問題,探討如何資源化利用鋁灰成為了目前我國鋁行業必須面對和正視的問題.

    鋁灰的特點集中體現在三個方面:具有毒性,多數屬危廢;數量較大,我國每年的排出量數百萬噸級;有金屬鋁、鋁的化合物及熱能,潛在價值高.

    國內的一次鋁灰由于其中的金屬鋁含量較高,具有經濟價值而作為一種資源為企業重視和處理.鋁灰的潛在價值主要體現在其所含的金屬鋁、氧化鋁、氟化鹽以及其蘊含的熱能等.以我國的年排出量200萬噸為計算基數,以鋁灰中金屬鋁占50%、氧化鋁占30%、氟化鹽占10%約計,以陰極炭塊中炭占50%,發熱量按4000kcal/kg約計,氟化鹽占30%,陽極炭渣中氟化鹽占70%,碳占30%,參考現行的價格計算,鋁灰的潛在價值約150億元.

    而二次鋁灰作為一次鋁灰提鋁后的剩余物,在環保稅實施前,由于國內缺乏技術上先進、成熟,經濟上投資少、效益高的處置項目而被拋棄或掩埋,既浪費了資源,又污染了環境,與當今綠色發展的理念極不相稱.從二次鋁灰、廢陰極炭塊、陽極炭渣、電解槽防滲料、耐火料、鋁加工的污泥等每個分項數量、性質、成份、潛在價值等方面看,鋁灰資源化利用的關鍵在于二次鋁灰.因此,時代呼喚先進、成熟,經濟上投資少、效益高的處置技術盡快面世推廣.

    國外對鋁灰的研究主要集中在歐美日等發達國家.歐洲集中在意大利和西班牙,美國集中在美國阿貢國家實驗室(簡稱ANL)和鹽博大科技有限公司,而日本相關公司的研究主要體現在AD粉上.再生鋁加工的鋁灰研究并產業化的代表性公司是意大利的安奇泰克技術有限公司,該公司早在40年前就開發出了一種再生鋁灰的回收系統,經過近幾十年的完善,已在歐洲建成了幾家工廠.

    國內從事鋁灰開發研究的科研單位分別為中國科學院、北京礦冶科技集團有限公司、鄭州有色金屬研究院、云南昆明冶金研究院等,高校中涉及鋁灰研究的主要分布在東北大學、中南大學、江西理工大學、同濟大學、南通大學等;企業中涉及鋁灰研究的主要為山東鋁業公司、山東鋁暉環?？萍加邢薰?、淄博海慧工程設計咨詢有限公司、淄博德力鑫環保新科技有限公司、北京科林澤環?？萍加邢薰尽⒑现写笠苯鹪O計有限公司、鄭州中綠環保新材料有限公司、鄭州經緯科技實業有限公司、沈陽銀海再生資源科技有限公司等,總數約20余家.

    北京礦冶科技集團有限公司、鄭州有色金屬研究院、湖南中大冶金設計有限公司等單位在炭渣、陰極炭塊、大修渣等方面基本實現了產業化.目前淄博?；酃驹诙武X灰產業化方面,已經具有年處理1萬噸二次鋁灰,對應年產2萬噸干基聚鋁;年處理3萬噸二次鋁灰,對應年產6萬噸鋁酸鈣粉和年處理4萬噸二次鋁灰,年產10萬噸硫鋁酸鹽水泥的中試線,且實現了穩定的生產和收益.基本實現了生產過程"零"排放.并已經專門注冊了山東鋁暉環保科技有限公司,對接了魏橋鋁業,返電解槽的驗證協議已經簽訂,產業化工作正在進行之中.

    但是縱觀整個我國鋁行業危廢處置,目前整體基本處于初級階段,成熟且具有社會、環境、企業經濟效益三統一,并為業內人士所認可的試驗、示范、生產線尚需時間完善,鋁灰的資源化利用可謂任重道遠.

    鋁灰資源化利用具有三個原則,一是"三化"原則,即無害化、減量化、資源化.二是"三統一"原則,即社會效益、環境效益、企業經濟效益的統一.三是"三要素"原則,即數量、效益、二次污染——從數量上體現zui大限度的利用,從效益上體現高的產值附加值,從環保上體現無二次污染.

    廣義鋁灰中可利用的成分主要有金屬鋁、氧化鋁、氟化鹽、炭以及耐火、保溫材料中所含的二氧化硅、氧化鈣等物質.其價值就是根據其不同性質加以利用,實現其保值增值.

    對于鋁灰資源化利用的方向,筆者認為,富含氧化鋁、氟化鹽的二次鋁灰經處理后首 選返電解槽,可用于生產鋁酸鈣粉和凈水劑,還可用于生產特種水泥;富含碳熱能和氟化鹽的陰極炭塊和含有一定量氧化鋁、二氧化硅等的電解槽防滲料、耐火料等應作為水泥生產的原料及燃料;富含氫氧化鋁的鋁加工的污泥應作為凈水劑的原料;其次,二次鋁灰適宜的工藝是先除氮,然后通過酸浸的辦法除雜,并將主成份氧化鋁和氟化鹽一同返電解槽,同時副產聚合氯化鋁.第三,陰極炭塊適宜的去處是作為水泥的燃料和原料、鋁業自備電廠流化床鍋爐的燃料,或者作為燒結法氧化鋁生產窯爐的燃料和脫硫劑.上述方面山東鋁業公司已做過大量的工作,并積累了相當的經驗.此外,對于陽極炭渣而言,zui適宜的去處是作為水泥的燃料和原料,還可以嘗試加入到陽極生產之中;同時,大修渣zui適宜的去處是作為水泥的原料,鋁加工污泥zui適宜的去處是作為凈水劑聚合氯化鋁的原料.

    與此同時,鋁灰資源化利用還存在諸多問題,如鋁灰危固廢界定,具體細則尚未完成,目前還在研究、制訂之中;二次鋁灰返電解槽聯產聚合氯化鋁凈水劑過程中涉及氫氣爆炸的安全問題;產品質量問題以及環保標準問題.其中,安全問題通過研究,目前已找到了經濟且實用的技術方法,可以有效地防止氫氣爆炸,確保生產安全.

    雖然鋁灰的資源化利用仍存在諸多問題,但可以肯定的是,我國鋁灰的資源化利用前景將非常廣闊.從國家政策層面看,黨和政府已經把綠色發展作為當前和今后的發展方向,并實施了史上zui嚴厲的稅收,每噸鋁灰征收1000元環保稅倒逼鋁灰的資源化利用;從資源的角度看,我國作為電解鋁、鋁加工、再生鋁加工產能、產量全球第 一的鋁業大國,巨大的鋁灰體量將為資源化利用提供廣闊的市場空間.