2017年我国电解铝产量为3227万吨,铝加工产量为5832万吨,再生铝产量为690万吨。据调查,电解槽大修排灰渣量约为电解铝产量的0.5%,约为16万吨。电解铝排灰量约为电解铝产量的1.2%,约为39万吨。铝加工排灰量约为产量的1.5%,约为88万吨。再生铝加工排灰量约为再生铝加工产量的10%,约为69万吨。据此估算我国每年广义的铝灰量约为200多万吨。如将现已排出的铝灰计算在内,我国的铝灰量超过1000万吨。2016年6月原环境保护部、国家发改委、公安部联合发布的自2016年8月1日起施行的新版《国家危险废物名录》中将电解铝过程中电解槽维修及废弃产生的废渣;铝火法冶炼过程中产生的初炼炉渣;电解铝过程中产生的盐渣、浮渣;铝火法冶炼过程中产生的易燃性撇渣列为危险废物。因此,从我国的国情出发,审视铝灰的处置现阶段所存在的问题,探讨如何资源化利用铝灰成为了目前我国铝行业必须面对和正视的问题。铝灰的特点集中体现在三个方面:具有毒性,多数属危废;数量较大,我国每年的排出量数百万吨级;有金属铝、铝的化合物及热能,潜在价值高。国内的一次铝灰由于其中的金属铝含量较高,具有经济价值而
作为一种资源为企业重视和处理。铝灰的潜在价值主要体现在其所含的金属铝、氧化铝、氟化盐以及其蕴含的热能等。以我国的年排出量200万吨为计算基数,以铝灰中金属铝占50%、氧化铝占30%、氟化盐占10%约计,以阴极炭块中炭占50%,发热量按4000kcal/kg约计,氟化盐占30%,阳极炭渣中氟化盐占70%,碳占30%,参考现行的价格计算,铝灰的潜在价值约150亿元。而二次铝灰作为一次铝灰提铝后的剩余物,在环保税实施前,由于国内缺乏技术上先进、成熟,经济上投资少、效益高的处置项目而被抛弃或掩埋,既浪费了资源,又污染了环境,与当今绿色发展的理念极不相称。从二次铝灰、废阴极炭块、阳极炭渣、电解槽防渗料、耐火料、铝加工的污泥等每个分项数量、性质、成份、潜在价值等方面看,铝灰资源化利用的关键在于二次铝灰。因此,时代呼唤先进、成熟,经济上投资少、效益高的处置技术尽快面世推广。国外对铝灰的研究主要集中在欧美日等发达国家。欧洲集中在意大利和西班牙,美国集中在美国阿贡国家实验室(简称ANL)和盐博大科技有限公司,而日本相关公司的研究主要体现在AD粉上。再生铝加工的铝灰研究并产业化的代表性公司是意大利的安奇泰克技术有限公司,该公司早在40年前就开发出了一种再生铝灰的回收系统,经过近几十年的完善,已在欧洲建成了几家工厂。国内从事铝灰开发研究的科研单位分别为中国科学院、北京矿冶科技集团有限公司、郑州有色金属研究院、云南昆明冶金研究院等,高校中涉及铝灰研究的主要分布在东北大学、中南大学、江西理工大学、同济大学、南通大学等;企业中涉及
铝灰研究的主要为山东铝业公司、山东铝晖环保科技有限公司、淄博海慧工程设计咨询有限公司、淄博德力鑫环保新科技有限公司、北京科林泽环保科技有限公司、湖南中大冶金设计有限公司、郑州中绿环保新材料有限公司、郑州经纬科技实业有限公司、沈阳银海再生资源科技有限公司等,总数约20余家。北京矿冶科技集团有限公司、郑州有色金属研究院、湖南中大冶金设计有限公司等单位在炭渣、阴极炭块、大修渣等方面基本实现了产业化。目前淄博海慧公司在二次铝灰产业化方面,已经具有年处理1万吨二次铝灰,对应年产2万吨干基聚铝;年处理3万吨二次铝灰,对应年产6万吨铝酸钙粉和年处理4万吨二次铝灰,年产10万吨硫铝酸盐水泥的中试线,且实现了稳定的生产和收益。基本实现了生产过程“零”排放。并已经专门注册了山东铝晖环保科技有限公司,对接了魏桥铝业,返电解槽的验证协议已经签订,产业化工作正在进行之中。
铝灰可以产生氢气、氨气、甲烷、硫化氢等气体。每千克铝灰能够释放0.25~1.17L气体[5]。虽然气体量较少,且经济效用一直受到质疑,但是近年来,国内外专家学者开始注重铝灰整体资源化研究,气体作为资源化的一种产品,使之成为各种气体的潜在来源。MESHRAM[23]等研究了利用氢氧化钠溶液从铝灰中回收氢气的技术,结果表明,细颗粒的铝灰更容易生成氢气,这是因为其具有更大的表面积,尽管细颗粒铝灰中金属铝含量低于粗颗粒。DAVID[24]研究表明,将铝灰破碎、研磨至45μm,破坏掉包裹在金属铝外的氧化铝膜后,以氢氧化钠和氢氧化钾为催化剂,在室温环境下,氢气的回收率可达100%。BR
UCKARD[8]研究发现,氨气更容易在pH>8的碱性溶液中生产,在pH<8的溶液中主要是氨水形式存在。PICKENS[25]发明了一种铝灰制备铝酸钙的工艺,先对铝灰进行破碎研磨,利用水浸实现铝灰中可溶物与不溶物分离,从可溶物中回收盐,不溶物主要组成为氧化铝及少量的镁、硅氧化物,基本不含氮化铝和金属铝。在不溶物中添加一定量的氧化钙,并在1093~1193℃下烧成铝酸钙,其可用于脱除高质量钢中的有害元素硫。刘万超等[26]也报道了铝灰制