铝灰（渣）该的处理与利用技术

铝灰是电解铝、铸造铝、再生铝冶金熔融过程中漂浮在铝液上层的浮渣、撇渣，包括后续炒灰、球磨等处理过程后剩余的残渣，尤其最后的残渣，是完完全全的铝灰。铝灰（渣）是以金属铝和非金属氧化物为主，其中氧化铝通常占到60%以上，其他氧化物包含氧化硅、氧化镁、氧化钠、氧化铁、氧化钙、氮化铝等。仅这一个等字，囊括了铝灰还有比上述更多的元素，也就是说铝灰成份复杂，其实每个企业产出的铝灰也是不一样的。今

一、铝灰的来源

 

 

铝灰是电解铝或铸造铝生产工艺中产生的熔渣经冷却加工后的产物，其主要成分为金属铝w (Al) 15 %～20 %，三氧化二铝和二氧化硅等。不同来源的铝灰成分会有所差别，按照金属原料的来源可分为以下四类。

1、电解铝铝灰：以液态电解铝水为原料，采用短流程熔炼工艺生产的铝锭、铝棒、铝板带、铝杆等铸锭坯料，在熔炼工序中产生的固体废弃物。

2、熔铸铝灰：以重熔铝锭为原料，经过熔炼工艺生产铝锭、铝棒、铝板带、铝杆等铸锭坯料，在熔炼工序中产生的固体废弃物。

3、再生铝铝灰：以回收的各类铝制品、混合铝切片、机加工铝屑等为原料，经过熔炼工艺生产铝锭、铝棒、铝板带、铝杆等铸锭坯料，在熔炼工序中产生的固体废弃物。

4、其他：所有铝工业生产中产生的主要成分为金属铝、氧化铝的固体废料，如电解铝抬包清理料，熔炼炉清炉料，熔炼炉烟气净化收尘粉。

通常的，按照铝灰的生产加工流程，行业上又将铝灰按照一次铝灰、二次铝灰以及残灰来归类。刚从熔铝炉中扒出来的铝灰通常叫做一次铝灰也叫铝渣，其中的含铝量高达60%以上，而且基本都在高温状态，很多时候被直接转移到炒灰机里面，对其中的含有的金属铝直接进行分离，从炒铝的坩埚底部流出，变成铝锭。炒灰过程中加入一定的熔剂提升温度并促进铝业和铝灰的分离。而其中加入的熔剂大多数为氟化物以及氯化钙、氯化镁以及氯化钠等低熔点物质，这样导致了铝灰的成分的进一步的复杂性，这个炒灰环节得到的上部铝灰通常叫做“二次铝灰”。

随后，被炒过的铝灰再次进入球磨及内，利用铝的延展性使得金属铝发生变形，而氧化铝等无机物在球磨机的砸磨作用下，变得越来越细，然后可以利用筛分的方法把金属铝分离出来，最后筛子底下的细粉就成了最后的残灰。也通常叫做废铝灰。

二、铝灰的危害
1.对环境的污染

铝加工需球磨筛分过程中，造成粉尘飞扬，粉尘污染严重，使得厂区大气的颗粒物（PM10、PM2.5）污染；

 

2、氮化铝+水废弃残渣乱堆放，见水缓慢释放氨气、氢气，造成大气污染的同时，甚至可能引起火灾、爆炸。

 

3、土壤及地下水污染：废灰与空气中的水份接触后生成氨气造成严重的环境污染；铝灰遇水呈碱性，会破坏土壤酸碱度。铝灰里大量的氟元素会对地下水造成严重污染，人畜饮用后会对身体造成严重影响，氟和人体骨骼的主要成分钙反应，破坏骨骼的含钙量，造成缺钙，骨骼松软，牙齿脱落等。

 

二次铝灰的成分非常复杂，其中的金属铝(3～9wt.％)是经过炒灰处理后夹杂在灰渣中微小铝颗粒，在考虑回收成本的前提下，很难通过化学方法或者物理方法实现进一步资源化回收。

怎样实现铝灰无害化？通了解铝灰的成分及铝灰的有害元素氨、氮、氟、盐，我们可以肯定，要处置好铝灰无害化必须从铝灰源头抓起，首先不同类型产生的铝灰区分保管，然后通过核心技术把铝灰中有害元素分离，脱氨、固氟把有害的氟盐固化回收达到无害化的目的。

三、铝灰无害化
1.无害化处置

危险特性研究结果证明，铝灰具有明显的危险特性，尤其是二次铝灰。二次铝灰与水反应释放的氨气量较大（氨气是一种有刺激性的气体，空气中浓度较高时会对人体造成损害，甚至导致死亡）；二次铝灰中所含毒性物质主要为氟化物、氯化物等（毒性浸出实验证明，二次铝灰中氟化物、氯化物毒性浸出浓度较高，超过标准限值，具有浸出毒性）；且二次铝灰具有明显的化学反应性，有毒有害物质浸出毒性等危险性特征。所以对二次铝灰进行无害化处置势在必行。

2.无害化处置技术

众所周知的铝灰无害化处置方法是通过对铝灰渣进行水浸，使其中的氮化铝与水发生水解反应生成氢氧化铝和氨气，氨气溶于水或逸出，过滤后得脱氮滤饼。氮化铝得已分解，使处理后的铝灰中氮化铝含量明显降低，有效降低水解中氢氧化铝与空气反应产生爆炸的风险。铝灰水解过程中加入福氨法技术让铝灰中氟、氯元素进行有效的分离，经过水解脱氨固氟工艺，灰泥经压滤机过滤后得脱氮滤饼，真正实现铝灰无害化，不仅达到环境保护的需要，更实现企业可持续发展的需要。

铝灰无害化主要是脱氨固氟：不同元素成分的铝灰需不一样的技术处置，采用分离、沉淀、固化技术把有害的氟盐固化回收，达到了无害化的目的。

四、铝灰的价值

铝灰的潜在价值体现在其所含的金属铝、氧化铝、电解质以及其蕴含的热能及资源化合理利用。以中国的年排出量200 万吨为计算基数，以铝灰中金属铝占50%约计，氧化铝占30%约计，电解质占10%约计，热能按4000 大卡约计，以阴极炭块中炭占50%，电解质占30%，阳极炭渣中电解质占70%，碳占30%，参考现行的金属铝12000元/吨、氧化铝2400元/吨、氟化盐6000元/吨、煤炭500元/吨的价格计算，铝灰的潜在价值约130亿元人民币。

五、铝灰再生资源化综合利用

铝灰经无害化处置后再生资源合理化综合利用，可用作水泥、陶瓷、氢氧化铝、脱氧剂、铝酸钙粉、速凝剂、耐火材料、聚合氯化铝、阻燃电缆的填料、发泡保温砖、普通建筑砖、人造石砖等原料，铝灰的利用途径很多，产生的价值自然是无限的。

1.氢氧化铝原料

铝灰经洗盐脱氨后，在常压下用高浓度的苛性碱溶出，将铝灰中的氮化铝、残留的金属铝完全溶出，氧化铝部分溶出（或采用烧结法全部溶出）获得的铝酸钠溶液采用晶种分解方法，制取氢氧化铝。

 

2.无机人造石或陶瓷原料

铝灰中加入石英、添加剂，采用真空振动加压或成型技术，直接压制成石材，无需高温烧制，避免了传统陶瓷高温烧制中必然产生的高能耗问题，从而也避免了由于燃料消耗而造成的温室气体排放问题。

 

3.聚合氯化铝PAC

以铝灰和盐酸为原料，采用酸溶法制备液体聚合氯化铝，无害化处理后的铝灰在反应釜中加入盐酸溶液并升温到一定的温度，加入铝灰并不断搅拌，反应结束后加水稀释，PH值控制在3.5~4.5，沉淀15~24h得到液体PAC，急需经过喷雾干燥可得到固体PAC。

 

4.硅酸铝耐火纤维

把铝灰放进融化温度约为2000～2200℃的高温电弧炉中，经高温熔化、高压高速空气或蒸汽喷吹、冷却，就成了洁白的“棉花”——硅酸铝耐火纤维。它可压成纤维毯、板或织成布代替冶炼、化工、玻璃等工业高温窑炉内衬的耐火砖。消防人员可用耐火纤维布做成衣服。

 

5.耐火填充料

1）作为防爆剂

不定型耐火材料的防爆剂有活性金属铝粉，铝粉与H2O反应生成AL(OH)3，并放出H2，在浇注料尚未凝固前，H2从浇注料逸出时会形成毛细排气孔，从而提高其排气性。

2）加入高炉出铁口炮泥中

在高炉出铁口炮泥中添加铝灰0.4%~40%替代铝质和硅质原料以及其他原料是：工业级刚玉、碳化硅、中温沥青颗粒粉、苏州土细粉、焦炭粉等，以焦油及改性沥青和酚醛树脂为结合剂，混合搅拌均匀，过真空练泥机挤出后，即得到炮泥。其性能稳定，能满足生产要求，并能降低生产成本。

3）代替煅烧铝矾土

在浇注料、预制件和耐火粘土制品中加入铝灰取代煅烧的铝矾土，而铝灰无需煅烧，可直接作原料，大约用量在5%。

4）利用铝灰加工配制耐火材料

众所周知，原料是耐火材料的基础，高质量的耐火原料才能生产好的产品。对耐火原料基本要求就是耐火性能，即耐火度1580℃以上的原材料才能作为耐火原料。铝灰中除了三氧化二铝以外，还含有较多耐火性能较低的杂质成分，因此，一般不能用铝灰直接配制耐火材料，需要进一步加工处理，除去杂质，提高三氧化二铝含量，才能考虑用作耐火材料。

5）制备镁铝尖晶石

镁铝尖晶石是重要的耐火原料，以它为颗粒、电熔镁砂为细粉，铁屑为沉淀剂，焦炭为还原剂，采用高温电熔法合成富铝镁铝尖晶石，制备与刚玉配制钢包用浇注料。

六、总结与展望

一次铝灰回收金属铝的工艺技术已逐渐趋于成熟，并投入工业化生产，但提取金属铝后的铝灰渣，尤其是二次铝灰的回收或综合利用仍处于研究阶段。国内外学者对回收氧化铝的工艺技术开展大量深入研究，分别采用水解法、酸浸法、碱浸法、碱性熔炼法、射频等离子法等成功回收了铝灰渣中的氧化铝，生产出聚合氯化铝、硫酸铝及电熔棕刚玉，与其他物质合成镁铝尖晶石、Sialon材料、TiN-Al2O3复合材料等。这对耐火材料的持续提供了先决条件，今后应该做好研究成果转化为企业生产。建议铝业生产部门与耐火材料企业联合成立铝灰的回收利用公司，生产耐火材料部门需要的上述有关产品。这样不但做到废物有效利用，还能做到节能减排，保护环境，降低企业生产成本。

走近铝灰，我们认识了铝灰及其危害性；走近铝灰，我们知道了铝灰的再生价值与无害化处置。小小铝灰对环境污染不可忽视，经高科技无害化处置后再生资源综合利用也是意想不到的。