二次铝灰无害化处置技术研究.docx

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1、二次铝灰无害化处置技术研究摘要：水解催化剂的添加能使二次铝灰快速彻底水解，试验探索 出二次铝灰前处理及水解过程的最佳工艺条件。该试验过程流程短、 易操作，工业化相对容易；处理后的产品均有实际用途，无废物产生， 既有经济效益，又有环保价值。关键词：二次铝灰；无害化工艺；水解二次铝灰是电解铝、铸造 铝及其他铝行业在生产、使用和回收等过程中产生的含有金属铝和其 他成份的固体物质。二次铝灰成份复杂，通常含有15%-30%的氮化铝, 该物质遇水会发生水解反应，释放大量氨气，极易污染环境。2020 年，国家生态环境部发布国家危险废物名录，明确将二次铝灰定 为危险废物，于2021年1月1日起执行。由于被归入

2、危废的时间较 短，国内尚没有成熟的二次铝灰工业化处置方法。当前二次铝灰的处 置方法主要分电热法、酸浸法、碱熔法，目前均停留在试验室阶段, 因存在难分离、造价高、易产生二次危废等问题，很难实现工业化。 本试验开发出一套二次铝灰无害化处置方案，其工艺简单连续，工业 化可行性强，可实现二次铝灰的无害化处置。一、试验部分1、二次铝灰成份根据二次铝灰在回收利用过程中的使用次数及金属铝含量，将二 次铝灰分为一次铝灰和二次铝灰，其中一次铝灰的主要成份是金属 铝，含铝质量分数为70%-80%.经回转炉回收后变成二次铝灰，二次 铝灰主要成份为氧化铝、氮化铝，少量的金属铝和一定量的氯化钠、 氯化钾和二氧化硅等，其

3、中氧化铝质量分数为20%-50%,氮化铝质 量分数为15%-30%o因不同铝企在原料铝锭、熔炼铝工艺等方面的 差异，使得二次铝灰的成分存在一定差异。2、试验方案与机理二次铝灰无害化处置工艺主要分三步进程，首先对二次铝灰进行 高效水解；其次对水解后的固体废渣进行煨烧处理，收集产物氧化铝, 作为仿古砖或耐火材料等原料；最后处理水解废液，通过浓缩结晶回 收催化剂，蒸干废液，收集氯化钠和氯化钾混合物,制成熔铝精炼剂。 二次铝灰水解通常情况下，铝灰遇水会发生水解产生大量氨气， 但存在水解速率低，水解不彻底的现象。试验证实，铝灰常规水解反 应进行24h,铝灰内氮化铝水解部分占比低于40%o加入以碳酸盐为

4、主的混合催化剂后，铝灰常规水解反应进行24h,铝灰内氮化铝水解 部分高于95%。水解后的脱氮铝灰经过滤完成固液分离，过程产生的 氨气经稀硫酸吸收得到硫酸镂。反应式如下：AlN+ 3H2OA1( OH) 3+NH32NH3+H2SO4( NH4) 2SO4NaAlO2+2H2ONaOH+ Al( OH) 3二次铝灰水解试验，分别从二次铝灰粒度、液固比(水解溶剂与 二次铝灰质量比)、水质、水解时间、灰催比(二次铝灰与催化剂质 量比)、水解温度等几方面进行研究，开发水解试验反应工艺。废水回收再利用对废液进行蒸发浓缩，至一定比重后，将废液冷却至0,溶液中的催化剂析出，过滤收集催化剂，最后再将剩 余的溶

5、液蒸干，得到熔铝精炼剂。脱氮二次铝灰回收再利用对水解后未反应及水解产生的氢氧 化铝混合物进行高温煨烧处理,煨烧温控950960,时控0.5h-lh, 煨烧后收集产物氧化铝并分析成份。3试验流程依据试验方案设计出 二次铝灰处理流程，如图1所示。二次铝灰.氯化-僵化剂Bgffl图1二次铝灰处理试验流程 二、结果与讨论1、二次铝灰催化效率影响因素前处理影响前处理从二次铝灰球磨后的颗粒粒径、反应过程 液固比及反应用溶剂的水质进行研究，研究上述因素对二次铝灰水解 程度的影响（表2） O由表2可知，球磨粒径50目的二次铝灰水解后 氮化铝剩余量高于1%,水解不彻底。球磨粒径100目的二次铝灰与 球磨粒径15

6、0目的二次铝灰水解效果相差不多，因此选用粒径100目 作为二次铝灰水解球磨粒径。液固比对二次铝灰水解程度影响较小, 过低的液固比易出现反应不均、反应器及管道清理难度大等问题，过 高的液固比会增加生产成本，因此将二次铝灰水解液固比定为5-7o 水质方面，采用自来水或纯水做反应溶剂对水解效果影响较小，考虑 成本问题，溶剂选用自来水。表2前处理对二次铝灰水解程度的影响类别二次铝灰氯化铝含w%lIR化铝剩余含量/（ w%）28.50.4球磨收桧理疗粒径100 R28.50.5球第花径50 H28.51.8球爵花径20目28.52.43 ： I270.8液固比5 ： 1270.57 ： 1270.49：

7、 1270.4水质纯水190.6自来水190.7反应时间对氮化铝水解影响图2为反应时间对氮化铝水解效果影响折线图。可以看出氮化铝 水解后剩余量与反应时间呈反比关系，水解前二次铝灰中氮化铝含量 为17%,经水解6h后，氮化铝剩余量已降至1%以下。考虑到处理 效果、稳定性与生产时效，将反应时间定为6h-8ho20图2反应时间对氮化铝水解效果的影响催化剂用量对氮化铝水解影响图3为灰催比对氮化铝水解效 果影响折线图。由图可知，随着催化剂量的增加，二次铝灰中氮化铝 显著降低，最后接近水解平衡，二次铝灰中氮化铝剩余0.5%-1%。结 合数据，灰催比定为20-40,水解可取得较好效果。图3灰催比对氮化铝水解

8、效果的影响温度对氮化铝水解影响图4为温度对氮化铝水解效果影响折线图。由图可知，反应温度 对二次铝灰水解过程有较大影响，随着反应温度的升高，二次铝灰 的水解过程变得更快，反应更彻底。结合能源效益及可操作性，最终 选用40-50作为水解温度。图4反应温度对氮化铝水解效果影响3、产品及催化剂回收催化剂回收向滤液内通入一定量二氧化碳气体，当溶液PH 值达9-10时停止通气，由于二氧化碳的加入，溶液内铝离子因PH值 的降低逐渐转化成氢氧化铝沉淀。对二次过滤后的滤液蒸发，浓缩至 一定比重后，冷却至0,通过结晶提炼催化剂，滤液浓缩比重与催 化剂结晶关系为，将滤液比重浓缩至1.21gcm3以上时，冷却滤液可

9、析出催化剂。当滤液比重浓缩至L25gcm3以上时，浓缩过程中部分 催化剂会直接结晶，不利于后续管道输送，且浪费能源。当滤液比重 浓缩至1.21gcm3-1.24gcm3时，溶液刚好利于结晶。精炼剂回收用酸将滤液调制中性，将其剩余的催化剂转变成 精炼剂。然后将滤液置于蒸发皿上蒸干，得到精炼剂，实现资源的回 收再利用。氧化铝回收对脱氮二次铝灰进行燃烧处理，煨烧温控950 -960,时控0.5h-lh,产物呈灰白色。经XRF测试，氧化铝含量达 到90%以上,氧化镁含量在3%-4%,其它金属氧化物总含量在5%-7%o 因氧化铝含量较高，该脱氮铝灰可作为耐火材料原料、电解铝原料等。硫酸镂回收高温水解过程中产生的氨气可经稀硫酸吸收，形 成硫酸镂，硫酸核饱和后降温结晶析出，作为化肥原料外销。三、结论通过试验成功开发出一条二次铝灰无害化处置路线，并优化出水 解最佳工艺为，二次铝灰水解前破碎粒径控制为小于100目；液固比 控制为5-7；灰催比控制为20-40。水解过程中反应温度控制为40C -50,反应时间控制为6h-8h,按此控制既可确保二次铝灰水解彻底, 又可避免资源浪费。废渣及废液的最佳处置工艺为，向混合浆液中通 二氧化碳气体,然后经过滤或离心进行固液分离,滤渣经950-960 煨烧可得氧化铝，滤液通过结晶及蒸发操作依次可分离出催化剂及精 炼剂，完全实现废物的回收再利用。