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(yán)竣的環(huán)境形勢,鋁行業(yè)危廢鋁灰的處置成為了業(yè)內(nèi)的焦點(diǎn)問題.

    2017年我國電解鋁產(chǎn)量為3227萬噸,鋁加工產(chǎn)量為5832萬噸,再生鋁產(chǎn)量為690萬噸.據(jù)調(diào)查,電解槽大修排灰渣量約為電解鋁產(chǎn)量的0.5%,約為16萬噸.電解鋁排灰量約為電解鋁產(chǎn)量的1.2%,約為39萬噸.鋁加工排灰量約為產(chǎn)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(chǎn)量的10%,約為69萬噸.據(jù)此估算我國每年廣義的鋁灰量約為200多萬噸.如將現(xiàn)已排出的鋁灰計(jì)算在內(nèi),我國的鋁灰量超過1000萬噸.

    2016年6月原環(huán)境保護(hù)部、國家發(fā)改委、公安部聯(lián)合發(fā)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(chǎn)生的廢渣;鋁火法冶煉過程中產(chǎn)生的初煉爐渣;電解鋁過程中產(chǎn)生的鹽渣、浮渣;鋁火法冶煉過程中產(chǎn)生的易燃性撇渣列為危險廢物.

    因此,從我國的國情出發(fā),審視鋁灰的處置現(xiàn)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(yè)必須面對和正視的問題.

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

    國內(nèi)的一次鋁灰由于其中的金屬鋁含量較高,具有經(jīng)濟(jì)價值而作為一種資源為企業(yè)重視和處理.鋁灰的潛在價值主要體現(xiàn)在其所含的金屬鋁、氧化鋁、氟化鹽以及其蘊(yùn)含的熱能等.以我國的年排出量200萬噸為計(jì)算基數(shù),以鋁灰中金屬鋁占50%、氧化鋁占30%、氟化鹽占10%約計(jì),以陰極炭塊中炭占50%,發(fā)熱量按4000kcal/kg約計(jì),氟化鹽占30%,陽極炭渣中氟化鹽占70%,碳占30%,參考現(xiàn)行的價格計(jì)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(huán)保稅實(shí)施前,由于國內(nèi)缺乏技術(shù)上先進(jìn)、成熟,經(jīng)濟(jì)上投資少、效益高的處置項(xiàng)目而被拋棄或掩埋,既浪費(fèi)了資源,又污染了環(huán)境,與當(dāng)今綠色發(fā)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(xiàng)數(shù)量、性質(zhì)、成份、潛在價值等方面看,鋁灰資源化利用的關(guān)鍵在于二次鋁灰.因此,時代呼喚先進(jìn)、成熟,經(jīng)濟(jì)上投資少、效益高的處置技術(shù)盡快面世推廣.

    國外對鋁灰的研究主要集中在歐美日等發(fā)達(dá)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(shí)驗(yàn)室(簡稱ANL)和鹽博大科技有限公司,而日本相關(guān)公司的研究主要體現(xiàn)在AD粉上.再生鋁加工的鋁灰研究并產(chǎn)業(yè)化的代表性公司是意大利的安奇泰克技術(shù)有限公司,該公司早在40年前就開發(fā)出了一種再生鋁灰的回收系統(tǒng),經(jīng)過近幾十年的完善,已在歐洲建成了幾家工廠.

    國內(nèi)從事鋁灰開發(fā)研究的科研單位分別為中國科學(xué)院、北京礦冶科技集團(tuán)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(xué)、中南大學(xué)、江西理工大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、南通大學(xué)等;企業(yè)中涉及鋁灰研究的主要為山東鋁業(yè)公司、山東鋁暉環(huán)?？萍加邢薰?、淄博?；酃こ淘O(shè)計(jì)咨詢有限公司、淄博德力鑫環(huán)保新科技有限公司、北京科林澤環(huán)?？萍加邢薰?、湖南中大冶金設(shè)計(jì)有限公司、鄭州中綠環(huán)保新材料有限公司、鄭州經(jīng)緯科技實(shí)業(yè)有限公司、沈陽銀海再生資源科技有限公司等,總數(shù)約20余家.

    北京礦冶科技集團(tuán)有限公司、鄭州有色金屬研究院、湖南中大冶金設(shè)計(jì)有限公司等單位在炭渣、陰極炭塊、大修渣等方面基本實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化.目前淄博?；酃驹诙武X灰產(chǎn)業(yè)化方面,已經(jīng)具有年處理1萬噸二次鋁灰,對應(yīng)年產(chǎn)2萬噸干基聚鋁;年處理3萬噸二次鋁灰,對應(yīng)年產(chǎn)6萬噸鋁酸鈣粉和年處理4萬噸二次鋁灰,年產(chǎn)10萬噸硫鋁酸鹽水泥的中試線,且實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的生產(chǎn)和收益.基本實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程"零"排放.并已經(jīng)專門注冊了山東鋁暉環(huán)?？萍加邢薰?對接了魏橋鋁業(yè),返電解槽的驗(yàn)證協(xié)議已經(jīng)簽訂,產(chǎn)業(yè)化工作正在進(jìn)行之中.

    但是縱觀整個我國鋁行業(yè)危廢處置,目前整體基本處于初級階段,成熟且具有社會、環(huán)境、企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益三統(tǒng)一,并為業(yè)內(nèi)人士所認(rèn)可的試驗(yàn)、示范、生產(chǎn)線尚需時間完善,鋁灰的資源化利用可謂任重道遠(yuǎn).

    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(tǒng)一"原則,即社會效益、環(huán)境效益、企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的統(tǒng)一.三是"三要素"原則,即數(shù)量、效益、二次污染——從數(shù)量上體現(xiàn)zui大限度的利用,從效益上體現(xiàn)高的產(chǎn)值附加值,從環(huán)保上體現(xiàn)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(zhì).其價值就是根據(jù)其不同性質(zhì)加以利用,實(shí)現(xiàn)其保值增值.

    對于鋁灰資源化利用的方向,筆者認(rèn)為,富含氧化鋁、氟化鹽的二次鋁灰經(jīng)處理后首 選返電解槽,可用于生產(chǎn)鋁酸鈣粉和凈水劑,還可用于生產(chǎn)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(yīng)作為水泥生產(chǎn)的原料及燃料;富含氫氧化鋁的鋁加工的污泥應(yīng)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(chǎn)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(yè)自備電廠流化床鍋爐的燃料,或者作為燒結(jié)法氧化鋁生產(chǎn)窯爐的燃料和脫硫劑.上述方面山東鋁業(yè)公司已做過大量的工作,并積累了相當(dāng)?shù)慕?jīng)驗(yàn).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(chǎn)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(xì)則尚未完成,目前還在研究、制訂之中;二次鋁灰返電解槽聯(lián)產(chǎn)聚合氯化鋁凈水劑過程中涉及氫氣爆炸的安全問題;產(chǎn)品質(zhì)量問題以及環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)問題.其中,安全問題通過研究,目前已找到了經(jīng)濟(jì)且實(shí)用的技術(shù)方法,可以有效地防止氫氣爆炸,確保生產(chǎn)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(jīng)把綠色發(fā)展作為當(dāng)前和今后的發(fā)展方向,并實(shí)施了史上zui嚴(yán)厲的稅收,每噸鋁灰征收1000元環(huán)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(chǎn)能、產(chǎn)量全球第 一的鋁業(yè)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.