铝灰中铝回收工艺研究

谭广志

（新疆工业职业技术学院，新疆 乌鲁木齐 830022）

铝灰中铝回收工艺研究

谭广志

（新疆工业职业技术学院，新疆 乌鲁木齐 830022）

电解铝在生产过程中产生了大量铝灰。若铝灰不经处理直接废弃，既污染环境又会给企业带来巨大经济损失。本文从铝行业发展循环经济、绿色经济的角度从发，介绍了从铝灰中回收铝的5种方法：炒灰法、倾动回转窑处理法、等离子电弧法、石墨电弧法、ALUREC法。

铝灰；炒灰法；倾动回转窑处理法；等离子电弧法；石墨电弧法；ALUREC法

电解铝行业既是高耗能行业又是高污染行业，产生的固废对环境有较大污染。电解铝企业如何实现固废的综合利用，即避免污染环境，又创造经济效益，是铝行业发展循环经济、绿色经济实现可持续发展的重要任务之一。

1 电解铝生产过程中产生的铝灰简介

1.1 铝灰的来源

由于金属铝极易氧化，在电解铝生产过程中，熔融状态的铝和炉内氧气接触反应产生了大量的铝灰［1］。铝灰中主要包含的物质有氧化铝、金属铝、碳化物、氮化物、盐及其他金属氧化物。

1.2 铝灰的分类

根据铝灰的来源和成分，可以将其分为白铝灰、黑铝灰、盐饼三类。铝灰中铝的含量一般为10%～80%［2］。

白铝灰被称为一次铝灰［3］，是在电解氧化铝熔盐生产金属铝的过程中产生的，其颜色为灰白色，成分主要是金属铝和氧化铝，其中，金属铝的含量为15%～75%。

黑铝灰被称为二次铝灰，其颜色为灰黑色，成分主要是含10%～20%的金属铝、20%～50%的氧化铝、40%～55%的大量可溶性盐类。

盐饼是黑铝灰的一种，是铝含量低且含大量的盐类并固结成块的混合物，主要成分为含5%～7%的金属铝、15%～30%的氧化铝、15%～30%的氯化钾、30%～55%的氯化铝。

1.3 铝灰的危害

铝灰中砷、钡、铬、铅等有毒元素进入土壤、地下水，会造成严重的重金属污染；铝灰与水接触后产生的氨气、氢气及甲烷易引起火灾；铝灰中砷、砷化铝等杂质与水接触后反应生成生砷化氢气体，它富集在生产车间不仅污染空气、与之密切接触者也会引起急性砷化氢中毒；盐饼中的盐分如果聚集在土壤中则会引起土壤盐碱化［4］。

2 铝灰中铝的回收工艺

传统的回收铝的方法是在回转炉中加热铝灰、盐类添加剂。添加剂利于分离金属铝，减少铝的氧化。但经此法处理后的铝灰含有大量的可溶性盐类，直接填埋会污染环境。可运用以下方法回收铝灰中的铝。

2.1 炒灰法

炒灰法是指将铝灰加入倾斜铁锅中通过人工进行翻炒。在翻炒过程中，由于灰与铝液互不润湿，铝液慢慢沉降到铁锅底部，将其回收作为回炉料使用。在翻炒时，要加入一定量的盐类添加剂，以便升高加料温度，使铝与杂质间的界面张力增加，降低黏度，加速铝沉降，提高铝的回收率。该法的缺点是：生产过程中有大量有毒烟尘产生，大量可溶性盐类存在于处理后的废渣中，后续不易处理，二次污染严重。小型电解铝厂多采用此法回收铝。

2.2 倾动回转窑处理法

倾动回转窑法的原理与炒灰法的原理相同，但其自动化程度高、易于操作、处理能力强、环保。在处理铝灰过程中，铝灰和盐类添加剂在回转窑中充分混合，经过倾动回转和高温加热后，铝灰中的金属铝熔化沉降到炉底，使金属铝得以分离出来。此法中运用的盐类添加剂的主要作用是大幅减少金属铝的氧化并促进金属铝的沉聚，提高金属铝的回收率。但盐类添加剂的加入同样也提高了处理成本，并且会引发新的环境污染，存在安全隐患［5］。

倾动回转窑法在生产过程中产生了大量的盐饼，而如何处理盐饼也是一项日益严重的环境问题。目前大型电解铝企业多采用此法回收铝。

炒灰法和倾动回转窑法中均存在盐蒸气逸出造成原料浪费的现象，导致成本增加。因此，寻求一个无盐铝灰处理过程尤为重要。而在无盐铝灰处理工艺中，把等离子电弧、石墨电弧安装在回转炉的加料门上，作为外加热源，精确控制气体组成的工艺是有广阔前景的铝回收技术。

2.3 等离子电弧法

等离子电弧法内部含有两个高压电极，空气或氮气从这两个电极之间的间隙持续射入，电极产生的电弧把射入的气体加热到较高温度使其部分离子化，灰渣物料通过热传递和热辐射加热到700～800℃。灰渣中一些金属铝与炉内气氛反应生成氧化膜，金属铝被包裹在氧化膜中从而实现分离。

此法是在空气气氛或氮气气氛中进行的，射入的气体离子化后与废渣接触，部分金属铝发生深度的氧化或氮化，从而生成氧化铝或氮化铝。回转炉在倾动时，提供的机械搅拌破坏了金属铝表面上氧化膜而使其释放出来，进而提高了铝的回收率。

2.4 石墨电弧法

使用两个石墨电极之间产生的直流电弧辐射和耐火材料与填料间的热传导对回转炉进行加热，加热后金属铝从炉侧边出料口出料，其他物质通过转炉旋转的方式从残渣出料口出料。在此过程中，回转炉进行的旋转不但提供了机械搅拌，同时也避免了耐火材料与填料间热点的出现，进而提高了热量的传递效率。此操作的全部过程在氩气气氛下进行，以防止回收的金属铝被氧化。

2.5 ALUREC法

瑞典AGAAB气体工艺集团公司与德国霍格文斯铝业、曼恩公司合作共同研发的一种从铝灰中回收铝的方法，名为艾鲁瑞克（ALUREC）法，此法采用氧燃料喷嘴加热可倾斜式回转炉的方式加热，以热传导和热辐射的形式在短时间内把填料加热到1 000℃，铝液在转炉底部沉积，铝液上部则为漂浮的固体非金属杂质。在此过程中，转炉不停地旋转，利于能量传递。此设计且易于控制炉内气氛。

相比其他铝回收方法，此法不但铝回收率高、热能利用率高、操作环境好，而且不需要处理含盐废料。

3 结语

铝企业可以根据电解铝设备、电解工艺、铝灰物理化学性质，铝灰利用方向，选择适合的铝回收工艺，既避免污染环境又创造经济效益，从而实现铝行业可持续发展的目标。

［1］李菲，郑磊，冀树军.铝灰中铝资源回收工艺现状与展望［J］.轻金属，2009（12）：3-8.

［2］乔桂玲，朱广斌，王绍鹏.铝灰在铝电解槽上添加应用研究［J］.轻金属，2009（8）：43-47.

［3］李小忠，许晓路，申秀英，等.以炼铝灰渣为原料制备絮凝剂及其应用［J］.环境科学与技术，2002（21）：100-102.

［4］高振朋，王芳，李钢林，等.铝灰处理工艺研究［J］.铸造设备与工艺，2011（6）：41.

［5］郭学益，田庆华.有色金属资源循环理论与方法［M］.长沙：中南大学出版社，2008.

Study on Recovery Process of Aluminium in Aluminium Ash

Tan Guangzhi
（Xinjiang Industrial Vocational and Technical College，Urumqi Xinjiang 830022）

Electrolytic aluminum produced a large number of aluminum dust in the production process,without direct waste not only pollute the environment but also brings economic losses.Based on the development of circular econo⁃my and green economy,this paper introduced five methods of recovering aluminum from aluminum ash:fried ash method,tilting rotary kiln treatment,plasma arc method,graphite arc method and ALUREC method.

aluminum ash；fried ash method；tilting rotary kiln treatment；plasma arc method；graphite arc method；ALUREC method

X758

A

1003-5168（2017）08-0074-02

2017-07-01

谭广志（1983-），男，本科，助理讲师，研究方向：冶金工程。