摘要:分析了鋁電解過程產生的危險廢物種類和主要的危險特性，梳理了目前國內外鋁工業(yè)廢物資源化利用技術，對炭渣浮選技術、全自動鋁灰處理技術、廢陰極石灰浸出法等進行了較為詳細的介紹。

　　關鍵詞:鋁電解;危險廢物;資源化利用;綜述

　　0引言

　　2006—2016年，國內電解鋁產能突飛猛進，從919萬t一路上漲到3187萬t。長期以來，電解鋁行業(yè)高耗能、高污染的狀況沒有根本改變，環(huán)境污染問題愈發(fā)突出，特別是危險廢物的處理已經開始嚴重制約電解鋁行業(yè)的綠色健康發(fā)展。近年來，國內外不斷探索、實踐、開發(fā)出豐富多樣的無害化和資源化利用技術，本文對鋁電解過程產生的危險廢物性質和主要的處理技術進行闡述。

　　1鋁電解過程主要危險廢物分類及特性

　　電解鋁生產過程產生的危險廢物主要包括:炭渣、鋁灰、大修渣，大修渣又分為廢陰極和廢槽襯。根據(jù)《國家危險廢物目錄》，電解鋁過程中電解槽維修及廢棄產生的廢渣和電解鋁過程中產生的鹽渣、浮渣被列為危險廢物[1]。在鋁電解過程中，陽極炭塊主要反應生成二氧化碳、一氧化碳，少部分未參與電化學反應直接從陽極上脫落，形成炭渣。

　　其主要成分是C、α-Al2O3、氟鋁鎂鈉石和錐冰晶石，氟含量可達32%。在鋁電解鑄造、鋁合金生產過程中會產生多種副產品，它是鋁金屬和其他成分的鋁氧化物的混合物，稱為鋁渣，又叫鋁灰。主要成分是氧化鋁、鋁、硅、鐵、鎂的氧化物和鉀、鈉、鈣、鎂等金屬氯化物。其中含鋁15%～25%、氧化鋁50%～80%。

　　電解鋁用陰極主要成分為碳素，因長期浸泡于電解鋁鋁液中，受到氟化鹽、鋁液和各種應力的作用而發(fā)生變形和破裂，其裂縫中殘留了大量氟化物，其中C含量約為50%～70%，氟含量約為9.86%，并含有少量鈉、鋁、鈣、鐵和二氧化硅等。使用幾年后的電解槽大修時，會清理出大量廢槽襯(SiN-SiC)，因長期受電解質侵蝕，含有少量氟和氰化物，屬于危險廢物[2]。

　　2鋁電解過程危險廢物的資源化利用技術

　　2.1炭渣(陽極渣)的處理技術

　　目前炭渣綜合利用技術主要分為浮選法、焙燒法和真空冶煉法等，主要目的都是回收電解質，浮選法可以回收碳素材料。

　　2.1.1焙燒法

　　焙燒法的目的是通過回轉窯高溫焙燒，除去炭渣中的炭，獲得焙燒殘渣，即電解質。陳喜平等通過實驗確定了添加12%助燃劑LCA和15%分散劑，在760℃條件下，平均反應率可以達到95.31%，電解質回收的主要物相是Na3AlF6、Al2O3和少量CaF2，純度>99%，可以直接作為電解質使用[3]。

　　2.1.2真空冶煉法

　　真空冶煉法就是采用真空蒸餾爐處理電解鋁炭渣。主要是在真空環(huán)境下對炭渣進行加熱，使電解質揮發(fā)再冷凝，從而得到純度較高的電解質和碳。柴登鵬等通過實驗確定，真空度5Pa，反應溫度95℃，粒度0.5～1mm，反應時間4h條件下，電解質的分離率最高，在83%以上，殘余碳渣的含碳量在74%以上[4]。

　　2.1.3浮選法

　　浮選法是目前最常用和最成熟的方法。其主要流程為:炭渣加水磨細，加入浮選藥劑攪拌處理，然后進入浮選機，炭粉上浮形成泡沫刮出，電解質從槽底流排出，實現(xiàn)炭粉與電解質分離[5]。

　　2.1.3.1浮磁聯(lián)合系統(tǒng)

　　炭渣經過球磨機研磨成泥漿，按比例添加柴油和松脂醇進入浮選系統(tǒng)，兩者聯(lián)合使炭粉浮出液體表面，從而達到炭粉與氟化鹽分離。浮選出的炭粉經泵送入離心機甩干后，通過電爐和余熱烘干，生成產品炭粉。磁選主要是去除含鐵雜質。其工藝是將已經去除炭粉的漿體送入磁選機中，從而清除漿體中含鐵雜質。通過上述工序，可將原料分離成炭粉、電解質、造渣劑，其中氟化鹽進入電爐熔融系統(tǒng)進一步處理。

　　2.1.3.2電爐熔融系統(tǒng)

　　經磁選后的殘漿經離心機脫水、烘干和預熱后生成氟化鹽，投入到電爐熔融系統(tǒng)。在電爐熔融系統(tǒng)中，由于密度不同，含炭粉的廢渣浮于電熔爐最表層，氟化鹽居于中層，其他雜質沉淀于底部。熔融凈化后的氟化鹽，進入冷卻裝置，最后破碎包裝成為產品電解質。

　　2.2鋁灰處理技術

　　鋁灰處理技術主要分成兩部分，一部分是回收鋁灰中的鋁，另一部分是對處理后的二次灰進行利用。

　　2.2.1從鋁灰中回收鋁的方法

　　從鋁灰中回收鋁的方法有熱處理和冷處理兩種方法，直接回收單質鋁。主要方法分為:炒灰法、等離子速溶法、回轉爐處理法等。鋁的回收率約為70%。

　　2.2.1.1等離子體速溶法

　　等離子體速溶法是使用離子體噴嘴，在空氣中適量加入CO2、CH4和H2，在轉動爐內熔煉鋁灰。鋁灰被迅速加熱到950℃，使金屬鋁融化流入爐底排出。鋁的回收率90%以上，除塵器中的煙塵99%為氧化鋁，同時因為爐內加入了氧化鈣，會生成鋁酸鈣。

　　2.2.1.2全自動鋁灰處理技術

　　首先將熔煉爐扒出的800～900℃高溫鋁灰，攪拌分離后，鋁進入鋁錠模，殘余灰分自動轉移到冷卻裝置，冷卻溫度在60℃以下，并選擇分級。分級機將冷渣分成2種顆粒，一種10mm以下，進入冷灰投入機中，用于熱渣處理的冷卻劑和調溫劑。另外一種10mm以上，作為覆蓋料返回電解槽使用。

　　全自動鋁灰處理設備由4大部件構成:高速灰處理機、移送翻轉裝置、超級冷卻機含分級部、冷灰投入裝置。高速灰處理機可以從鋁灰中提取其金屬含量的85%(±5)的金屬，該設備是一種獨立的新型機構，一次熱灰回收鋁量高。在鋁灰處理過程中，不會產生新的污染源，只會在攪拌和翻倒過程中產生煙塵。設備在容易發(fā)生粉塵的地方，都采取了防塵處理。

　　2.2.2鋁灰處理及綜合利用技術

　　鋁灰的主要成分為Al2O3，目前國內外鋁灰綜合利用方法包括:制備清水磚、生產燒結材料、合成聚合氯化鋁、生產硫酸鋁、生產棕剛玉、酸浸生成γ-Al2O3、鋁灰加壓水浸綜合回收利用。目前常用的技術是先回收金屬鋁通過人工分揀-破碎-球磨-磁選-熔煉，產生再生鋁錠;剩余氧化鋁制備耐火磚材料。另一種方式是鋁灰與鹽酸或者硫酸反應生成聚合氯化鋁和硫酸鋁，市場需求量大，用途也十分廣泛。

　　2.2.2.1從鋁灰中生產γ-Al2O3How等采用酸浸，在不同pH下堿沉淀和煅燒工藝等方法成功地從鋁灰中提取γ-Al2O3。將含鋁浸出溶液用氨水進一步處理，得到無定形氫氧化鋁，再通過煅燒得到γ-Al2O3。結果表明，從鋁灰中回收的所有γ-Al2O3粉末均具有約5nm的微晶尺寸，比表面積在111～128m2/g，具有不同的孔徑，可用作吸附劑或用于催化劑[6]。

　　2.2.2.2從鋁灰中回收α-Al2O3歐玉靜等采用高溫燒結、常壓溶出的方式從鋁灰中提取α-Al2O3。通過實驗確定了燒結過程最佳條件為:燒結溫度為750℃、堿灰比為2∶1、時間為2h;溶出過程中液固比為5∶1、溶出溫度為100℃，時間30min時，Al2O3的溶出率最高，可達93.26%[7]。

　　2.2.2.3鋁灰制備硫酸鋁技術

　　電解鋁產生的鋁灰送入脫氮器，用蒸汽吹除氨氣后送硫酸鋁反應釜，與脫硫裝置產生的稀硫酸在反應釜內經充分攪拌后反應生產硫酸鋁溶液。在硫酸鋁反應釜中生成的硫酸鋁溶液過濾掉其中的固體雜質后，送硫酸鋁儲槽儲存。

　　硫酸鋁送入聚合蒸發(fā)釜蒸發(fā)濃縮后，溶液送鋼帶結晶機結晶生成十六水硫酸鋁，再經破碎包裝后外售。安克瀅等也通過預處理、酸浸、除鐵、濃縮蒸發(fā)等流程得到低鐵硫酸鋁，實驗確定了當硫酸濃度25%～30%(質量分數(shù))，反應溫度100℃，浸出時間6h，鋁灰的鋁提取率可達到76%。除鐵配料比達到1.4時，除鐵效果達到98%，F(xiàn)e含量僅為0.005%，可得到低鐵硫酸鋁產品[8]。

　　2.2.2.4二次鋁灰燒結制備鈣鋁黃長石/鎂鋁尖晶石復相材料

　　張勇等通過熱力學研究和實驗，確定二次鋁灰、氧化鈣和氧化鎂為原料，當三者質量分數(shù)分別為70.80%、18.58%和10.62%時，在1100～1500℃下，均可制備出鈣鋁黃長石/鎂鋁尖晶石復相材料;隨燒結溫度提高，樣品的顯氣孔率降低，抗壓強度相應提高[9]。

　　2.2.2.5利用鋁灰生產白水泥

　　程海平等使用鋁灰替代鋁礬土進行白水泥生產的研究，通過相應的技術措施，解決了利用鋁灰造成窯內液相量提早出現(xiàn)、預熱器下料口堵塞、窯內結皮結圈、窯皮增厚等不利影響，生產出合格的白色硅酸鹽水泥[10]。

　　2.3廢陰極的綜合利用技術

　　廢陰極的綜合利用技術主要是回收碳素材料和氟化物，處理方法分為:石灰浸出法、堿液浸出法、燃燒法、電弧爐生產高純碳粒法、浮選-化學處理工藝等[2]。

　　2.3.1石灰浸出法

　　該方法通過破碎、球磨、石灰浸泡和沖洗等工藝制備高純炭粉和氟化鈣。用氧化鈣調節(jié)水溶液為微堿性，使氟離子和鈣離子形成氟化鈣，由于氟化鈣不溶于水，會形成氟化鈣沉淀，干燥、脫水后，包裝銷往電解鋁廠。浸泡后的原料主要是炭粉，經清水洗滌后再進行脫水處理。

　　與石灰浸出法類似的濕法處理工藝還有李玉紅等開發(fā)的破碎-磨礦-水浸-浮選-蒸發(fā)結晶-酸浸-石灰中和-酸霧氣體吸收工藝，分別回收碳精粉、氟化鈉和硫酸鈣渣產品。目前，電解鋁廢陰極碳塊工程項目已試車投產成功，年生產能力4000t，碳的回收率達到87.77%，氟的回收率達到83.41%[11]。

　　2.3.2電弧爐生產高純碳粒

　　該方法首先將廢陰極進行破碎、篩分，得到3～10mm的顆粒，磨細后再造粒，送入直流電弧爐，通電起弧，使顆粒燃燒，待煙氣減小后停止通電，取出爐內物料，冷卻后得到固定碳99%左右的高純碳粒。該方法與陳本松、楊萬章等開展的燃燒法處理鋁電解廢陰極炭塊的實驗研究有相似之處，是解決廢陰極資源利用的新途徑[12]。

　　2.3.3浮選-化學處理工藝

　　Wang等通過分析廢陰極材料粒度、石墨化程度、石墨分布等物理因素，采用浮選-化學處理工藝回收氟和碳，得到碳粉為88.00%;氟化鈉產品中氟化鈉和氟化鈉的含量分別為49.33%和38.53%，氟化鈉和其他產品中氟的總回收率為90.10%。處理過程中產生的廢水可以重復使用，實現(xiàn)零排放[13]。

　　2.4廢槽襯處理技術

　　廢槽襯的處理技術主要分為無害化處理和資源化利用兩個思路，目前國內已經開發(fā)出焙燒工藝和浮選—浸出工藝。

　　2.4.1焙燒工藝

　　中國鋁業(yè)鄭州研究院開發(fā)了“鋁電解廢槽襯無害化技術研發(fā)及產業(yè)化應用”技術。該工藝以氧化鈣為反應物、二氧化硅為添加劑、煙煤為外燃料，用回轉窯進行熱處理，尾氣與氧化鋁吸附。用石灰水對處理后的材料進行二次反應，再循環(huán)利用石灰水。可溶性氟轉化率98%以上，氰化物去除率9.5%以上。平均可溶性氟含量為39.7mg/L，氰化物含量為0.053mg/L。成為一般固體廢棄物，可用作路基材料、水泥原料或耐火材料，回收后的氟化鹽可返回電解槽使用。

　　2.4.2浮選—浸出工藝

　　中電投寧夏青銅峽能源鋁業(yè)集團有限公司與北京礦冶研究總院開發(fā)了一種綜合回收利用炭質廢陰極和廢耐火保溫材料的技術。該技術采用浮選工藝分離回收炭質材料和電解質，采用物理與化學相結合的方法回收電解質和碳化硅粉。工藝過程中產生的廢液加石灰水生成氟化鈣，經過濾蒸發(fā)變?yōu)殁}渣。廢陰極粉粒浮選及后續(xù)過濾過程中可能產生的氟化氫氣體利用干法(氧化鋁吸附)回收利用[14]。

　　2.4.3用硝酸鋁和硝酸浸出廢槽襯

　　Lisbona等研究了用硝酸鋁和硝酸浸出廢槽襯。實驗結果表明:在60℃下，可以采用0.36mol/L的硝酸鋁和0.5mol/L的硝酸溶液浸取廢槽襯，得到其中96.3%的氟元素;采用0.2mol/L的硝酸可以將CN-選擇性地提取為氣態(tài)HCN;在建立F-和Al3+在浸取液中溶解平衡的數(shù)學模型的基礎上，通過調整浸取液的pH可使F-和Al3+以氟化鋁的形式選擇性沉淀下來，證明通過硝酸鋁和硝酸浸出廢槽襯將水溶性NaF轉化成Na3AlF6和CaF2是可行的[15]。

　　3綜述

　　目前國內普遍采用的堆存法處理電解鋁行業(yè)產生危險廢物，不但是嚴重的資源浪費，更會造成嚴重的污染問題。針對鋁灰、炭渣、廢陰極和廢槽襯的處理，國內外已經開發(fā)出比較成熟的資源綜合利用技術，可有效回收鋁、氧化鋁、碳素材料、耐火材料等有價物質，是鋁行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要支撐。

　　目前國內電解鋁危險廢物處理的總體思路仍未完全擺脫無害化的思想，比如焙燒法處理炭渣、燃燒法處理廢陰極、通過氧化鈣處理廢槽襯等，對危險廢物中的碳沒有有效利用，資源化利用率不高。而浮選法處理炭渣、硫酸法處理鋁灰、石灰法處理廢陰極、浮選-浸出法處理廢槽襯等工藝技術，資源綜合利用效率高，但工藝流程長，容易產生廢水、殘渣等二次污染。因此，合理選擇電解鋁危險廢物處理工藝和持續(xù)開發(fā)新的處理技術，是促進電解鋁行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要保障。

　　資源方向論文范文閱讀：土族生物資源利用相關的傳統(tǒng)知識多樣性

　　摘要:生物資源利用相關的傳統(tǒng)知識是對生物資源進行識別和利用的傳統(tǒng)知識系統(tǒng)。隨著現(xiàn)代生物技術的發(fā)展，這類傳統(tǒng)知識顯示出其在科學、經濟、文化乃至糧食安全戰(zhàn)略方面的價值。本研究根據(jù)《生物多樣性相關傳統(tǒng)知識分類、調查與編目技術規(guī)定(試行)》，對我國青海省土族聚集區(qū)的土族生物資源利用相關的傳統(tǒng)知識進行了系統(tǒng)調查與編目，并借鑒生物多樣性測度方法，創(chuàng)建了傳統(tǒng)知識多樣性指數(shù)計算方法，對土族生物資源利用相關傳統(tǒng)知識多樣性進行分析。