鋁灰主要產(chǎn)生于鋁電解、鋁( 含再生鋁) 加工等 所有鋁發(fā)生融熔的工序,。近年來(lái),，我國(guó)金屬鋁 工業(yè)發(fā)展迅速，產(chǎn)能和產(chǎn)量連續(xù)多年位列世界第一,， 2017 我國(guó)電解鋁的產(chǎn)量為 3227 萬(wàn)噸,，占世界總產(chǎn) 量的 57%。據(jù)保守估計(jì),，電解鋁,、鋁加工、再生鋁 行業(yè)每年排出的鋁灰數(shù)量超過(guò) 300 萬(wàn)噸,，加上多年 來(lái)堆存及掩埋的累計(jì)堆存數(shù)量已愈千萬(wàn)噸,。鋁灰的 大量堆棄和填埋不僅占用大量的土地資源，而且對(duì) 當(dāng)?shù)丨h(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的威脅,。新版的《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄》已將有色金屬鋁冶煉排出的鋁灰列為毒性危 險(xiǎn)廢物及易燃性危險(xiǎn)廢物,，因此對(duì)鋁灰進(jìn)行處理、實(shí) 現(xiàn)有效綜合利用已成為鋁工業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展亟待 解決的問(wèn)題,。

        鋁灰按照其處理程度的不同可分為一次鋁灰和 二次鋁灰,。一次鋁灰為鋁發(fā)生融熔的工序直接 排出的灰渣，其特征為金屬鋁的含量較多,。二次鋁 灰為一次鋁灰經(jīng)回收金屬鋁后的灰渣,，相對(duì)一次鋁 灰其中的金屬鋁含量顯著降低,，其他物質(zhì)的含量明 顯增加。表 1 為一次鋁灰和二次鋁灰的主要化學(xué)組成,，可以看出鋁灰主要由金屬鋁,、氧化鋁、氮化鋁和 氧化鎂組成,，其中氧化鎂主要以鋁鎂尖晶石的形式 存在,。此外，由于鋁電解采用冰晶鹽體系生產(chǎn)金屬 鋁,，鋁灰中還含有一定量的其他氧化物,、鹽和氟化 物。鋁灰與水接觸后,，其中的氮化鋁易水解產(chǎn)生氣 味難聞的氨氣污染空氣,、氟化物水解產(chǎn)生氟化氫危 害人體健康?；阡X灰的化學(xué)組成及性質(zhì)，對(duì)其 進(jìn)行有效處理,、實(shí)現(xiàn)綠色資源的研究方向應(yīng)考慮以 下兩點(diǎn): 一,、采用簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的方法實(shí)現(xiàn)氧化鋁的有效 分離; 二、采用有效的方法利用其中的氮,、氟等元素?，F(xiàn)有文獻(xiàn)介紹的利用鋁灰的途徑主要為回收金屬 鋁，制備建筑材料,、耐火材料,、化工原料、氫氧化鋁微 粉等,。

2． 1 一次鋁灰的回收方法 

        處理一次鋁灰的主要目的是回收有價(jià)金屬鋁,， 根據(jù) 處 理 方 式 的 差 異 主 要 分 為 炒灰回收法、 ALUＲEC ( Aluminium Ｒecycling) 法,、傾動(dòng)回轉(zhuǎn)爐處 理法,、MＲM ( Metal Ｒecycling Machine) 法、等離子體 速熔法和壓榨回收法,。 

        炒灰回收法的工藝過(guò)程為將鋁灰和熔劑混合后 投放到一個(gè)傾斜的鐵鍋中,，由于鋁灰自身具有較高 的熱量，人工用鐵鍬進(jìn)行翻炒,，在翻炒攪拌的過(guò)程 中,，鎂等物質(zhì)持續(xù)氧化放出熱量，產(chǎn)生的熱量使金屬 鋁處于熔融態(tài),，在重力的作用下,，熔融鋁水從底部流 出加以回收,，金屬鋁的回收率比較高。該方法操作 過(guò)程簡(jiǎn)易方便,，但由于其是敞開式作業(yè),，過(guò)程中會(huì)有 大量的粉塵和鹽霧產(chǎn)生，會(huì)對(duì)環(huán)境和操作工人身體 健康造成危害,。

        ALUＲEC ( Aluminium Ｒecycling) 法是目前國(guó)內(nèi) 外普遍采用的回收一次鋁灰的方法,，是由丹麥阿加 公司( AGA) 、曼公司( MAN) 和霍戈文斯鋁業(yè)公司聯(lián) 合開發(fā)的,，可通過(guò)較低的能耗獲得更高的熱效率,。采用回轉(zhuǎn)式熔化爐，以天然氣為燃料富氧燃燒,，在很 短時(shí)間內(nèi)達(dá)到熔化鋁所需的溫度,，鋁熔化后富集在回轉(zhuǎn)爐底部，非金屬渣浮于鋁熔體上面,。該工藝具 有熱效率高,、自動(dòng)化程度高、工人勞動(dòng)強(qiáng)度低和環(huán)境 友好等優(yōu)點(diǎn),，但鋁回收率低于炒灰回收法,，殘余鋁灰 還需進(jìn)一步處理。 

        傾動(dòng)回轉(zhuǎn)爐處理法的工藝過(guò)程為將鋁灰和溶劑 充分混合后裝入帶有一定斜角的回轉(zhuǎn)爐中,，鋁灰中 的鋁經(jīng)高溫熔融后從放料口被收集后運(yùn)送到鑄造工 序,。傾動(dòng)回轉(zhuǎn)爐的工作流程包括裝入熔劑、熔化熔 劑,、裝入鋁灰,、熔化鋁灰、放出鋁水,、回收使用過(guò)的熔 劑或鹽餅等,。該方法可避免外部空氣的吸入，保證 爐內(nèi)的還原性氣氛,，提高物料均勻度和熱傳導(dǎo)效率,。 

        MＲM( Metal Ｒecycling Machine) 法是日本鋁工 業(yè)發(fā)展初期所使用的方法，其工藝過(guò)程為把熱鋁渣 直接送入帶有攪拌裝置的設(shè)備中,，使鋁熔體沉積于 設(shè)備底部,，加入熔劑放出熱量，使渣保持鋁熔化所需 溫度,。剩余的鋁渣可進(jìn)一步進(jìn)行篩選,、粉碎、熔化進(jìn) 行二次處理。為降低金屬鋁的損失,，在系統(tǒng)中通入 氬氣,，使攪拌和鋁回收的全過(guò)程在氬氣保護(hù)下進(jìn)行， 就形成了改良的 MＲM 工藝流程,，該法的鋁燒損率 降低到 4% ,，鋁回收率達(dá) 91% 。 

        等離子體速熔法的工藝過(guò)程為使用等離子噴槍 在傾動(dòng)爐內(nèi)熔煉鋁浮渣,。鋁灰被快速加熱至所需溫 度,，鋁灰中的金屬鋁熔化后流入爐底，通過(guò)出料口排 出,。該工藝鋁回收率大于 90% ,。同時(shí)在流程中加 入氧化鈣，生成熔融鋁的密度比鋁酸鈣密度低,，在爐 內(nèi)分為兩層,，可同時(shí)鋁水和鋁酸鈣兩種產(chǎn)品。該工 藝的特點(diǎn)是不添加鹽類熔劑,，產(chǎn)生的鋁酸鈣渣料可 作為商品出售給水泥或氧化鋁企業(yè),。 

        壓榨回收法的原理是將熱鋁灰裝入機(jī)器，然后 施加靜壓或動(dòng)壓,，將熔融鋁擠壓出來(lái),。具有代表性 的工藝主要有阿爾特克國(guó)際公司( Altek Internation- al) 開發(fā)' The Press'。該方法不需要鋁灰預(yù)先冷卻 工序,，具有工藝簡(jiǎn)單、投資低,、操作與維護(hù)費(fèi)用低,、勞 動(dòng)強(qiáng)度低和自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。該工藝在美國(guó)和 日本的一些企業(yè)的應(yīng)用效果很好,，但國(guó)內(nèi)企業(yè)應(yīng)用 效果較差,。

2． 2 二次鋁灰的回收方法 

        處理二次鋁灰的主要目的是利用其中的含鋁物 質(zhì)，如金屬鋁,、氧化鋁,、氮化鋁等。根據(jù)鋁灰的處理 方式和用途主要分為濕法化學(xué)法制備含鋁材料,、高 溫?zé)Y(jié)法制備耐火材料,、作為主要原料制備建筑材 料等。 

        濕法化學(xué)法制備含鋁材料的方法主要是以氫氧 化鈉,、硫酸,、鹽酸或硝酸溶液為介質(zhì)，通過(guò)加壓浸出的方式處理二次鋁灰，浸出反應(yīng)過(guò)程中鋁灰中的金 屬鋁和可溶性的氧化鋁進(jìn)入溶液,，形成的浸出料漿 經(jīng)固液分離后獲得浸出渣和含鋁溶液,。含 鋁溶液經(jīng)系列處理后可制備出氧化鋁、硫酸鋁,、氯化 鋁等產(chǎn)品,。浸出渣經(jīng)洗滌、烘干后可用作生產(chǎn)陶瓷,、 建筑材料的主要原料,。該方法存在的主要缺點(diǎn)是浸 出過(guò)程未考慮氮化物、氟化物的回收利用,，處理過(guò)程 產(chǎn)生的氣體對(duì)環(huán)境依然產(chǎn)生較壞影響,，而且工藝循 環(huán)能力差，生產(chǎn)成本比較高,。

        高溫?zé)Y(jié)法制備耐火材料的方法是按照所制備 產(chǎn)品的要求,，經(jīng)配比混料后在高溫條件下燒結(jié)，制備 出合格的棕剛玉,、鎂鋁尖晶石或 Sialon 等耐火材 料,。制備出的耐火材料性能均可滿足工業(yè)需求， 而且制備成本較低,，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益,。但在制 備耐火材料過(guò)程中需要先對(duì)鋁灰進(jìn)行洗滌除氮，消 除含氮物質(zhì)在后續(xù)使用過(guò)程中的水解,，影響產(chǎn)品的 性能,。目前有關(guān)除氮的工藝技術(shù)均采用熱水洗滌的 方式，但熱水洗滌除氮效率低,、除氮效果差,，還不能 滿足工藝的要求。

        作為主要原料制備建筑材料的方法是以鋁灰為 主要原料,，并加入石英,、黏土等可降低燒成溫度的添 加劑進(jìn)行生產(chǎn)。獲得的清水磚氣孔率和耐壓 強(qiáng)度良好,，是傳統(tǒng)黏土燒結(jié)磚的理想替代品,。也可 以將鋁灰、鋁污泥和氧化鋁為原料制備鋁酸鈣水泥,， 制備出的鋁酸鈣水泥的各項(xiàng)性能指標(biāo)均可達(dá)到國(guó)際 水泥標(biāo)準(zhǔn),。但鋁灰中含有一定量的氯鹽、重金屬和 氟化物等影響產(chǎn)品強(qiáng)度,、耐腐蝕性等性能,，尤其氮化 鋁的水解對(duì)大氣環(huán)境產(chǎn)生惡劣影響，依然需要進(jìn)行 預(yù)處理后才能使用。一定程度增加了鋁灰資源化的 成本及技術(shù)難度,，阻礙了鋁灰在建筑領(lǐng)域的推廣應(yīng) 用,。

2． 3 資源化利用新技術(shù) 

        開發(fā)有效解決鋁灰中氟的危害，促進(jìn)氮化鋁的 快速水解,，實(shí)現(xiàn)綠色資源化的工藝路線是處理鋁灰 的追求目標(biāo),。沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)提出了一種以硫酸氫銨 為主要介質(zhì)，采用濕法冶金的方法處理鋁灰的工 藝技術(shù),，其工藝流程示意圖如圖 1 所示,。

        該工藝流程為濕法密閉循環(huán)流程，所有反應(yīng)均 在密閉的容器中進(jìn)行,，生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)任何氣體,、廢水 外排。鋁灰中的氮化鋁與硫酸氫銨反應(yīng)劇烈,，可以 在較短的時(shí)間內(nèi)生成硫酸鋁銨和硫酸銨進(jìn)入溶液,。其他反應(yīng)活性比較大的含鋁礦物的鋁也會(huì)形成鋁離 子進(jìn)入液相。經(jīng)硫酸氫銨處理后的不溶固體殘?jiān)鼘?于高鋁物料,，可用于制備性能良好的耐火材料或結(jié) 構(gòu)陶瓷,。固液分離后的浸出液經(jīng)氨水沉淀后獲得氫 氧化鋁微粉產(chǎn)品和硫酸銨溶液，當(dāng)硫酸銨溶液的中 的氟離子濃度累積到一定程度時(shí)可通過(guò)向溶液中加 入硫酸鈉使氟離子形成冰晶鹽沉淀,，從而避免流程 中氟離子的積累,。

        圖 2 為鋁灰中的鋁在不同反應(yīng)溫度條件下的浸 出率變化曲線，可以看出隨著反應(yīng)溫度的升高鋁灰 中的氧化鋁的浸出速度加快,。反應(yīng)溫度為 160 ℃條 件下,，氧化鋁的浸出率相對(duì)較高，反應(yīng)時(shí)間為 240 min 時(shí)氧化鋁的浸出率達(dá)到最高值 56% ,，但進(jìn)一步 延長(zhǎng)時(shí)間并不能提高氧化鋁的浸出率,。從圖 3 中鋁 灰和浸出渣( 浸出 4 小時(shí)) 的物相分析結(jié)果可以看 出，鋁灰主要由氮化鋁,、氧化鋁、氯化鈉和鋁鎂尖晶 石組成,，經(jīng)硫酸氫銨浸出后,，灰中的氮化鋁和氯化鈉 的衍射峰已完全消失了，說(shuō)明氮化鋁和氯化鈉已完 全溶解,。

        鋁灰由于其含有氟化物,、氮化物等被定義為危 險(xiǎn)固體廢棄物，如何處理好氟化物和氮化物的回收 利用是實(shí)現(xiàn)鋁灰資源化的關(guān)鍵,。資源化利用新技術(shù) 以硫酸氫氨為主要介質(zhì)采用濕法循環(huán)處理技術(shù)處理 鋁灰,，工藝具有能耗低、可實(shí)施性強(qiáng)、AlN 水解完全,、 過(guò)程中無(wú)廢液,、廢氣排放等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)鋁灰的高 效,、綠色資源化利用,，具有廣闊的應(yīng)用前景。但對(duì)于 鋁灰濕法循環(huán)處理技術(shù)的有關(guān)基礎(chǔ)理論,，如反應(yīng)過(guò) 程中的相關(guān)熱力學(xué),、相關(guān)元素的遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程、進(jìn)出 過(guò)程的有關(guān)機(jī)理等還缺乏深入系統(tǒng)研究,，有待進(jìn)一 步完善,。