-
doi
：
10.3969/.1007-754
5.2018.10.007
铝灰处理技术现状及展望
李帅
1,2
，
刘万
超
1,2
，
刘中凯
1,2
，
闫琨
1,2
（
1.
中国铝业郑州有色
金属研究院有限公司，郑州
450041
；
2.
国家铝冶炼工程技术研究中心，郑州
450041
）
摘要
：阐述了铝灰的主要来源、种类、性质及对环境的影响，从有价元素
回收、资源化利用、铝灰处理工业化
应用等方面分析归纳了铝灰处理进展。
结合我国铝工业区域性集中发展特征及当前铝灰处理过程中存在的问题，
指出
其未来发展方向有以下几点：由
“
低效、分散利用
”
向
“
高效、规模利用
”
；开发低成本无害化处理技术或高
附加值
资源化技术；加强工程装备开发和提高产业化水平。
关键词<
/p>
：铝灰；回收利用；产业化；研究进展
中图分类号：
X758
；
TF821
文献标志码：
A
文章编号：
1007-7545
（
2018
）
10
-0000-00
Technical State and
Prospect on Processing of Aluminum Dross
LI Shuai
1,2
, LIU
Wan-chao
1,2
, LIU Zhong-
kai
1,2
, Y
AN
Kun
1,2
(
1. Zhengzhou Non-ferrous
Metal Research Institute Co. Ltd of CHALCO,
Zhengzhou 450041, China
;
2. China National Engineering Research
Central for Aluminum Metallurgy, Zhengzhou 450041,
China
)
Abstract
：
Source,
types, properties and effects on environment of
aluminum dross were analyzed. Research progress of
aluminum
dross
was
reviewed
in
terms
of
recovery
of
valuable
elements,
resource
utilization
and
industrialization.
Development trend of aluminum dross
treatment technology is prospected according to
development characteristics of
aluminum
industry
and
issues
in
disposal
process,
including
transformation
from
inefficient
and
decentralized
utilization
to
efficient
and
scale
utilization,
development
of
economic
innocent
treatment
technology
or
recycling
technology
with
high
value-added products,
and
development
of
engineering
equipment
to
improve
industrialization
level.
Key
words
：
aluminum dross;
recovery and utilization; industrialization;
research progress
2017
年我国原铝产量为
3 590
.5
万
t
，占全球原铝产量的
56.7%
[1]
。近年来，国家加大了对再生
金属产业的
鼓励和支持力度，对再生金属产业的发展加以引导和扶持。在政策红利支持下
，废铝利用率也不断提高，铝灰
产量也日益增加，据推测，
20
17
年我国铝灰产量
150~200
万
t
，且每年以
2%
左右的速率增长。铝灰中含有氟化
物、氮化铝、可溶盐等对环境有毒有害物质，在<
/p>
2016
年被列入《国家危险废弃物名录》，属于有色金属冶炼废
物（
HW48
），需按照危废相关要求
处置。国内外学者围绕铝灰处理技术开展了大量工作，并取得一定成效，
但仍未实现大规
模产业化应用，本文对已有研究成果进行归纳整理，为后续铝灰处理工作提供思路和借鉴。
1
铝灰概述
1.1
铝灰来源和种类
铝灰产生于所有的熔融铝的工序，主要包括：原铝生产（电解铝）、铝合金生产、废铝回收再生及铝 灰处
理过程。通常，按照铝灰中金属铝含量的不同，可分为一次铝灰和二次铝灰。
从熔炼炉内扒出的铝渣称为一次铝灰，外观上呈现灰白色，主要是由
金属铝和铝氧化物组成的混合物，铝
含量可达
15%~70%<
/p>
，也称之为
“
白铝灰
”
；二次铝灰是一次铝灰提取金属铝后的废弃物，主要成分为氧化铝、氮
化铝、金属铝、盐类以及其它组分，因其固结成块状，也称之为
“
盐饼
”
。
1.2
铝灰性质
< br>铝灰成分因产生环节及工艺的不同，具有较明显的差异，主要物相为氧化铝、金属铝、镁铝尖晶石、方镁< /p>
石、石英、氮化铝、碳化铝及盐溶剂等
[2-4]
。铝灰堆积密度
0.828~1.118 g/cm
3
，表观密度
2.396~2.528 g/cm
3
，浸
出液
pH
为
9.03~10.14
[5]
，
ABDULKADIR
等利用
J
MatPro
计算了铝灰的热导系数及比热容
[6]
。从图
1
可知，铝
灰热导
系数和比热容与温度均呈现较好的线性关系，但在
624 K
时
发生突变，这是因为在该温度下铝灰发生了
相变。
收稿日期：
2018-06-01
<
/p>
基金项目：
国家自然科学基金资助项目（
51304216
）；国家重点研发计划项目（
2017YFC
0703105
）
作者简介：
李帅
(1989-)
，男，河北邢台人，硕士
，工程师；
通信作者：
刘万超
(198
3-)
，男，山东平阴人，博士，
高级工程师
< br>.
50
1.2
比热容
导热系数
48
46
44
比
< br>热
容
/
(
J
·
g
-
1
·
K
-
1
)
1.1
1.0
4
2
40
38
0.9
0.8
36
0.7
34
800
300
400
50
0
600
700
温度/K
图
1
铝灰的热工性质
Fig.1 Thermal characteristics of
aluminum dross
导
热
系
数
/<
/p>
(
W
·
m
1.3
铝灰对环境的影响
我国铝灰处理及资
源化水平相对落后，多数企业采用直接填埋或堆存方式处理，这种粗放处理方式会对环
境
造成以下三方面危害。
1
）污染地下水
铝灰在堆存过程中受雨淋或潮湿环境影响，其赋存的氟化物、氰化物、重金属、可溶盐等有毒有害物质会
发生迁移转化，造成地下污染
[7]
。此外
，铝灰中的氮化铝在潮湿环境下会释放出氨气，引起地下水
pH
升高；部
分钙、镁离子还可能导致地下水总硬度超标。
2
）污染大气
铝灰中含有的氮化铝、金属铝及少量的碳化铝、硫化铝、磷化铝等，遇水会释放大量氨气，并产生一定量
氢气、甲烷、硫化氢、磷化氢等
[8]
。这些
气体多数有毒有害，部分具有恶臭性、易燃易爆性，直接排放到空气
中不仅污染大气，还
会带来安全隐患。此外，堆场铝灰在风吹日晒环境下，导致铝灰表面粘结性变差，极易引
起粉尘污染。
3
）污染土壤
铝灰堆存不仅占用大量耕地，而且其盐分会缓慢积聚在土壤中导致盐碱化，扰乱周围植物根系正常生理活
动。此外，铝灰中的硒、砷、钡、隔、铬、铅等可能导致土壤重金属超标
[9]
。
2
铝灰有价元素回收技术
2.1
回收金属铝
铝灰，特别是一次铝灰中
含有较高的金属铝，国内外开发了许多技术用于回收铝灰中的金属铝。主要分为
热处理法
和冷处理法两类
[10]
。常见的铝灰热回收技术包括：炒灰回
收法、倾动回转窑处理法
[12]
、压榨回收法及
离心法等。该类技术主要应用于一次铝灰，能够充分利用铝灰的物理潜热，但铝灰在高温条件下反复搅
拌，不
可避免要与空气接触，致使金属铝被大量氧化，降低了铝的回收率。常见的铝灰冷
处理技术包括离心法
[13]
、电
选法
[14]
、
重选法、
< br>机械筛分法等
[11]
。
该类技
术主要应用于二次铝灰回收金属铝，
具有操作简单、
污染小的优
点。
铝灰回收金属铝技术的主要原理及优缺点如表
1
所示。
-
1
·
K
-
1
)
处理技术
炒灰法
倾动回转窑法
压榨法
离心法
电选法
重选法
机械筛分法
表
1
铝灰回收金属铝方法
Table 1
Methods to recover metal aluminum from aluminum
dross
原理
优缺点
利用铝灰自身热量及外部热源
，添加剂氯
有害气体多、粉尘大
化锌等作用，使铝块长大
操作简便、
处理能力大，但投资和运行成
利用大的回转窑加热，使铝熔融后汇集，
< br>本高、回收率低，且熔盐的加入增加了二
收集金属铝
次铝灰利用难度
将热态铝灰直接装入
机械，加压将熔融铝
装备简单、自动化程度高，但铝金属回收
挤
压出来
率较低，仅为
60%
仅适用于热态铝灰，作业时间短、环境危
通过离心实现铝液和铝渣的分
离
害小
基
于铝灰中各种物质的电性质不同而实
设备复杂、投资大，回收率高、无污染
现物料分离
利用金属铝
与脉石颗粒密度差异，在水介
适用于冷态铝灰，但由于铝灰成分复杂，
< br>质环境中实现分离
导致重选难度大
利用金属铝与其它组
分耐磨性差异，采用
处理能力大、操作简单、适用于冷态铝灰
破碎、研磨、筛分的方式将金属铝提出来
2.2
回收氧化铝
铝灰回收氧化铝的方法主
要有酸法、碱熔炼法、碱浸法等，其优缺点如表
2
所示。
DAS
[15]
利用硫酸浸出法
从铝灰中回收
η
-Al
2<
/p>
O
3
，
先通过水
洗除去铝灰中的可溶盐，
再用硫酸浸出获得硫酸铝溶液，
将其与
氨水反应，
最
后经煅烧制备出
η
-Al
2
O
3
，
该工艺中铝的回收率达到
84%
。
MOSTAFA
[16]
采用盐酸浸出法制备纳米级高纯氧化铝
γ
-Al
2
O
3
，在盐酸浓度
5 mol/L
，反应温度
85
℃下浸出
2
h
，制备出粒径为
15.90 nm
的
氧化铝，产品纯度在
98%
以上；研究还发现铝灰在盐酸中的溶
解受层扩散控制，反应活化能为
10.49
kJ/mol
。李菲
[17]
采用低温碱性熔炼
—
浸出
—
晶种分解工艺
制备出
α
-Al
2
O
3
。周扬民
[18]
将净化后铝灰与烧碱熔炼制备铝酸钠，然后经水浸、分离、
煅烧等工序制备
出砂状氧化铝。
谢刚
[19]
采用加压
碱浸，
微波辅助活化的方式，
实现了从电解铝灰中回收氧化铝。
表
2
铝灰中回收氧化铝方法
方法
酸法
碱浸法
碱熔炼法
Table2
Methods to recover alumina from aluminum dross
优点
缺点
工艺简单、成本低、无废渣排放
产品纯度低、产生废液及有害气体
产品纯度高
回收率低、碱耗大
产品纯度高、回收率高
投资大、运行能耗高、残渣需进一步处理
2.3
回收盐
铝灰中盐主要来源于热处理法
回收铝过程中添加的熔剂。崔维
[20]
采用超声波强化浸出回
收铝灰中氯盐，与
常规浸出相比提高了浸出率、缩短了浸出时间。
BRUCKARD
[21]
研究了不同铝灰粒度、浸出时间、
浸出温度、
浸出液种类对可溶盐的影响，表明
90%
以上的氯化物能够在
1
h
内通过水洗脱除，在湿磨—碱浸工艺条件下，
氯去除率高达
9
9.6%
。铝灰中的可溶盐回收，一般不单独进行，通常是铝灰资源化的一个附加工艺。
2.4
回收气体
铝灰可以产生氢气、氨气、
甲烷、硫化氢等气体
[22]
。每千克铝灰能够释放
0.25~1.17 L
气体
[5]
。虽然气体量
较少，且经济效用一直受到质疑，但是近年来，国内外专家学者
开始注重铝灰整体资源化研究，气体作为资源
化的一种产品，使之成为各种气体的潜在来
源。
MESHRAM
[23]
等研究了
利用氢氧化钠溶液从铝灰中回收氢气的
技术，结果表明，细颗粒的铝灰更容易生成氢气，
这是因为其具有更大的表面积，尽管细颗粒铝灰中金属铝含
量低于粗颗粒。
DA
VID
[24]
研究表
明，将铝灰破碎、研磨至
45
μm
，
破坏掉包裹在金属铝外的氧化铝膜后，以氢
氧化钠和氢氧化钾为催化剂，在室温环境下，
氢气的回收率可达
100%
。
BRUC
KARD
[8]
研究发现，氨气更容易
在
pH
＞
8
的
碱性溶液中生产，在
pH
＜
8
的溶液中主要是氨水形式存在。
3
铝灰资源化利用