工業(yè)領(lǐng)域綠色低碳技術(shù)應(yīng)用案例6 年處理6萬噸二次鋁灰資源化綜合利用項目

案例6年處理6萬噸二次鋁灰資源化綜合利用項目主要完成單位：中鋁鄭州有色金屬研究院有限公司主要完成人員：康澤雙、劉中凱、閆琨、張騰飛、田野、和新忠、張延利近年來，在國家再生金屬產(chǎn)業(yè)發(fā)展的引導(dǎo)和扶持下，鋁產(chǎn)量不斷提高，而在所有熔鋁工序中均會產(chǎn)出的廢棄物“鋁灰”，其產(chǎn)量也在日益增加。僅2022年，我國鋁灰產(chǎn)量約300萬t，且每年以2%左右的速率增長。一、項目背景鋁灰作為正式列入《國家危險廢棄物名錄》的一員，若處置不當(dāng)，將存在重大的環(huán)境危害和風(fēng)險。如，鋁灰與水接觸會釋放可燃和有害氣體（如氫氣、氨氣、甲烷、硫化氫等），易引起自燃和爆炸，而直接堆存將由于鹽分溶解滲出積聚，導(dǎo)致土壤鹽堿化和水體污染，以及由于氟化物浸出毒性超標(biāo)，直接污染周邊地下水和土壤。但是，結(jié)合行業(yè)實踐來看，實現(xiàn)鋁灰的資源化綜合利用并不容易。過去，大部分鋁灰被當(dāng)作廢棄物進(jìn)行處理，導(dǎo)致了資源的浪費(fèi)和環(huán)境的污染。同時，鋁灰的成分復(fù)雜，是含有多種鹽分及金屬氧化物、氮化物、氟化物的混合物。這些都對我國鋁工業(yè)提出了新環(huán)保要求，迫切需要低成本鋁灰無害化處置及高附加值資源化利用技術(shù)。中鋁鄭州有色金屬研究院有限公司開展的年處理6萬噸二次鋁灰資源化綜合利用項目，是針對二次鋁灰富含大量氧化鋁同時伴有氮化鋁、浸出氟、可溶鹽等特點(diǎn)，開發(fā)的二次鋁灰全量資源化利用關(guān)鍵技術(shù)。項目通過采用多段連續(xù)催化水解工藝實現(xiàn)了其活性組分的深度解離和鹽組分的高效浸出，達(dá)到了氣、液、固組分的全量化利用。經(jīng)過對二次鋁灰處理，得到的（不具有浸出毒性和反應(yīng)性的）高鋁料可替代高品質(zhì)鋁土礦，用于生產(chǎn)煉鋼精煉劑、冶金級氧化鋁、耐火材料、鋁酸鈣等產(chǎn)品。圖SEQ圖\*ARABIC76鋁灰在鋁行業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈中的產(chǎn)生過程此項技術(shù)于2020年在河南建設(shè)了年處理6萬噸二次鋁灰資源化綜合利用項目，生產(chǎn)系統(tǒng)包括金屬鋁回收、鋁灰反應(yīng)浸出、液固分離、濃鹽水蒸發(fā)結(jié)晶、氨及可燃?xì)怏w回收利用系統(tǒng)等。二次鋁灰分解釋放的氨氣經(jīng)氨吸收系統(tǒng)制備成氨水產(chǎn)品；活性組分分解釋放的氫氣、甲烷等可燃?xì)饨?jīng)集氣系統(tǒng)收集作為二次燃料使用；可溶性鹽類經(jīng)過提純及蒸發(fā)結(jié)晶制備成鋁用精煉劑產(chǎn)品；二次鋁灰處理后的惰性渣則經(jīng)分離烘干制備成高鋁料，高鋁料氧化鋁含量達(dá)70%以上、氮化鋁含量<1%、pH值6.9-7.6，不具備危險廢物特性，可作為高鋁基原料外售或制備鋁酸鈣和耐火材料等產(chǎn)品，實現(xiàn)二次鋁灰全量資源化利用。圖SEQ圖\*ARABIC77開發(fā)二次鋁灰全量資源化處置利用技術(shù)流程圖二、創(chuàng)新點(diǎn)及相關(guān)技術(shù)內(nèi)容創(chuàng)新點(diǎn)1：首創(chuàng)靶向抑氨和梯級溫度精準(zhǔn)調(diào)控技術(shù)傳統(tǒng)鋁灰利用工藝常采用堆放、填埋等常規(guī)處理方法，沒有明確的氣體釋放控制目標(biāo)或措施，存在安全風(fēng)險或控制難度較大，導(dǎo)致鋁灰回收利用困難或效率較低。尤其針對二次鋁灰水解過程中氣體釋放不穩(wěn)定、安全風(fēng)險高、回收利用困難等技術(shù)難題，項目基于靶向抑氨和梯級溫度精準(zhǔn)調(diào)控技術(shù)，實現(xiàn)可燃性氣體和氨氣的分段穩(wěn)定釋放的技術(shù)突破，使得氫氣、甲烷總含量>95%，且處置過程安全可控，利于回收利用。圖SEQ圖\*ARABIC78靶向抑氨和梯級溫度精準(zhǔn)調(diào)控技術(shù)示意圖創(chuàng)新點(diǎn)2：創(chuàng)新性采用多級催化水解浸出工藝項目針對鋁灰中氮化鋁水解時間長且不徹底，鹽脫除不干凈，導(dǎo)致處置效率低、效果差、成本高等技術(shù)難題，采用多段連續(xù)催化水解浸出工藝，協(xié)同耦合能束場強(qiáng)化效應(yīng)，促進(jìn)鋁灰中活性組分的深度解離和鹽組分浸出，處置利用更徹底、更高效。氮化鋁水解率>95%，鹽分離回收率>98%，優(yōu)于同類處置技術(shù)（即氮化鋁水解率90%、可溶鹽回收率90%)。圖SEQ圖\*ARABIC79多級催化水解浸出工藝創(chuàng)新點(diǎn)3：處理過程氣、液、固全量化增值利用項目針對二次鋁灰處置過程中存在氣體污染，回收的鹽及含氧化鋁尾渣雜質(zhì)含量高，致使其資源化利用途徑受限的技術(shù)難題，采用梯級全量利用氣液固組分，實現(xiàn)產(chǎn)品清潔增值和廢物零排放。圖SEQ圖\*ARABIC80氣、液、固全量化增值利用創(chuàng)新點(diǎn)4：轉(zhuǎn)化產(chǎn)物高質(zhì)高效項目經(jīng)過對二次鋁灰處理，產(chǎn)出的高鋁料達(dá)到一般固體廢棄物標(biāo)準(zhǔn)?？扇苄喳}<1%，氮化鋁<1%，浸出pH值<9.0，可溶性氟化物<50mg/L，高鋁料主要成分為Al2O3、MgAl2O4、Al(OH)3，折算Al2O3含量72.70%，可作為中間產(chǎn)品銷售。高鋁料資源化產(chǎn)品滿足《鎂鋁尖晶石》(GBT26564-2011)標(biāo)準(zhǔn)中鋁礬土級中SMB60要求、《煉鋼用預(yù)熔型鋁酸鈣》(YB/T4265-2011)標(biāo)準(zhǔn)中CA-40級別的要求以及《水處理劑用鋁酸鈣》(GB/T29341-2012)標(biāo)準(zhǔn)要求。表SEQ表\*ARABIC17二次鋁灰惰性轉(zhuǎn)化產(chǎn)物高鋁料性質(zhì)分析高鋁料AlSiMgNaKCaFeTiF灼減成分，%38.490.625.690.340.420.770.490.390.8514.97高鋁料浸出毒性FCuZnCrCdPbHgAsAgBaBe分析結(jié)果，mg/L37.290.017<0.01<0.05<0.01<0.2<0.05<0.2<0.010.23<0.01危廢標(biāo)準(zhǔn)，mg/L1001001005150.1551000.02項目回收的復(fù)合鹽主要成分為NaCl和KCl。復(fù)合鹽經(jīng)過調(diào)配制備成鋁用精煉劑產(chǎn)品，符合《鋁及鋁合金用熔劑》（YS/T491-2020）標(biāo)準(zhǔn)。表SEQ表\*ARABIC18二次鋁灰惰性轉(zhuǎn)化產(chǎn)物復(fù)合鹽性質(zhì)分析復(fù)合鹽成分NaKClCaMgF含量，%22.115.0464.710.110.040.09三、經(jīng)驗總結(jié)與推廣價值年處理6萬噸二次鋁灰資源化綜合利用項目建成了國內(nèi)首條取得危險廢物經(jīng)營許可證的鋁灰高效回收利用示范線，實現(xiàn)二次鋁灰的全量化利用，將其大部分以金屬鋁形式得到回收，剩余材料如少量金屬鋁及氮化鋁、碳化鋁水解產(chǎn)生的氫氣、氨氣、甲烷分階段回收利用，蘊(yùn)含的可溶鹽通過蒸發(fā)結(jié)晶轉(zhuǎn)化成鋁用精煉劑，而惰性高鋁料可作為煉鋼精煉劑、冶金級氧化鋁、耐火材料、鋁酸鈣等產(chǎn)品生產(chǎn)所需的高鋁基原料。根據(jù)中鋁鄭州有色金屬研究院有限公司測算結(jié)果，項目通過鋁灰資源的全量資源化利用，有助于企業(yè)取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。按照年處理6萬噸二次鋁灰生產(chǎn)線，項目年回收金屬鋁約0.3萬噸、氨水約2.03萬噸、可燃?xì)饧s187.74t、鋁用精煉劑約1.44萬噸、惰性高鋁料約4.50萬噸，年總營業(yè)收入約6850萬元，綜合年處理成本約3000萬元/年，年創(chuàng)造利潤約2880萬元。項目全過程無廢水、廢氣和固體廢物產(chǎn)生，可減少因