鋁灰綜合利用的技術進展_劉守信

1、2008年8月云南化工Aug.2008第35卷第4期YunnanChemicalTechnologyVol.35,No.4鋁灰綜合利用的技術進展劉守信,劉曉紅,王華,程淑蓮(南昌大學環(huán)境科學與工程學院江西南昌330031)摘要:綜合利用鋁灰對于回收資源,改善環(huán)境,有重要的意義。介紹了國內外鋁灰綜合應用的研究進展關鍵詞:鋁灰;綜合利用;氧化鋁;氯化鋁中圖分類號:X758:A:1004-275X(2008)0420064204ofComprehensiveUtilizationofAluminumAshLIUShou2xin,LIUXiao2hong,WANGHua,CHENGShu2lian(S

2、choolofEnvironmentalScienceandEngineering,NanchangUniversity,Nanchang330031,China)Abstract:Technologyonthecomprehensiveutilizationofaluminumashathomeandabroadwasreviewed.Keywords:aluminumash;comprehensiveutilization;alumina;aluminiumchloride鋁灰主要生成于氧化鋁經(jīng)熔鹽電解生產(chǎn)鋁的過程中,由于操作和測定器具的攜帶、陽極更換、出鋁、鑄錠以及電解槽大修等原因,會產(chǎn)

3、生一定量的鋁渣。一般每生產(chǎn)1t鋁要產(chǎn)生3050kg鋁渣鋁灰1鋁渣鋁灰,2007年我國再生鋁產(chǎn)量為374.5萬t,僅此一項,將產(chǎn)生鋁灰約75萬t。由此可見,每年產(chǎn)生的鋁灰量很大,堆積占用土地,污染環(huán)境。另一方面,鋁灰是一種可再生的資源,但一直沒得到足夠的重視,成為破壞環(huán)境的一個因素。隨著經(jīng)濟的發(fā)展,廢鋁積蓄量的逐年大幅度增加,如果不尋找經(jīng)濟有效并且環(huán)保的方法加以治理,將越來越突顯其對環(huán)境的嚴重威脅。我國目前鋁渣處理回收率低,能量消耗大,應大力發(fā)展新技術和采用國外的先進技術、設備來改變這一落后狀態(tài)。研究和開發(fā)從工業(yè)鋁渣、鋁灰中回收鋁技術,對于提高企業(yè)的經(jīng)濟效益,保護生態(tài)環(huán)境就具有很重要的現(xiàn)實意義和

4、實用價值。近年來,我國鋁生產(chǎn)能力及產(chǎn)量大幅度增加,2005年產(chǎn)量是750萬t,2006年中國原鋁產(chǎn)量934.9萬t,產(chǎn)生鋁灰3050萬t,2007年原鋁產(chǎn)量為1260.7萬t,產(chǎn)生約4065萬t鋁渣鋁灰。其次,鋁在消費應用過程中,由于鑄錠、多次重熔、配制合金、零部件澆鑄;或鍛造、擠壓、軋制、切削加工等,都將產(chǎn)生鋁渣鋁灰或廢雜鋁,廢雜鋁的回收仍然要產(chǎn)生鋁渣鋁灰,每噸鋁加工應用的全過程將產(chǎn)生3040kg鋁渣鋁灰。2006年我國的鋁消費增長量高達29.31%,超過869.31萬t,這樣每年將產(chǎn)生2634萬t鋁渣鋁灰廢鋁再生。1鋁灰綜合利用技術現(xiàn)狀和研究進展由于產(chǎn)生路徑不同,鋁渣鋁灰中鋁的含量也不同。

5、除鋁外,鋁灰的主要成分是Al203,Si02,再次,廢鋁再生并重新加工成制品的回收率一般為75%85%,再生1t廢鋁將產(chǎn)生150250kg收稿日期:2008202224作者簡介:劉守信(19842),男,江西吉安人。碩士研究生,主要從事鋁灰有效資源的再生利用研究工作。導師簡介:劉曉紅(19632),女,江西九江人,碩士,教授,主要從事化工產(chǎn)品的新工藝開發(fā)和教學。2008年第4期劉守信等:鋁灰綜合利用的技術進展65MgO,CaO,Fe203等1.1回收鋁2。鋁加工企業(yè)一般是在熔爐內加入渣鋁分離劑,將鋁灰扒出,在鋁灰中用鐵鈀攪拌,融化的鋁液流入地面后回收,其余鋁隨鋁灰賣給從事鋁灰加工的企業(yè),真正能

6、回收的鋁只能占鋁灰重量的310%左右。該方法具有燃料消耗大、人工強度大和環(huán)境污染嚴重等缺點,但在小型鋁加工企業(yè)普遍使用。這種處理方法是一種傳統(tǒng)方法,為了提高鋁的回收率和減少使用鹽熔劑,IGDC法、AROS法、SPM海大學等共同開發(fā)了用再生鋁合金廠家產(chǎn)生的鋁灰生產(chǎn)燒結材料的技術。利用燒結技術使材料具有高強度,并且由于內部有孔洞,使燒結材料既輕又具有透水性。因此,該材料可用作農(nóng)用材料、海底凈化材料和建筑用輕型骨料,特別是在建筑用輕型骨料方面,通過對用于公寓通道的燒結材料進行試驗數(shù)據(jù)采集可知,相比,因此不需要設計,這樣既提8。5體方法等4。清水磚是一種優(yōu)質的墻體砌筑與裝飾材料,在一些發(fā)達國家已得到廣

7、泛的應用,清水磚不但具有以往空心磚節(jié)能、利廢,質輕、保溫、隔音等優(yōu)點,而且具有其它特殊的優(yōu)點。它可直接作為墻體的外表面而不需要其它裝飾,從而加快施工速度,減少施工費9用。在國內,清水磚是傳統(tǒng)墻體材料粘土燒結磚的較好的替代品,實現(xiàn)大規(guī)模推廣應用之后,將在我國保護環(huán)境、節(jié)約能源等方面扮演重要角色。徐曉虹等對此進行了研究,以廢鋁灰為主要原料,添加一定量的粘土、石英和降低燒成溫度的添加劑,采用壓制成型法制備了高性能的陶瓷清水磚。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)用于降低燒成溫度的復合添加劑的加入不僅大大降低了燒成溫度,而且可有效控制樣品的收縮變形。2制備的清水磚的主要GaAl2Si2O8、AI2O3等晶相組成,氣孔率為30%

8、50%,抗折強度>20MPa,抗壓強度>60MPa。1.6合成油墨用氧化鋁101.2用鋁灰渣制備凈水劑原料關鍵是浸出盡可能多的鋁,影響Al的浸出量的因素有很多,如酸的種類、酸的濃度、反應溫度、反應時間和攪拌速率等。李小5忠等對此進行了研究,通過對比實驗,得出選用鹽酸對Al的溶出效果最佳,而影響鋁灰渣中鋁溶出量的主要因素是溫度、濃度,并通過正交實驗確定了最佳的溶出效果:10g鋁灰渣和100mL濃度為4mol/L的鹽酸在100攪拌浸取(轉速為140r/min)2h。陳6仲清等研究了用超聲分散處理廢鋁渣來制備一種新型無機2有機高分子復合絮凝劑(PAAM),討論了其最佳制備工藝條件;用聚合

9、氯化鋁、聚合硫酸鐵及PAAM對生活廢水進行絮凝實驗的比較,得出PAAM的CODCr減少率達到90%,色度減少率達到95%。在去除CODCr及色度方面均優(yōu)于聚合氯化鋁及聚合硫酸鐵,利用廢鋁渣制備PAAM,對于綜合利用廢鋁渣及水處理方面均有重大意義并有廣闊的發(fā)展前景。1.3生產(chǎn)公路材料的原料將鋁灰與硅石(SiO2)粉混合,在1350燒結,即油墨用氧化鋁又稱沉淀氫氧化鋁、輕氫氧化鋁、透明白、色淀白等,由于比重小、透明、結構軟、印刷良好,故長期以來用作油墨工業(yè)優(yōu)良的填料。11郭海軍等研究了以鋁灰、含鋁廢硫酸為原料生產(chǎn)油墨用氧化鋁的工藝方法,含鋁廢硫酸來自鋁型材陽極化工藝排放的廢槽液,二次鋁灰來自鋁重熔

10、產(chǎn)生的一次鋁灰壓延、篩分、采鋁后所廢棄的固體產(chǎn)物。采用的合成工藝包括液體硫酸鋁的制備、偏鋁酸鈉的制備、氧化鋁合成3個工序,其制備的氧化鋁經(jīng)沈陽油墨廠檢測,各項指標均達到標準要求。劉希文12等提出了一種以含廢硫酸、含鋁廢堿液、二次鋁灰等廢棄物質為原料生產(chǎn)油墨用氧化鋁的制造方法。1.7生產(chǎn)棕剛玉制成鋪設路面的材料,其硬度是普通路面材料的1.5倍,抗滑能力是普鋪路面材料的1.2倍,該項技術在日本已經(jīng)開始應用。從目前我國再生鋁工業(yè)的鋁灰利用現(xiàn)狀看,技術還比較落后,尤其是棄灰的利用途徑和利用技術還非常落后。因此,應該加強鋁灰及棄灰的利用技術研究,使我國再生鋁工業(yè)的鋁灰利用技7術趕上發(fā)達國家的水平。1.4

11、生產(chǎn)燒結材料日本川島集團的研究開發(fā)企業(yè)Singfacts與東剛玉是一廣泛應用的人造磨料,主要用于制66云南化工2008年第4期造模具、耐火材料等,其棕剛玉的用量約占人造磨料的2/33/4。劉大強等13對此進行了研究,擬定了以無煙煤作還原劑、鐵屑作沉淀劑、以經(jīng)預處理的鋁灰為原料生產(chǎn)棕剛玉,所得產(chǎn)品指標已達二級產(chǎn)品指標(88%氧化鋁)。1.8合成聚合氯化鋁聚合氯化鋁是一種無機高分子材料,化學通式為Al(OH)nCl6-n,式中m10,n為15。聚合氯化鋁是優(yōu)良的絮凝劑,已廣泛應用于工業(yè)廢水和生活廢水的處理等方面。謝英惠等14溶法制備了液體聚合氯化鋁處理,消耗量30%,然后配置,后稱取鋁灰逐步加鹽酸

12、溶液,不斷攪拌并加水,反應時間控制在612h,反應溫度為96,反應結束后加入水稀釋物料,調節(jié)pH值為3.54.5,沉化1524h得到液體聚合氯化鋁。該工藝具有反應速度快、工藝簡單等特點。于軍等15提出的則是另一種由鋁灰制備聚合氯化鋁的方法。將鋁灰加入反應釜中,經(jīng)高位槽計量加入鹽酸,使鋁灰在鹽酸作用下,形成穩(wěn)定的3+單核金屬絡合物Al(H2O)6;反應完畢后,溶液進行減壓蒸發(fā),濃縮至飽和,冷卻結晶,甩干后送入聚合爐中進行高溫聚合,控制一定的時間,使結晶體脫除HCl而發(fā)生相變,得到介于AlCl36H2O和Al2O3之間的一系列中間產(chǎn)物,它們之間通過OH基使單體聚合成為多聚體。1.9生產(chǎn)多品種氧化鋁

13、氧化鋁分為兩大類:一類是用作電解鋁生產(chǎn)的冶金氧化鋁,占氧化鋁產(chǎn)量的大多數(shù);另一類為非冶金氧化鋁,包括非冶金用的氫氧化鋁和氧化鋁,也稱之為特種氧化鋁,因其作用不同而與冶金氧化鋁有較大的區(qū)別16。多品種氧化鋁由于晶形結構等方面的不同,、和2可存在、Al2O3等10多種晶型的Al2O3,被廣泛應用于航天、電子、化學化工、醫(yī)藥、催化劑及其載體、橡膠、顏料、造紙、耐火材料、絕緣材料、填充劑、半導體加工、陶瓷、機械、冶金等各個領域,成為煉鋁以外許多行業(yè)不可缺少的材料,需求量出現(xiàn)連續(xù)增長的勢頭。多品種氧化鋁(特種氧化鋁)因其在粒度、純度、形狀和比表面積等方面與冶金用氧化鋁有很大的不同,而且種類繁多,因此特種

14、氧化鋁的制法因其要求的不同會有多種,主要有兩類方法:一是物理方法,用機械粉碎法制備,采用球磨機、振動磨、攪拌磨、分級機等,該類方法能耗大,且只能使粒徑細化到一定程度,制備的產(chǎn)品僅物理性質發(fā)生變化;,該類方法能夠滿足、,但也存在著操作。多品種氧化鋁多采1718。例如煅燒氧化鋁法、借1920、爆轟法、溶21膠2凝膠法。在一般情況下,生產(chǎn)1t多品種氧化鋁為等量冶金級氧化鋁獲利的420倍,因此開發(fā)新品種氧化鋁,也是增加企業(yè)經(jīng)濟效益的有效途徑。20世紀80年代以來,隨著科學技術的進步和世界經(jīng)濟的發(fā)展,多品種氧化鋁作為一種無機非金屬材料發(fā)展很快。國內外對開發(fā)和生產(chǎn)多品種氧化鋁都非常重視,世界一些主要氧化鋁

15、生產(chǎn)廠家已將部分生產(chǎn)能力轉向多品種氧化鋁生產(chǎn)。我國多品種氧化鋁生產(chǎn)起步于20世紀60年代,但是由于長期以來冶金氧化鋁處于供不應求的局面,因此對特種氧化鋁的研制、開發(fā)、生產(chǎn)和應用均受到不同程度的限制和影響,與國外相比差距較大,其生產(chǎn)能力不足國外的1/12。隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展,對多品種氧化鋁的需求量必然也會有較大的提高。目前我國特種氧化鋁的生產(chǎn)能力有很大的提高。近幾年長城鋁業(yè)公司從德國引進先進設備,每年生產(chǎn)3000t高純氧化鋁。貴州鋁業(yè)、山西鋁廠先后建成擬薄水鋁石生產(chǎn)線,美國ALUCHEM公司出資與博賽礦業(yè)集團合資建設年產(chǎn)10萬t的特種氧化鋁生產(chǎn)基地。今后多品種氧化鋁除按市場需要大量增加阻燃劑

16、、洗滌劑助劑4A沸石、煅燒氧化鋁等品種之外,還必須加大開發(fā)力度,大力開發(fā)新品種,如鋼鐵工業(yè)所需求的片狀氧化鋁、多品種陶瓷工業(yè)及電子工業(yè)所需求的高純超細氧化鋁等。2結語鋁渣鋁灰如不加治理,將成為我國重要污染源之一,給環(huán)境造成威脅。鋁渣鋁灰含有金屬鋁和大量氧化鋁,可作為再生資源,提取它制備具有極高經(jīng)常價值的非冶金氧化鋁。實現(xiàn)鋁灰的綜合2008年第4期劉守信等:鋁灰綜合利用的技術進展67利用,能變廢為寶,既保護環(huán)境,又減輕國內外市場對上述產(chǎn)品的需求壓力,充分實現(xiàn)了循環(huán)經(jīng)濟的理念。參考文獻:1楊昇,吳竹成,楊冠群.鋁廢渣廢灰的治理J.有色金屬再10徐曉虹,熊碧玲,吳建鋒,等.廢鋁灰制備陶瓷清水磚的研究

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20、henolicsubstancesofmanufacturedteaJ.SciFoodAgric,1958,9:2122216.25QizhenDu,HeyuanJiang,Yoichiroho.Separationoftheafla2vinsofblacktea:highspeedcountercurrentchromatogra2phyVSsephadexLH一20gelcolumnchromatographyJ.LiquidChromatog.&RelatedTechn.2001,24(15):236322369.26江和源,程啟坤,杜琪珍.高速逆流色譜在茶黃素分離上的應用J.茶葉化學,2000.20(1):40244.27江和源,程啟坤,杜琪珍.高速逆流色譜法分離純化茶黃素J.天然產(chǎn)物研究與開發(fā),2000.12(4):30235.2