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电解铝灰铝渣中铝的回收方法

责任编辑:巩义天气 发表时间:2016-07-10 16:26

  近几年我国铝工业迅猛发展,产量持续增加,已成为世界铝生产大国。其中,仅新疆就有多家铝厂不断扩建,具有一定规模的有新疆众和股份有限公司、新疆农六师铝业(山东信发)、河南神火集团、新疆兵团铝业(湖南双排铝厂)、东方希望集团及新疆其亚铝业(四川其亚)等铝及铝加工生产企业。炼铝时产生的铝灰是一种产量大、污染严重的工业废渣。铝灰在氧化铝熔盐电解生产的过程中产生,同时,由于操作和测定器具的携带、阳极更换、出铝、铸锭以及电解槽大修也会产生一定量的铝渣。刚出炉的铝灰铝渣含有大量的金属铝,其中只有部分铝能得到回收,剩余的废铝灰堆积在厂区或填埋,不仅造成资源的浪费,同时也带来环境的污染。仅有部分厂家对铝灰铝渣进行了回收二次利用,如焦作铝业将低含量的铝灰做成阳极钢爪保护环口。因此,对于铝灰铝渣的经济效益、环境污染的迫切要求等使得其回收显得额外重要。

  电解铝灰铝渣是铝电解过程中产生的一种浮渣,在电解过程中漂浮于电解槽铝液的上表面,由电解过程中未参加反应的氧化铝、冰晶石等原料及混合物组成,也包括与添加剂进行化学反应产生的少量其他杂质及阴阳极材料的脱落,因其与其他重金属熔炼产生的炉渣不同,呈松散的灰渣状,因此又被称为铝灰铝渣。由于电解过程是连续进行的,因此铝灰铝渣的产生量较大,电解铝灰铝渣的成分比较复杂,其主要成分中,电解铝灰铝渣中含有较多的铝,回收价值较高,其次是未反应的氧化铝,其中的硅、钠、镁、钙等金属的氧化物主要来自于电解槽内衬耐火材料,这是由电解过程中的腐蚀而被带入的,在铝灰铝渣中还有部分熔化的冰晶石、氟化铝等熔融的盐及碳阳极脱落产生的碳,由于不同企业的电解工操作技术、进料取料及电解参数的不同而略有不同,在此归为其他杂质。从电解铝灰铝渣的成分可以看出铝为电解产生,调查显示,铝灰铝渣的产生量约占回收铝产量的7%~12%,其中金属铝含量在10%~30%之间。如果国内回收铝按照每年180万t计算,大约年产生铝灰15万t,含铝3万t左右。此外,回收电解的原料氧化铝也有较好的经济效益。下面从国内外对铝灰铝渣的综合回收利用方面进行阐述。

  电解铝灰铝渣中铝的回收方法

  炒灰回收法

  炒灰是小型再生铝厂普遍采用的方法,其具体过程是:将刚刚耙出(或捞出)的铝灰放置在一个倾斜的铁锅中(放置在铁锅内高处的一侧),利用铝灰自身的热量,用铁锹进行人工翻炒,借助活泼金属氧化放热使铝灰的温度升高,由于铝熔体颗粒与铝灰的湿润性不好,在翻炒的过程中铝熔体(颗粒)逐渐地汇集到铁锅的底部,然后用钢勺将其舀出并铸成铝锭作为回炉料使用。在炒灰过程中,要适量加入一些添加剂,以提高铝灰温度,增加铝熔体颗粒的表面与铝灰界面的张力,以利于铝熔体颗粒的流动和快速的积聚,提高铝的回收率。目前广泛使用的添加剂是氯化锌,氯化锌虽然可以起到上述作用,但会增加铝中锌的含量,降低铝的回收率。铁锅炒灰是一种比较原始的方法,操作简单,但因为是敞开式作业,会产生大量的灰尘,尤其是加入氯化锌等之后会产生氯化铝,在空气中吸收水分,一部分形成氯化氢,并产生大量的烟雾,对环境是有害的。对中小型企业而言,对产生的烟气进行有效的环保处理,如设立集烟罩、增加收尘设备和喷淋设备等是一种较好的方法。但是,许多企业没有环保设备,有的虽然建有简易的环保设备,但形同虚设,尤其是一些规模小的企业,根本不具备建设环保设备的能力,“家家炼铝,户户冒烟”是对一些熔炼铝小企业密集地区的真实写照。近几年,有关部门对环境的整治力度不断加大,但整治过后,又有再生铝企业采取了“白天停产、夜里生产”的办法,以掩饰污染问题。根据资料介绍,国外也有一些中小型再生铝厂仍在采用炒灰的方法(如日本的一些再生铝企业)处理铝灰,但配备了有效的环保设备。

  倾动回转窑处理法

  倾动回转窑法是很多企业处理铝灰最常用的方法,在效率、机械化程度和环保处理等方面都有较大的优势。采用此方法的前提是保证有足够的铝灰量,因此该工艺方法适用于铝灰产量较大的企业,要求年产量超过2万t的再生铝企业。回转窑处理铝灰的基本原理与炒灰一样,只是设备不同。回转窑是一个有一定倾斜度的圆筒,内衬为耐火材料,配备机械传动系统。处理铝灰时,回转窑不停地旋转,铝灰被反复地搅拌,铝熔体则因其自身的重力和流动性,汇集到回转窑的底部,由于回转窑有一定的倾斜度,铝液便不断地流人吊包之中。在回转窑处理铝灰的过程中,由于铝灰的强烈搅拌,产生的烟气量很大,对环境有影响。但回转窑的上端有密封的烟罩,且是负压操作,因此产生的烟气可以得到有效的回收,然后进入收尘系统处理。回转窑是目前国内大型再生铝厂处理铝灰的首选设备,但金属回收率不如人工炒灰高,还需采用其他方法进一步回收产生的残余铝灰中的铝。

  压榨回收法

  压榨回收法在国内采用的不多,其过程是在炉前将铝灰耙入一个多孔的箱体,铝液从孔中流出,同时有一个挤压系统对铝灰施以一定的压力,起到压榨的作用,可以使更多的铝得到回收。日本的一些企业采用压榨法从铝灰中回收铝,效果很好,国内有几家企业采用,但反应的效果不理想。

  以上是铝灰的热回收方法,其优点是充分利用了铝灰的物理热,一般不需另加热源,并可以现场回收铝。但缺点也很明显,铝灰基本是松散的粉物质,有一定的透气性,铝灰在高温下反复地搅拌,空气通过空隙进入铝灰,又由于铝灰中大量的热不能散发,造成金属的大量氧化,降低了金属的回收率。因此,炉前产生的铝灰要尽快处理,尽量减少长时间的堆积。

  重选法处理铝灰

  重力选矿处理铝灰的主要设备是跳汰机,此法已经广泛用于钨、锡、金等贵重金属矿石的分选中,其原理是利用金属和脉石颗粒的密度不同,在以水为主要介质的环境中使之得到分离。目前跳汰机也成功地应用于再生资源领域,如从废电路板中回收铜、从碎电线中回收铜、从废耐火砖中回收贵金属、从合金钢磨屑料中回收金属等,在处理这些废料过程中,须将废料粉碎到一定的粒度,然后在以水为介质的环境中进行处理,使杂质与金属分离。跳汰机借助于机械的不对称往复运动和薄层斜面水流的联合作用,使矿粒分层,不同密度和粒度的矿粒沿着各自的运动方向分开,达到重力分选的目的。从理论上讲,该法用于处理经过热回收之后的铝灰(可以称之为二次铝灰)比较合适,但由于二次铝灰的成分与一些金属矿和以上提到的再生资源不同,二次铝灰的成分比较复杂,主要成分的物料密度差较小,尤其是铝的密度仅为2.7g/cm³,而氧化铝的密度为3.9~4.0g/cm³。因此,设备的设计、操作技术参数的控制、介质的选用等都是该技术的关键,跳汰机不失为处理二次铝灰的一种较好的选择。

  电选法处理铝灰

  电选的原理是利用各种物料的电性质不同而进行的一种选矿方法。由于磁铁矿、钛铁矿、自然金矿等金属矿物的导电性好,而矿物中的石英、长石、方解石、硅酸盐等导电性差,利用两者之间电性能的差异,用电选的方法分开。电选技术除应用于矿山的选矿过程外,已经在再生金属领域广泛应用,如碎塑料中非铁金属的分离、多种金属碎料混合物的分离、垃圾中回收铜和铝等。电选设备有一个转鼓,转鼓有良好的接地,同时转鼓的附近有一个高压直流电极,此电极对着转鼓产生一个电晕电场,转鼓上方有一个料斗,铝灰持续落到转鼓表面,并进入电晕场,此时铝灰中的各种成分都获得电荷,铝与其他物质的电性质不同,其中铝颗粒得到的电荷立即被转鼓导入地线而传走,失去电荷后,在转鼓离心力及重力的作用下,铝颗粒落下,而非导体带有电荷,吸附于转鼓上,被带到另一端,然后经过毛刷刷下,两者的落点显然不同,使铝灰中的铝及非铝物质得以有效分离。

  离心技术回收铝

  铝是一种较低熔点的轻金属,当超过铝的熔点温度时,铝就全部熔化成铝液,与铝渣分离。钟华萍和李坊平提出可直接从热铝中回收铝,铝液通过离心机的作用收集到耐热增涡中或者回流到熔炉中,铝灰在离心机内尤如衣服在洗衣机中被甩干一样,铝灰变得干燥后被压碎。

  从以上通过对现行铝灰铝渣中铝的回收情况的分析可以看出,在回收工艺方面,其技术水平都不是很高,但是铝灰铝渣中的大部分铝能够有效回收,达到了一定的经济效益,如果要提高铝灰铝渣中的回收率及其经济效益,就必须结合每种工艺的优点,找到能够适合各个厂家铝灰铝渣回收的工艺。