摘 要 ·
介紹了電解鋁鋁灰的成分以及石灰石-石膏法濕法脫硫原理，提出了將電解鋁鋁灰用于電解煙氣脫硫的工藝，分析了鋁灰用于電解鋁煙氣脫硫的效果，既能解決廢鋁灰對環(huán)境的污染問題，又能對電解煙氣進行脫硫處理。從而實現(xiàn)鋁灰資源化利用，對于節(jié)約資源，保護環(huán)境具有重要意義。
引 言
電解鋁鋁灰是電解鋁或鑄造鋁生產(chǎn)工藝中產(chǎn)生的熔渣經(jīng)冷卻加工后的產(chǎn)物，其主要成分為金屬鋁、氧化鋁、氮化物、碳化物和氟化物。每生產(chǎn)一噸電解鋁約產(chǎn)生鋁灰30-50kg，根據(jù)國家統(tǒng)計局發(fā)布的數(shù)據(jù)2022年我國電解鋁產(chǎn)量達4021萬噸，鋁灰的總量約160萬噸左右。目前電解鋁鋁灰并未完全利用，只有對小部分金屬資源進行回收；大部分鋁灰被用于制作凈水劑等產(chǎn)品，且多處于環(huán)保設施不足和小規(guī)模生產(chǎn)的現(xiàn)狀。甚至有直接進行填埋處理的方式，不僅造成了資源的浪費，同時帶來環(huán)境的污染。
電解鋁生產(chǎn)過程中除了產(chǎn)生鋁灰，還會產(chǎn)生電解煙氣，電解煙氣中除含有氟化氫、氟化物、粉塵外，還含有SO2。根據(jù)計算一般電解煙氣中SO2的濃度為100-300mg/Nm3，按照《鋁工業(yè)污染物排放標準》（GB25465-2010）及2014年頒布的《鋁工業(yè)污染物排放標準》修改單，要求在重點區(qū)域?qū)O2的濃度控制在100 mg/Nm3以下，因此對電解煙氣需要進行脫硫處理。目前常見的煙氣脫硫技術(shù)主要是鈣法脫硫、堿法脫硫、氨法脫硫、鎂法脫硫，其中鈣法脫硫工業(yè)化應用市場占比超過90%以上，石灰石-石膏法濕法脫硫因脫硫效率高，運行穩(wěn)定得到了普遍的應用。本文提出一種將鋁灰用于電解煙氣脫硫的工藝，將鋁灰與電解煙氣脫硫進行串聯(lián)處理，在電解煙氣脫硫的同時實現(xiàn)鋁灰資源化利用，既解決環(huán)境的污染又避免資源浪費。
01電解鋁鋁灰成分分析
鋁灰是鋁電解過程中產(chǎn)生的一種浮渣，在電解過程中漂浮于電解槽鋁液的上表面，由電解過程中未參加反應的氧化鋁、冰晶石等原料及混合物組成，也包括與添加劑進行化學反應產(chǎn)生的少量其他雜質(zhì)及陰陽極材料的脫落，與其他重金屬熔煉產(chǎn)生的爐渣不同，呈松散的灰渣狀，因此又被稱為鋁灰。電解鋁灰的成分比較復雜。典型鋁灰成分如表1所示：
表1：電解鋁灰組分
02電解煙氣石灰石-石膏法濕法脫硫原理介紹
石灰石－石膏法脫硫技術(shù)采用石灰石( CaCO3 ) 為吸收劑，脫硫吸收劑石灰石經(jīng)破碎磨成粉狀與水混合攪拌成吸收漿液。在吸收塔內(nèi)，吸收漿液與煙氣接觸混合，煙氣中的二氧化硫與漿液中的碳酸鈣以及鼓入的氧化空氣進行化學反應后被脫除，最終反應產(chǎn)物為石膏( CaSO4·2H2O)。該技術(shù)具有脫硫效率高、技術(shù)成熟、運行穩(wěn)定可靠和脫硫劑成本低并且容易獲得的特點。由于石灰石－石膏法大型化技術(shù)成熟，適合電解行業(yè)大煙氣量的要求，現(xiàn)階段國內(nèi)多數(shù)鋁廠采用該方案用于電解煙氣脫硫。
03電解鋁鋁灰用于電解煙氣脫硫工藝
3.1 二次鋁灰的形成鋁灰中還有大量的金屬鋁，具有較高的回收利用價值。將電解鋁鋁灰置于球磨機內(nèi)進行球磨后，分離，得出金屬鋁和二次鋁灰。二次鋁灰主要為氧化鋁、氮化鋁及其它氧化物。
3.2 二次鋁灰在電解煙氣脫硫中的應用二次鋁灰放入反應釜內(nèi)，加入水進行浸出處理，漿液的固體物質(zhì)含量為5-35%，混合攪拌后，由于氮化鋁易吸水發(fā)生水解反應，釋放出大量的氨氣和含有沉淀的漿液。反應原理如下：2AlN+3H?O=Al?O?+2NH?將得到的氨氣和石灰石作為脫硫劑（脫硫劑中氨氣物質(zhì)的量占1-15%），通入脫硫塔中協(xié)同脫硫，煙氣中的一部分二氧化硫被氨吸收生成亞硫酸銨，其余二氧化硫被石灰石吸收生成亞硫酸鈣。反應原理如下：2NH? + SO? +2H?O =（NH4）2 SO?SO?+CaO=CaSO?塔內(nèi)配置攪拌器和增氧風機，漿液在塔內(nèi)循環(huán)數(shù)次/小時。落入脫硫塔下部的亞硫酸銨和亞硫酸鈣等產(chǎn)物利用氧化空氣生成硫酸銨和硫酸鈣。反應原理如下：2(NH4)2SO?+O?=2(NH4)2SO42CaSO? + O?= 2CaSO4脫硫處理后的脫硫液的pH值為5.2-5.8。對含有沉淀的漿液進行過濾，得到氫氧化鋁和水。水可再次進入反應釜中，對二次鋁灰進行浸出反應，進行循環(huán)利用。
3.3 運行效果測試
3.3.1 脫硫效果測試在脫硫系統(tǒng)中采用不同的脫硫劑通入脫硫塔中與電解煙氣接觸，進行脫硫，在脫硫后漿液PH值相同的情況下，測得脫硫效果見表2：
表2：不同脫硫劑脫硫效果
由結(jié)果可知，二次鋁灰用于電解脫硫的效果，明顯優(yōu)于單一采用氨水或石灰石作為脫硫劑的脫硫效果。
3.3.2 脫氟效果測試在脫硫系統(tǒng)中采用不同的脫氟劑通入脫硫塔中與電解煙氣接觸，進行脫氟，在脫硫后漿液PH值相同的情況下，測得脫氟效果見表3：
表3：不同脫氟劑脫氟效果
由結(jié)果可知，二次鋁灰用于電解脫氟的效果，明顯優(yōu)于單一采用氨水或石灰石作為脫硫劑的脫氟效果。
04結(jié) 論
通過對危險廢物焚燒處置過程中的預處理流程的分析，我們可以得出結(jié)論：預處理是提高焚燒效率、減少環(huán)境污染、實現(xiàn)廢物資源化利用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在未來的研究和實踐中，需要進一步優(yōu)化預處理方法，提高處理效果，并充分考慮社會經(jīng)濟效益與環(huán)境保護的協(xié)調(diào)發(fā)展。只有在科學、合理、可持續(xù)的基礎上，才能更好地解決危險廢物焚燒處理問題。