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電解鋁灰鋁渣中鋁的回收方法

責任編輯:鞏義天氣 發表時間:2016-07-10 16:26

  近幾年我國鋁工業迅猛發展,產量持續增加,已成為世界鋁生產大國。其中,僅新疆就有多家鋁廠不斷擴建,具有一定規模的有新疆眾和股份有限公司、新疆農六師鋁業(山東信發)、河南神火集團、新疆兵團鋁業(湖南雙排鋁廠)、東方希望集團及新疆其亞鋁業(四川其亞)等鋁及鋁加工生產企業。煉鋁時產生的鋁灰是一種產量大、污染嚴重的工業廢渣。鋁灰在氧化鋁熔鹽電解生產的過程中產生,同時,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也會產生一定量的鋁渣。剛出爐的鋁灰鋁渣含有大量的金屬鋁,其中只有部分鋁能得到回收,剩余的廢鋁灰堆積在廠區或填埋,不僅造成資源的浪費,同時也帶來環境的污染。僅有部分廠家對鋁灰鋁渣進行了回收二次利用,如焦作鋁業將低含量的鋁灰做成陽極鋼爪保護環口。因此,對于鋁灰鋁渣的經濟效益、環境污染的迫切要求等使得其回收顯得額外重要。

  電解鋁灰鋁渣是鋁電解過程中產生的一種浮渣,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生的少量其他雜質及陰陽極材料的脫落,因其與其他重金屬熔煉產生的爐渣不同,呈松散的灰渣狀,因此又被稱為鋁灰鋁渣。由于電解過程是連續進行的,因此鋁灰鋁渣的產生量較大,電解鋁灰鋁渣的成分比較復雜,其主要成分中,電解鋁灰鋁渣中含有較多的鋁,回收價值較高,其次是未反應的氧化鋁,其中的硅、鈉、鎂、鈣等金屬的氧化物主要來自于電解槽內襯耐火材料,這是由電解過程中的腐蝕而被帶入的,在鋁灰鋁渣中還有部分熔化的冰晶石、氟化鋁等熔融的鹽及碳陽極脫落產生的碳,由于不同企業的電解工操作技術、進料取料及電解參數的不同而略有不同,在此歸為其他雜質。從電解鋁灰鋁渣的成分可以看出鋁為電解產生,調查顯示,鋁灰鋁渣的產生量約占回收鋁產量的7%~12%,其中金屬鋁含量在10%~30%之間。如果國內回收鋁按照每年180萬t計算,大約年產生鋁灰15萬t,含鋁3萬t左右。此外,回收電解的原料氧化鋁也有較好的經濟效益。下面從國內外對鋁灰鋁渣的綜合回收利用方面進行闡述。

  電解鋁灰鋁渣中鋁的回收方法

  炒灰回收法

  炒灰是小型再生鋁廠普遍采用的方法,其具體過程是:將剛剛耙出(或撈出)的鋁灰放置在一個傾斜的鐵鍋中(放置在鐵鍋內高處的一側),利用鋁灰自身的熱量,用鐵鍬進行人工翻炒,借助活潑金屬氧化放熱使鋁灰的溫度升高,由于鋁熔體顆粒與鋁灰的濕潤性不好,在翻炒的過程中鋁熔體(顆粒)逐漸地匯集到鐵鍋的底部,然后用鋼勺將其舀出并鑄成鋁錠作為回爐料使用。在炒灰過程中,要適量加入一些添加劑,以提高鋁灰溫度,增加鋁熔體顆粒的表面與鋁灰界面的張力,以利于鋁熔體顆粒的流動和快速的積聚,提高鋁的回收率。目前廣泛使用的添加劑是氯化鋅,氯化鋅雖然可以起到上述作用,但會增加鋁中鋅的含量,降低鋁的回收率。鐵鍋炒灰是一種比較原始的方法,操作簡單,但因為是敞開式作業,會產生大量的灰塵,尤其是加入氯化鋅等之后會產生氯化鋁,在空氣中吸收水分,一部分形成氯化氫,并產生大量的煙霧,對環境是有害的。對中小型企業而言,對產生的煙氣進行有效的環保處理,如設立集煙罩、增加收塵設備和噴淋設備等是一種較好的方法。但是,許多企業沒有環保設備,有的雖然建有簡易的環保設備,但形同虛設,尤其是一些規模小的企業,根本不具備建設環保設備的能力,“家家煉鋁,戶戶冒煙”是對一些熔煉鋁小企業密集地區的真實寫照。近幾年,有關部門對環境的整治力度不斷加大,但整治過后,又有再生鋁企業采取了“白天停產、夜里生產”的辦法,以掩飾污染問題。根據資料介紹,國外也有一些中小型再生鋁廠仍在采用炒灰的方法(如日本的一些再生鋁企業)處理鋁灰,但配備了有效的環保設備。

  傾動回轉窯處理法

  傾動回轉窯法是很多企業處理鋁灰很常用的方法,在效率、機械化程度和環保處理等方面都有較大的優勢。采用此方法的前提是保證有足夠的鋁灰量,因此該工藝方法適用于鋁灰產量較大的企業,要求年產量超過2萬t的再生鋁企業?;剞D窯處理鋁灰的基本原理與炒灰一樣,只是設備不同?;剞D窯是一個有一定傾斜度的圓筒,內襯為耐火材料,配備機械傳動系統。處理鋁灰時,回轉窯不停地旋轉,鋁灰被反復地攪拌,鋁熔體則因其自身的重力和流動性,匯集到回轉窯的底部,由于回轉窯有一定的傾斜度,鋁液便不斷地流人吊包之中。在回轉窯處理鋁灰的過程中,由于鋁灰的強烈攪拌,產生的煙氣量很大,對環境有影響。但回轉窯的上端有密封的煙罩,且是負壓操作,因此產生的煙氣可以得到有效的回收,然后進入收塵系統處理?;剞D窯是目前國內大型再生鋁廠處理鋁灰的優選設備,但金屬回收率不如人工炒灰高,還需采用其他方法進一步回收產生的殘余鋁灰中的鋁。

  壓榨回收法

  壓榨回收法在國內采用的不多,其過程是在爐前將鋁灰耙入一個多孔的箱體,鋁液從孔中流出,同時有一個擠壓系統對鋁灰施以一定的壓力,起到壓榨的作用,可以使更多的鋁得到回收。日本的一些企業采用壓榨法從鋁灰中回收鋁,效果很好,國內有幾家企業采用,但反應的效果不理想。

  以上是鋁灰的熱回收方法,其優點是充分利用了鋁灰的物理熱,一般不需另加熱源,并可以現場回收鋁。但缺點也很明顯,鋁灰基本是松散的粉物質,有一定的透氣性,鋁灰在高溫下反復地攪拌,空氣通過空隙進入鋁灰,又由于鋁灰中大量的熱不能散發,造成金屬的大量氧化,降低了金屬的回收率。因此,爐前產生的鋁灰要盡快處理,盡量減少長時間的堆積。

  重選法處理鋁灰

  重力選礦處理鋁灰的主要設備是跳汰機,此法已經廣泛用于鎢、錫、金等貴重金屬礦石的分選中,其原理是利用金屬和脈石顆粒的密度不同,在以水為主要介質的環境中使之得到分離。目前跳汰機也成功地應用于再生資源領域,如從廢電路板中回收銅、從碎電線中回收銅、從廢耐火磚中回收貴金屬、從合金鋼磨屑料中回收金屬等,在處理這些廢料過程中,須將廢料粉碎到一定的粒度,然后在以水為介質的環境中進行處理,使雜質與金屬分離。跳汰機借助于機械的不對稱往復運動和薄層斜面水流的聯合作用,使礦粒分層,不同密度和粒度的礦粒沿著各自的運動方向分開,達到重力分選的目的。從理論上講,該法用于處理經過熱回收之后的鋁灰(可以稱之為二次鋁灰)比較合適,但由于二次鋁灰的成分與一些金屬礦和以上提到的再生資源不同,二次鋁灰的成分比較復雜,主要成分的物料密度差較小,尤其是鋁的密度僅為2.7g/cm³,而氧化鋁的密度為3.9~4.0g/cm³。因此,設備的設計、操作技術參數的控制、介質的選用等都是該技術的關鍵,跳汰機不失為處理二次鋁灰的一種較好的選擇。

  電選法處理鋁灰

  電選的原理是利用各種物料的電性質不同而進行的一種選礦方法。由于磁鐵礦、鈦鐵礦、自然金礦等金屬礦物的導電性好,而礦物中的石英、長石、方解石、硅酸鹽等導電性差,利用兩者之間電性能的差異,用電選的方法分開。電選技術除應用于礦山的選礦過程外,已經在再生金屬領域廣泛應用,如碎塑料中非鐵金屬的分離、多種金屬碎料混合物的分離、垃圾中回收銅和鋁等。電選設備有一個轉鼓,轉鼓有良好的接地,同時轉鼓的附近有一個高壓直流電極,此電極對著轉鼓產生一個電暈電場,轉鼓上方有一個料斗,鋁灰持續落到轉鼓表面,并進入電暈場,此時鋁灰中的各種成分都獲得電荷,鋁與其他物質的電性質不同,其中鋁顆粒得到的電荷立即被轉鼓導入地線而傳走,失去電荷后,在轉鼓離心力及重力的作用下,鋁顆粒落下,而非導體帶有電荷,吸附于轉鼓上,被帶到另一端,然后經過毛刷刷下,兩者的落點顯然不同,使鋁灰中的鋁及非鋁物質得以有效分離。

  離心技術回收鋁

  鋁是一種較低熔點的輕金屬,當超過鋁的熔點溫度時,鋁就全部熔化成鋁液,與鋁渣分離。鐘華萍和李坊平提出可直接從熱鋁中回收鋁,鋁液通過離心機的作用收集到耐熱增渦中或者回流到熔爐中,鋁灰在離心機內尤如衣服在洗衣機中被甩干一樣,鋁灰變得干燥后被壓碎。

  從以上通過對現行鋁灰鋁渣中鋁的回收情況的分析可以看出,在回收工藝方面,其技術水平都不是很高,但是鋁灰鋁渣中的大部分鋁能夠有效回收,達到了一定的經濟效益,如果要提高鋁灰鋁渣中的回收率及其經濟效益,就必須結合每種工藝的優點,找到能夠適合各個廠家鋁灰鋁渣回收的工藝。

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