铝及铝合金制品具有深冲性能优良、强度高、抗腐蚀等诸多优良性能,广泛应用于航天、电力、包装、建筑、印刷等领域。全世界原铝、氧化铝、铝材的产量每年都在上升,而每吨铝在加工生产的过程中会产生180~290 kg的铝灰。铝灰又称铝渣,是在电解氧化铝、金属铝加工、废铝回收过程中产生的一种工业固废,根据铝灰中铝含量的不同可分为一次铝灰和二次铝灰。
一次铝灰又叫白灰,主要成分是铝和氧化铝,其中金属铝含量可达30%~70%;二次铝灰又叫黑灰,来源于回收一次铝灰或铝合金精炼产生的残渣。二次铝灰中金属铝含量只有12%~18%,主要成分为氧化铝、盐熔剂、氧化物等。二次铝灰因其铝含量低且杂质较多而较难处理,工厂一般会直接填埋处理,但是随着铝灰产量的增多,对生态环境的破坏已经不容忽视。将铝灰中的有价值组分回收再利用,实现变废为宝,对铝工业发展进步和具有重要意义。
铝灰有效组分回收
一次铝灰中的铝含量很高,具有很高的回收价值,工业上通常将一次铝灰进行铝回收处理。二次铝灰中仍含有40%的氧化铝和一定量的硅氧化物,有很大的再利用价值,二次铝灰也是铝灰回收问题的难点。火法和湿法是回收铝灰最常用的方法。
火法回收的原理是利用铝熔点低的特性,将温度升高至铝的熔点以上,金属铝熔化与其他固相组分分离。回收过程中通常向铝灰中加入一些盐来降低铝的熔点,增加熔融铝的流动性,但是盐的加入会影响后续二次铝灰的处理。火法回收具有简单易行、节约成本等优点,但是火法回收对铝灰中铝含量要求较高,而且回收过程中会产生大量粉尘,加入盐后的固废难以再处理。虽然有等离子体焰炬法、压榨回收法等不含盐火法可以克服上述问题,但是小作坊和大部分企业依旧采用会对环境造成很大破坏的回收方法。
湿法回收是利用某些化合物与铝灰中的铝或氧化铝反应,令铝元素以离子形式溶于液相中,从而实现分离。因为铝和氧化铝为两性物质,根据与其反应化合物的酸碱性,湿法可以分为酸浸和碱浸,一般根据铝灰成分来决定使用哪种方法。Sarker等认为采用酸浸法来处理低铁高硅的铝灰优于碱浸法。由于铁几乎不与碱反应,先采用酸处理可以将金属铝从硅中分离出来,然后加入NH3、NaOH调节pH并使Fe形成Fe(OH)3沉淀。酸的浓度会影响Al的浸出速率,在一定浓度范围内,Al浸出速率随着酸浓度升高而加快,但是酸过量反而会导致Al浸出速率的下降。碱浸与酸浸相反,适合处理铝硅比高、高铁型铝灰,浸出液一般选用溶液。
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