高 宇

(中鋁環(huán)保節(jié)能集團(tuán)有限公司，北京市 102209)

我國(guó)是世界最大原鋁生產(chǎn)國(guó)，根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，2017年國(guó)內(nèi)的原鋁產(chǎn)量為33 290 kt，按噸鋁產(chǎn)生15 kg電解槽大修渣計(jì)，全國(guó)每年將產(chǎn)生約500 kt的電解槽大修渣[1]。鋁電解槽的大修渣主要包括碳材料（包括陰極和側(cè)部碳?jí)K）、防滲料、耐火磚、冷搗糊、保溫磚、絕熱板等。

按《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄》的分類(lèi)，鋁電解槽大修渣屬于危險(xiǎn)固體廢棄物，受到嚴(yán)格的環(huán)境管控，直接排放會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重危害，主要表現(xiàn)在：1）對(duì)動(dòng)植物生長(zhǎng)有極大的危害，使動(dòng)物骨骼、植物組織變黑、壞死；2）影響農(nóng)業(yè)生態(tài)平衡，使農(nóng)作物減產(chǎn)；3）所含可溶氟化物和氰化物隨雨水混入江河、滲入地下污染土壤和水體；4）在潮濕的條件下，釋放出有害的氣體，污染大氣。將其作為危險(xiǎn)廢物填埋處置，每噸的處置費(fèi)用是3 000元，每噸還要上繳1 000元的環(huán)保稅，處置法費(fèi)用高，且危廢填埋場(chǎng)一旦出現(xiàn)問(wèn)題對(duì)環(huán)境尤其是土壤和地下水的危害巨大。本文擬對(duì)電解鋁工業(yè)危廢處置技術(shù)現(xiàn)狀、面臨問(wèn)題作簡(jiǎn)要分析，以期為未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)的判斷提供參考。

1 國(guó)內(nèi)外技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)鋁電解大修渣的處理處置技術(shù)研究較多。國(guó)外以Alcan-LCLL法、Ausmelt法、Comalco法、Pechiney裂化法以及Klken電冶金法等為典型代表；國(guó)內(nèi)對(duì)鋁電解大修渣的關(guān)注起步較晚，形成了回轉(zhuǎn)窯焙燒、鋁土礦燒結(jié)、浮選處理、石灰水浸泡等無(wú)害化處置方法，但尚缺乏資源化與高值化利用的研究[2]。

當(dāng)前，國(guó)外對(duì)于鋁電解大修渣處理有代表性的技術(shù)主要集中在美國(guó)。美國(guó)鋁業(yè)公司通過(guò)用奧斯麥特爐處理廢槽襯的方法，形成了廢槽襯的高溫?zé)o害化處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了有毒氰化物的高溫分解，并將揮發(fā)性氟化物轉(zhuǎn)化為氟化鋁返回鋁電解槽使用，熔煉產(chǎn)生的廢渣對(duì)環(huán)境無(wú)害，可填埋處理。該工藝在Potland的鋁電解廠實(shí)現(xiàn)了工業(yè)應(yīng)用并擁有發(fā)明專(zhuān)利[3]。美國(guó)雷諾公司研發(fā)的一種將廢槽襯無(wú)害化的閉路循環(huán)工藝，將廢槽襯與石灰石、抗結(jié)塊劑混合，在回轉(zhuǎn)窯中加熱處理，分解氰化物并可降低廢槽襯中可溶氟含量，形成了廢槽襯的無(wú)廢利用技術(shù)。該工藝已成功處理了廢槽襯30多萬(wàn)噸，處理后的成分如氟石、炭和氟化物，可以被水泥、鋼鐵等行業(yè)利用。目前，以上兩種技術(shù)均實(shí)現(xiàn)了電解槽大修渣的無(wú)害化處理，美鋁公司技術(shù)尚有廢渣需填埋處置，雷諾公司技術(shù)處理后的廢渣可資源化應(yīng)用。兩種技術(shù)均采用高溫反應(yīng)，存在能耗大和煙氣治理問(wèn)題。

在國(guó)內(nèi)主要的鋁電解大修渣的處理處置技術(shù)有：1）北京礦冶研究總院開(kāi)發(fā)的鋁電解廢舊陰極無(wú)害化技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用技術(shù)，采用浮選—酸浸工藝分離回收炭質(zhì)材料、電解質(zhì)及碳化硅粉，炭粉可返回陰極生產(chǎn)系統(tǒng)，電解質(zhì)可直接返回電解槽使用，SiC-Si3N4可用于制備超細(xì)耐磨材料。2）鄭州經(jīng)緯科技實(shí)業(yè)有限公司申請(qǐng)了 《一種鋁冶煉氟—碳危險(xiǎn)固體廢棄物綜合處理利用方法》（ZL 201310246063.0）的專(zhuān)利。李劼、田忠良、肖勁等申請(qǐng)了《一種從鋁電解槽廢舊的陰極炭塊中回收炭和電解質(zhì)的方法》的專(zhuān)利（ZL 201610362843.5）。李旺興、陳喜平、趙淋申請(qǐng)了 《一種以鎂還原渣為添加劑處理鋁電解槽廢槽襯的方法》的專(zhuān)利（ZL 200710119608.6）。 3）中國(guó)鋁業(yè)鄭州有色金屬研究有限公司開(kāi)發(fā)的廢陰極和廢耐火保溫材料分類(lèi)、分時(shí)段無(wú)害化處置工藝，形成鋁電解大修渣無(wú)害化處置成套工藝技術(shù)，處置后的無(wú)害化渣中，可溶氟化物平均含量3.93 mg/L，可溶氰化物平均含量0.105 mg/L，pH值平均7.2，完全達(dá)到I類(lèi)固廢一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。目前還有電解槽廢陰極生產(chǎn)石墨碎的資源化利用技術(shù)尚在研發(fā)中[4]。

2 我國(guó)電解鋁危廢處置技術(shù)發(fā)展瓶頸

2.1 政策層面

按照我國(guó)現(xiàn)行的《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)通則》的危險(xiǎn)廢物處置后判定規(guī)則的規(guī)定，危險(xiǎn)廢物處理后的廢物仍屬于危險(xiǎn)廢物。電解鋁危廢2016年才被列入國(guó)家危廢名錄，當(dāng)前國(guó)內(nèi)對(duì)于電解鋁危廢的資源化綜合利用方面還有不足，這也導(dǎo)致電解鋁危廢僅進(jìn)行無(wú)害化處置而沒(méi)有實(shí)現(xiàn)徹底資源化的尾渣依然是危廢，極大地影響了各產(chǎn)廢企業(yè)處置危廢的積極性和意愿，導(dǎo)致危廢多以堆存或者填埋為主。

2.2 濕法資源化產(chǎn)品附加值較低

目前，國(guó)內(nèi)的電解鋁危廢大修渣廢陰極和廢槽襯以堆存和無(wú)害化濕法處置技術(shù)為主，濕法處置工藝在無(wú)害化處理之后的資源化存在不足，或者資源化的終端產(chǎn)品附加值較低。大修渣無(wú)害化尾渣以氟化鈣為主，其中氟資源未得到有效挖掘和利用；廢陰極中高度石墨化的碳成分成為普通碳粉，也未得到挖掘和利用[5]。

2.3 火法資源化技術(shù)發(fā)展緩慢

如前文所述，火法處置電解鋁危廢在國(guó)外有成熟的應(yīng)用業(yè)績(jī)，但是火法處置電解鋁大修渣技術(shù)在我國(guó)因電解鋁行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈、火法處置工藝運(yùn)營(yíng)成本較高等緣故，導(dǎo)致沒(méi)有得到大面積的推廣和應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前國(guó)內(nèi)電解鋁危廢處置尚無(wú)火法的工業(yè)化應(yīng)用案例，僅中國(guó)鋁業(yè)鄭州有色金屬研究有限公司于2008年進(jìn)行過(guò)3 kt/a規(guī)模的工業(yè)化試驗(yàn)。然而該次試驗(yàn)結(jié)果是在工藝可行的情況下，因運(yùn)營(yíng)成本缺乏顯著優(yōu)勢(shì)，該技術(shù)最終沒(méi)有得到推廣。

2.4 水泥窯協(xié)同技術(shù)未廣泛推廣

在國(guó)外水泥窯協(xié)同處置電解鋁危廢有較多應(yīng)用，而我國(guó)則因?yàn)槲U管理制度對(duì)水泥窯協(xié)同處置沒(méi)有豁免條例，極大地約束了水泥窯接受電解鋁危廢的可能性。同時(shí)，由于水泥生產(chǎn)原料成本較低，水泥生產(chǎn)企業(yè)缺乏回收電解鋁危廢的積極性，導(dǎo)致我國(guó)水泥窯協(xié)同處置回收電解鋁危廢的案例很少。

3 電解鋁危廢處置技術(shù)發(fā)展方向

3.1 鋁電解廢槽襯的利用技術(shù)

目前，中鋁環(huán)保節(jié)能集團(tuán)有限公司圍繞鋁電解大修渣廢槽襯水泥窯協(xié)同處置技術(shù)在中鋁集團(tuán)內(nèi)部展開(kāi)了工業(yè)化試驗(yàn)性研究。按當(dāng)前掌握的研究情況,水泥窯協(xié)同處置廢槽襯具有以下特點(diǎn)：1）該方案引入國(guó)外技術(shù)，有成熟的推廣和應(yīng)用案例；2）經(jīng)實(shí)地踏勘和抽樣檢測(cè)，我國(guó)電解鋁企業(yè)產(chǎn)生的電解槽大修渣滿(mǎn)足水泥窯協(xié)同處置的原料要求，且普通水泥窯在經(jīng)過(guò)一定技改后均可接受電解鋁危廢（需取得危廢經(jīng)營(yíng)許可資質(zhì)）；3）水泥窯協(xié)同處置能力達(dá)到較大，完全滿(mǎn)足我國(guó)電解鋁企業(yè)長(zhǎng)期生產(chǎn)過(guò)程電解鋁大修渣危廢處置的需求；4）實(shí)現(xiàn)無(wú)害化的同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了徹底資源化，無(wú)尾渣排放，解決了電解鋁企業(yè)面臨的大修渣危廢處置難題，環(huán)保效益和社會(huì)效益非常顯著；5）該技術(shù)綜合成本較國(guó)內(nèi)當(dāng)前的濕法無(wú)害化處置技術(shù)有顯著優(yōu)勢(shì)，處置成本預(yù)計(jì)下降20%以上，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

3.2 鋁電解廢陰極的利用技術(shù)

廢陰極高度石墨化（平均石墨化程度超過(guò)50%），其主要成分是 C、Na3AlF6、NaF、CaF2， 經(jīng)過(guò)破碎篩分后，采用超高溫電弧爐提純，可得到高附加值的石墨碎，尾氣經(jīng)過(guò)煙氣處理系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。處理后石墨化程度可達(dá)到98.8%以上，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

3.3 鋁電解鋁灰的利用技術(shù)

結(jié)合歐洲再生鋁行業(yè)鋁灰資源化綜合利用技術(shù)，可采用“熱鋁灰快速封渣+回轉(zhuǎn)爐高效提鋁”技術(shù)。該技術(shù)因快速封渣隔離空氣，同時(shí)回轉(zhuǎn)爐中加入鹽分，可有效降低鋁灰中金屬鋁在空氣中的氧化率，提高金屬鋁的回收率（約10%～15%），極大地降低了末次鋁灰的渣量，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

4 結(jié)語(yǔ)

電解鋁行業(yè)大修產(chǎn)生的危險(xiǎn)廢棄物的處置一直是行業(yè)面臨的共同難題。本文通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)的技術(shù)研究和工業(yè)化應(yīng)用情況進(jìn)行梳理和分析，結(jié)合我國(guó)當(dāng)前的鋁工業(yè)發(fā)展情況，提出了危廢處置解決方案和技術(shù)發(fā)展方向。