铝工业固体废弃物资源再生及利用.pdf

第5 2 卷第4 期 200 0 年1 1 月 有色金属 N o N F E R R O U SM E T A L S V o j ．5 2 。N o ．4 N o v e m b e r200 0 铝工业固体废弃物资源再生及利用 李超南，甘国耀 平果铝业公司，平果5 3 1 4 0 0 摘要讨论了铝冶炼联合企业产生的固体废物如煤制气粉煤和炉渣、锅炉粉煤灰渣、氧化铝赤泥、铝电解槽修渣的处理、回 收及利用。固体废弃物的回收和利用不仅具有环境价值，还具有较高的经济价值。 关键词铝工业；固体废物；利用 ～ 中图分类号哪芦2 文献森识码A 文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 { 2 0 0 0 0 4 一0 1 9 5 一0 3 平果铝业公司是一个铝冶炼联合企业，主要产 品有砂状氧化铝、金属铝，主要生产工艺如图1 。 铝土 液碱 氧 化 铝 生 产 氧化铝 电 素阳极 化盐 铝锭 图1 氧化铝、铝锭生产过程示意 铝土矿、石灰、蒸汽、煤气、碳素阳极由公司内部 供给，液碱、电、氟化盐外购。氧化铝、电解铝生产过 程中要产生大量的固体废弃物，如何使废物不废，并 使其资源化，是值得深入探讨的问题。 1煤气生产过程中废弃物的产生及其 利用 平果铝业公司煤气厂有T G 一3 型煤气发生炉 1 0 台，年消耗无烟煤9 ．4 万t 。其中消耗小粒煤5 万t ，中粒煤4 ．4 万t 。煤气生产工艺及固体废物的 产生过程如图2 。 原 煤气 图2 煤气生产工艺及固体废料产生过程 1 ．1 粉煤及其利用 每年产生粉煤约2 万t ，如堆存则占地面积大且 作者简介李超南 1 9 6 3 一 ，男，安环处工程师 污染环境。就地将粉煤型煤化是一条利用途径，将 型煤与粉煤混烧制气，实现了资源的合理利用。粉 煤型煤化生产工艺如图3 。 薰基圉一国一圈一⋯煤球 图3 粉煤型煤化生产工艺 型煤与无烟煤主要指标对比见表1 。 表1 型煤与粉煤主要指标对比 项目麓鬻臀害嚣龇嚣 通过对比，型煤完全可满足煤气生产的要求。 对无烟煤、型煤及无烟煤与型煤混烧分别进行 工业试验。结果见表2 。 表2 无烟煤、型煤气化试验指标 俪曰 热值强度气化率煤气热值 ⋯ ／M J k g 一1 ／％ ／m 3 k g ～／M J - m 一3 无烟煤2 7 ．3 7 8 02 ．9 35 ．3 5 型’煤2 7 ．4 47 1 ．52 ．4 84 ．9 8 型煤 无烟煤3 ．5 55 ．7 9 通过试验及生产实践，型煤可与无烟煤掺合造 气，生产指标较好，粉煤型煤化解决了粉煤堆存、压 仓问题。 1 ．2 炉渣的利用 每年产生炉渣约4 ．3 万t ，炉渣含碳量2 5 ％～ 3 0 ％，热值为8 M J ／k g ，具有一定的利用价值，主要 利用方向 1 将炉渣磨细，作为水泥生料掺合料，可 代替部分粘土和煤炭； 2 对炉渣进行适当地筛选 后，根据炉渣过火快的特点，按第一层铺炉渣，第二 萨出 一 一气生 一蛰网幽矗 一廿廿零 万方数据 有色金属、 第5 2 卷 层铺煤，第三层铺石灰石顺序填窑，烧出的石灰不发 红，不结炉，适合土窑，效果较好。 1 ．3 水尘渣的利用 煤气经水洗涤后，煤气中的粉尘大部分被洗去， 含尘的洗涤水经过沉淀池沉淀后循环使用，用抓斗 将粉尘从沉淀池中捞出，沥干。水尘渣主要为未燃 烧的煤粉，产量约5 0 0 t ／a ，固定碳含量为6 5 ％，可用 于民用蜂窝煤的生产，利用率达1 0 0 ％。 2热电厂粉煤灰渣的利用 热电厂年生产蒸气1 4 0 万t ，发电1 ．8 亿k W h ，年耗褐煤3 6 万t ，采用水力冲渣、水膜麻石除尘 器除尘，灰渣混排，年排粉煤灰渣干灰1 1 万t 。对粉 煤灰的化学成分分析见表3 。 表3 粉煤灰的化学成分分析结果／％ 项目s i 0 2A 1 2 0 3F e 2 0 3 C a O M g OS 0 3 粉煤灰5 5 ．6 12 5 ．1 67 ．6 64 ．0 32 ．6 90 ．3 2 ．1 粉煤灰用于道路路面基层材料 在南宁一百色二级公路上使用了热电厂粉煤灰 作路面基层材料。在底基层采用了二灰土 石灰、粉 煤灰、粘土 结构，按石灰粉煤灰粘土 5 2 0 7 5 施工，在基层材料中采用了二灰石 石灰、粉煤灰、砂 石 结构，按石灰粉煤灰砂石 6 2 0 7 4 旎工。共 利用粉煤灰约6 万t 。施工过程为 1 备料，将土 石 放在底层，中间放粉煤灰，上层放石灰，按4 m 一堆堆放。 2 拌合、摊铺，用拖拉机牵引双铧犁从 两边向中间翻拌5 ～9 次，洒水。 3 碾压，用6 t 压 路机碾压3 ～5 遍，碾压时，设专人找平。 4 养生， 洒水养生1 0 d 。 5 封面，浇涛混凝土水泥地面。 2 ．2 作水泥熟料掺合料 粉煤灰生产水泥要解决的是水泥早期强度偏低 的难题，采用预磨粉煤灰工艺是一种方法。工艺流 程如图4 。 图4 预磨粉煤灰工艺 预磨粉煤灰工艺基于 t 研究表明，当粉煤灰 细而均匀，且一4 5 9 m 的颗粒在水泥熟料中足够多 时，能更好地激发粉煤灰的火山反应，提高粉煤灰的 早期强度； 2 熟料与粉煤灰的相对易磨系数 1 2 ．0 5 相差较大，如果是单一的混磨工艺，产品表面 上达到了国家标准，一4 5 弘1 T I 颗粒所占的比例不多， 水泥熟料的水化作用不能充分发挥，水泥产品的早 期强度低，后期强度也不高。 2 ．3 粉煤灰用途的开发 1 用石灰和粉煤灰制成商品“双灰粉”做建筑 砂浆，经济价值较高； 2 参与配制商品混凝土，粉煤 灰商品混凝土的开发利用有赖于早强促进剂的研 究，目前的主要早强促进剂有减水剂、硅灰、石灰等。 3氧化铝生产固体废物的综合利用 3 ．1 赤泥的利用 赤泥是氧化铝生产过程中排出的废渣，每年产 生量约4 0 万t 。其主要成分见表4 。 表4 赤泥化学成分／％ 项目S i 0 2A 1 2 0 3F e z 0 3 C a O 赤泥1 2 ．0 41 7 ．2 11 4 ，51 4 ．9 赤泥中含有2 C a O S i 0 2 ，具有水凝性的物质，可 代替部分粘土作水泥生产的原料。平果县水泥厂以 其来代替部分粘土，掺入量为2 0 ％，年利用量为4 ．6 万t ，经济效益每年8 0 万元，另外还可亨受减免增值 税的优惠。赤泥还可利用筑坝，利用赤泥本身具有 的防渗性做赤泥堆场围坝材料，效果较好。 3 ．2 生石灰化灰渣的利用 生石灰化浆过程中要产生一定量的废渣，这些 废渣主要为未烧透的石灰石及炉馏等。每年的产生 量约为4 5 0 0 t 。石灰渣与褐煤掺烧，起到脱硫、防止 锅炉炉内结焦的作用，掺入量为0 ．3 ％；还可作为电 解槽大修渣堆存的固化剂。铝电解槽大修渣含有可 溶性氟，露天堆放时，易被雨水浸出污染地下水。化 灰渣中含一定量的氢氧化钙，可溶氟与氢氧化钙反 应，生成稳定的氟化钙，起到固化作用。 在实际堆存过程中，采用顺序堆存的方法，先铺 石灰，再铺槽修渣。槽修渣可溶性氟达到1 6 ．4 ～ 5 6 k g ／t 渣，按可溶性氟计算，每吨渣需要1 0 0 k g 石 灰渣 有效成分3 0 ％ ，由于堆存时混合不均匀，在 实际生产中可适当增加石灰渣的量。 3 ．3 苛化渣的利用 拜耳法生产氧化铝回收苛性碱采用石灰苛化 法。 石灰苛化法的原理是，将母液蒸发结晶碳酸钠 溶解，然后加入石灰乳，使之发生如下的苛化反应 万方数据 第4 期李超南等铝工业固体废弃物资源再生及利用1 9 7 N a z C 0 3 C a O H z 2 N a O H C a C 0 3 反应物N a O H 回氧化铝生产流程，沉淀的c a C O ，实质就是轻质碳酸钙，沉淀碳酸钙经过洗涤、过 滤、烘干即可得到轻质酸钙的成品。 在石灰渣 C a C O ， 沉降过程中发生如下反应 3 C a C 0 3 十2 N a A I O H 4 4 N a O H 一 3 C a O A 1 2 0 3 6 H 2 0 3 N a 2 C 0 3 沉淀碳酸钙中会混有一定量的3 C a O A 1 2 0 3 6 H 2 0 。 轻质碳酸钙用途很广，可作橡胶、塑料、纸张的 填充剂。 苛化渣的回收利用工作正在研究中。 4电解槽大修渣的分类及利用 4 ．1 大修渣的分类 以1 6 0 k A 预焙槽为例，筑炉材料种类有阴极碳 块 包括侧部碳块 、耐火砖、冷捣糊、耐火粉、氧化铝 粉、保温砖、绝热板，用量及比例见表5 。 表51 6 0 k A 电解槽筑炉材料统计 综合考虑电解过程中阴极吸附的氟，电解槽漏 铝及阴极材料的损耗，1 6 0 k A 电解槽单台大修渣量 应在6 0 t 左右。 4 ．2 废阴极碳块和利用 电解大修渣中阴极碳块占总渣量的3 2 ．8 ％，阴 极碳块中含有固定碳，具有一定的热值，可以对其充 分利用。阴极碳块物理成分分析结果见表6 。 表6 阴极碳块物理成分分析结果 全水分／％灰分／％固定碳／％ 1 ．63 3 ．3 56 0 ．4 1 作为制备电炉铁合金电极糊原料，阴极碳块导 电性良好，破碎到一定的粒度后可代替一部分冶金 焦制备电极糊。废阴极碳块也可作为制作电解铝阳 极保护环的材料。 5结语 1 煤气生产过程中产生的粉煤、炉渣、水尘渣 可全部利用，效益较好。 2 锅炉粉煤灰用于路基材料、制造粉煤灰水 泥、“双灰粉”及商品混凝土前景广阔、附加值高。 3 氧化铝生产过程中产生的赤泥可替代粘土 制造水泥，符合国家产业政策。苛化渣可作纸张、塑 料的填充剂。石灰化灰渣作锅炉煤掺合料，起到固 硫、防锅炉结焦的作用，还可作为电解槽槽修渣堆存 的固化剂，实现电解槽大修渣的无害化堆存。 4 电解铝槽修渣可实现分类利用，阴极碳块具 有一定的利用价值。 上接第2 1 8 页‘ 吸附在毛毯上的矿浆流速，使毯布回收率提高了 1 0 ％以上。 3改进尾矿综合利用的几点设想 根据车河选矿厂总尾矿的性质特点，笔者认为 尚有一些可以改进的地方，兹提出以供参考。 1 对总尾矿进行进一步的浓缩输送。目前总尾 矿输送浓度为5 ．3 ％左右，根据经验可以提高到8 ％， 由此可以大幅度增加厂内回水，按目前年处理量已达 1 3 0 万t ，选矿用水单耗2 6 t ／t 矿计，则可实现厂内回 水2 0 0 0 万m 3 ，可节省2 1 5 k W 的砂泵1 ．3 台，节省 1 5 5 k w 的水泵1 ．1 台，即比目前实际生产可节约电耗 3 5 0 万k W h 。此外，新水量可减至5 ％左右。 2 目前毛毯毛精矿用人工浮槽处理，回收率仅 有5 0 ％～6 0 ％，一1 9 ／u m 的微粒锡石基本不能回收， 且药耗大。成本高，如果采用浮锡的方法处理，回收 率可达8 5 ％以上，总的药剂成本和电耗与人工浮槽 成本基本一致，可考虑采用。 3 尾矿中含锌高，但锌金属却以微粒存在，大 部分随溢流跑掉，难以浓缩沉淀，所以用常规浮选机 难以回收。但该矿有个特点，由于主流程残余药剂 的作用，铅锌微粒很容易上浮，特别是在有空气滚冲 产生气泡的时候很容易随气泡上浮，所以可以采用 适应细粒浮选的浮选柱进行回收，溢流矿浆不需浓 缩，药剂只需加少量松醇油，小型试验结果锌回收率 达7 0 ％以上．如果在生产上应用简易浮选柱在底部 充气，并加上少量松醇油，5 0 ％的回收率是可以保证 的，这样以极低的成本每年可回收50 0 0 ～60 0 0 t 锌 金属，是值得偿试的。 麓一 万方数据