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1、铝产业及其废物的处理绪论铝是一种常见的金属，那么它是如何制取得到的呢？通常将铝土矿通过拜耳法得到氧化铝，又将氧化铝电解得到金属铝。生产氧化铝有拜耳法、烧结法、串联法、并联法几种，那么它们各自都有什么优缺点呢？有什么可以改进的办法呢？生产电解铝有分自配槽和预配槽，它们又如何改进呢？不管生产氧化铝还是生产电解铝都会有废物排出，那么我们又该当如何去减少废物的排出量和回收再利用这些废物呢？本文着重对以上问题作了详细的阐述。水是生命之源，但随着工业的飞速发展，其受到了严重的污染，而生产氧化铝所排出的废水含有氢氧化鈉等碱性物质，不仅使废水含碱度升高，影响再生水回用，同时也造成了大量的碱损失。就此问题笔者大
2、胆提出了氧化铝废水“零排放”技术改造方案，可以有效的解决这些问题。第一章.铝与氧化铝1.铝Al，铝为银白色轻金属，有延展性。商品常制成棒状、片状、箔状、粉状、带状和丝状。在潮湿空气中能形成一层防止金属腐蚀的氧化膜。铝粉和铝箔在空气中加热能猛烈燃烧，并发出眩目的白色火焰。易溶于稀硫酸、硝酸、盐酸、氢氧化钠和氢氧化钾溶液，不溶于水。相对密度2.70。熔点660。沸点2327。以其轻、良好的导电和导热性能、高反射性和耐氧化而被广泛使用。做日用皿器的铝通常叫“钢精”或“钢种”。 由于铝的活泼性强，不易被还原，因而它被发现的较晚。1854年，德国化学家德维尔利用钠代替钾还原氯化铝，制得成锭的金属铝。铝是
3、活泼金属，在干燥空气中铝的表面立即形成厚约50埃的致密氧化膜，使铝不会进一步氧化并能耐水；但铝的粉末与空气混合则极易燃烧；熔融的铝能与水猛烈反应；高温下能将许多金属氧化物还原为相应的金属；铝是两性的，即易溶于强碱，也能溶于稀酸。2.氧化铝Al2O3，,故称三氧化二铝，分子量102，通常称为“铝氧”，是一种白色无定形粉状物，俗称矾土。性状：难溶于水的白色固体，无臭、无味、质极硬，易吸潮而不潮解。两性氧化物，能溶于无机酸和碱性溶液中，几乎不溶于水及非极性有机溶剂。相对密度(d204)4.0，熔点约2000。氧化铝是将铝矾土原料经过化学处理，除去硅、铁、钛等的氧化物而制得，是纯度很高的氧化铝原料，A
4、l2O3含量一般在99%以上。矿相是由40%76%的- Al2O3和24%60%的- Al2O3组成。- Al2O3于9501200可转变为- Al2O3（刚玉），同时发生显著的体积收缩。3.氢氧化铝Al(OH)3，是铝的氢氧化物。是一种碱，由于又显一定的酸性，所以又可称之为铝酸（H3AlO3），但实际与碱反应时生成的是偏铝酸盐，因此通常在把它视作一水合偏铝酸（HAlO2?H2O）。按用途分为工业级和医药级两种。第二章. 氧化铝生产技术与改进我国铝土矿资源绝大多数为一水硬铝石，由于我国铝土矿资源的这一显著特点，国内氧化铝生产大多采用混联法，此外，还有拜耳法和烧结法。1.氧化铝生产技术 （1）、
5、拜耳法强化溶出技术，包括管道化溶出、单管预热高压釜溶出、管道一停留罐溶出、混联法中的拜耳法不平衡溶出、新型高压隔膜泵； （2）、一水硬铝石选矿一拜耳法生产氧化铝技术，该技术将选矿技术和拜耳法有机结合，有效地利用了我国大量的中低品位铝土矿，降低了氧化铝的生产成本； （3）、矿石均化和多碎少磨技术，包括矿山块矿石及进厂碎矿石均化，多碎少磨提高了磨矿效率，降低了磨矿成本； （4）、烧结法熟料烧成强化技术，包括高品位铝土矿强化烧结技术、铝土矿浮选精矿强化烧结技术、生料浆配料、非饱和配方、石灰配料和高浓度碳酸化分解，生料加煤排硫、窑体改造及操作改进、单枪喂料； （5）、烧结法熟料溶出技术，包括低苛性分子
6、比溶出、高碳酸钠浓度二段磨溶出、低碳酸钠浓度一段磨溶出； （6）、氧化铝闪速焙烧技术，包括美国闪速焙烧炉、丹麦气体悬浮燃烧炉； （7）、粗液脱硅技术，包括高压釜间接加热连续脱硅、管道化间接加热连续脱硅、深度脱硅； （8）、分解技术，包括连续碳酸化分解、4400m3大型平底分解槽、245m2立盘过滤机、51m2水平盘式过滤机、270m2大型板式换热器、27m2水平带式真空过滤机； （9）、赤泥分离技术，包括絮凝沉降分离、42m6m大型钢索扭矩沉降槽、 100m2辊子卸料真空转鼓过滤机、385m2单筒凯利叶滤机； （10）、蒸发技术，包括降膜蒸发器，高效闪蒸器等。2.存在的主要问题 （1）、能耗高
7、 由于混联法既有完整的拜耳法系统，又有完整的烧结法系统，流程异常复杂。接踵而来的是能耗很高，就是处理铝硅比约为10的优质矿石，能耗仍高达38GJt 氧化铝，是国外一般拜耳法的3倍多。很显然，随着矿石品位下降，经济的拜耳法比例减少，昂贵的烧结法比例增加，能耗还要增加。 （2）、产品质量不高，多为中间状氧化铝 目前国内冶金级氧化铝产品多为中间状氧化铝，产品粒度较细，产品的磨损指数较大，要很好满足现代电解铝工业大型预焙槽的要求，还要加快砂状氧化铝的开发。 （3）、原料质量差、铝土矿AS低 我国铝土矿资源与国外三水铝石和一水软铝石相比，原料质量差，铝土矿AS低，需要高温高压溶出，这给氧化铝生产带来了困
8、难。3.氧化铝冶炼技术的发展方向 （1）、加速铝土矿选矿工艺的产业化步伐 铝土矿选矿工艺研究通过“十五”科技攻关，已经完成了工业试验，形成了一套完整的工艺路线，“十一五”期间要加快该技术的产业化，并开展铝土矿的反浮选技术研究。 （2）、强化和革新现有生产方法 溶出是拜耳法的关键工序。我国现在已经有了3种强化溶出技术：管道化溶出；单管预热高压釜溶出；停留罐溶出。 应该在总结生产实际效果的基础上，尽快推广应用。 首先强化熟料烧结过程，如降低烧成温度，改变供料方式，改进窑体结构等，其次是提高溶液浓度，强化湿法各工序。采用各种添加剂，例如沉降絮凝剂、过滤助滤剂、分解添加剂、溶出添加剂等，可以显著强化生
9、产过程，而且很容易被工业上采用。种子搅拌分解是氧化铝生产中贮存液量最多，时间最长的工序，它的强化必将显著提高工厂的生产能力。 （3）、加快砂状氧化铝生产技术的攻关，提高我国氧化铝产品质量 我国氧化铝工业由于以一水硬铝石型铝土矿为主要生产原料，致使种分和碳分分解原液的氧化铝浓度高、苛性比值也较高，生产砂状氧化铝的技术难度较大。“ 十一五”期间要重点解决铝酸钠溶液分解过程粒子成核控制技术、铝酸钠溶液分解过程产品粒度控制技术、铝酸钠溶液分解过程产品强度控制技术和添加剂强化分解技术等。通过科技攻关，形成一套适合我国砂状氧化铝生产技术。 (4)、加快氧化铝技术成果的产业化 加快石灰拜耳法、双流法新技术、
10、间接加热连续脱硅、高效沉降槽、降膜蒸发技术等技术在氧化铝生产过程中的产业化应用，进一步降低生产能耗和生产成本。 第三章. 电解铝生产技术电解铝就是通过电解得到的铝。现代电解铝工业生产采用冰晶石-氧化铝融盐电解法。熔融冰晶石是溶剂，氧化铝作为溶质，以碳素体作为阳极，铝液作为阴极，通入强大的直流电后，在950-970下，（950以上有可能形成热槽）在电解槽内的两极上进行电化学反应，即电解。目前铝全部采用熔盐电解方法生产，其生产设备从较早的单一侧插自焙槽，发展到拥有侧插自焙、上插自焙、预焙槽等各种槽型。 我国已完成了180kA、280kA和320kA的现代化预焙槽的工业试验和产业化。以节能增产和环保
11、达标为中心的技术改进与改造，促进自焙槽生产技术向预焙槽转化，获得了巨大成功。我国已经成为大型预焙槽开发的先进国家。1.电解铝所取得的主要技术成绩 (1)、计算机控制技术 目前我国主要电解铝厂均采用了计算机控制。自适应控制技术、模糊控制技术和智能模糊控制技术的开发应用使吨铝节电在100kW?h左右。 (2)、电解槽结构的改进 电解槽结构的改进已先后完成了槽壳结构的改进、槽底保温结构的改进、阴极结构及材料的改进、阳极系统的改进和点下料系统的试验和应用。 (3)、采用添加剂 电解质中添加氟化镁、氟化铝和锂盐等物质可以改善电解质的某些物化性能，从而提高电解过程中电流效率(约2左右)。降低电解成本。在电
12、解质中加入添加剂目前已被广泛应用。2.存在的技术问题 (1)、 铝电解槽寿命短 现在国际上的大型预焙铝电解寿命在7年以上，有的已达10年，而我国铝电解槽平均寿命仅4年左右。尽管经过几年的生产实践，采取了一系列技术措施，基本克服了电解槽早期破损问题，但槽寿命仍与世界先进水平差距较大。 (2)、整体机械化装备水平尚待提高 尽管我国在铝电解生产实践中研究开发了一系列专用设备，如多功能联合机组、地爬打壳机、筒式下料器等，但与国际先进水平相比，机械化装备水平尚需进一步提高，主要表现在： 第一国产多功能联合机组故障频繁，制造质量还不高，关键部件需要进一步开发，如扭拔机构，空压系统及电气控制部分。 第二相配
13、套的供料系统和槽上部下料系统跑、冒、漏现象严重，多功能机组受料问题需改进提高；对闸刀式下料和插板式下料装置应改造成点式下料。 第三与工艺操作相配套的设备需研究开发，如出铝及清理抬包的机械化，与电子计算机控制相适应的打壳下料电磁阀的质量及工作性能提高等。 第四保证大型预焙铝电解槽生产用的压缩空气水分较大，这是目前全国各大铝厂普遍存在的问题，尽管设有气水分离器，但效果不理想，极易损坏各种电磁阀，造成一系列设备故障而影响生产。 第五与铝电解工艺操作相配套的其它设备需开发，如阳极更换设备，要求不仅能准确地拆卸和安装，而且在更换时能处理残极周围的结壳及掉入槽中的电解质块，现场卫生清理设备及电解槽一系列技
14、术测试设备等。 (3）、自动控制水平尚待进一步提高 尽管我国大部分铝电解厂采用了电解槽槽控技术，但整体的自动控制水平仍然不高，与国外相比差距较大，主要表现在控制电解槽生产过程的信息取样不完整，电解槽专家系统不完备，与计算机控制技术相配套的设备故障较多以及综合的动态研究不充分等。3.铝电解技术的发展 (1)、完善大型预焙槽技术 在现有开发成功的180kA、280kA和320kA大型预焙槽的基础上，逐步完善。使其各项技术指标进一步提高，达国际领先水平。 (2)、自焙槽改造技术 自焙槽目前约占我国铝的总产能的一半左右，鉴于我国目前的经济状态，在短期内全部淘汰是不可能的，因此，对自焙槽进行技术改造是势
15、在必行的。 总之，我国铝冶炼技术水平近些年来得到了迅速的发展，缩短了与发达国家的差距，但我们还应该看到，我国加入WTO，铝冶炼工业所面临的挑战，加快技术进步，提高铝冶炼企业的竞争力是我们迫切的任务。 第四章.氧化铝废水“零排放”1. 氧化铝废水的来源及特征 氧化铝厂外排废水主要来源于生活污水（澡堂、厕所、宿舍、办公室排水）、生产废水（冲洗地坪、设备等）、设备冷却水、雨排水、外单位排水（热电厂软水站排水及冲灰渣水、轻研所排水等）、工艺管道及设备的跑、冒、滴、漏等；具有总排水量大、不稳定的特点；其主要污染因子为悬浮物（200500mg/l）；碱（PH值达812）。 2.技术改造方案 （1）治理污染
16、源，对重点车间设备进行防跑碱改造，以降低废水含碱浓度；（2）对水质要求高的设备冷却水，采用自身循环，以减少废水排放量；而对水质要求不高的设备冷却水、有条件的生产用水点等，全部使用再生水代替工业新水；（3）充分利用赤泥回水、蒸发坏水代替工业新水，并保证赤泥回水量赤泥附液量；（4）根据生产实际情况，采用经济实用的方法进行废水处理。2.1抓源治本，降低废水含碱浓度在氧化铝生产过程中，难免有高浓度的含碱废水进入排水系统，使废水含碱度升高，影响再生水回用。因此，加强和完善管理及设备维护，对重点车间进行防跑碱设施改造，是降低外排废水含碱浓度的关键。首先在工艺上采用新工艺、新技术（如水泵采用先进的机械密封替
17、代传统的填料密封，用密封性能较好的浆液阀、注塞阀替代传统的闸阀、截止阀等）；其次对各生产车间大型槽罐（如沉降槽等）增设防跑碱围子，将泄漏的高浓度含碱污水引入污水槽后再返回工艺流程，有效的防止碱液外泄。2.2完善改造部分设备冷却水，减少废水排放量对水质要求较高的回转窑托轮、排风机、煤磨、格子磨、管磨、溶出磨等设备冷却水，原设计均用工业新水冷却后直接排放（排水量100200 m3/h）。为减少废水排放量，进行相应的改造。2.2.1窑磨循环水系统的改造针对烧成车间煤磨、排风机、烧成窑托轮以及熟料溶出磨、配料格子磨、管磨等设备相对集中的特点，将这些设备的冷却水集中回收循环使用，形成独立的窑磨循环水系统
18、，有利于管道铺设和经济运行。2.2.2焙烧窑托轮、风机冷却水改造焙烧车间焙烧窑托轮、风机冷却水耗水量约4080 m3/h，由于采用单一水源工业新水供水，一旦发生停水事故，焙烧窑就停运。根据生产实际情况,充分利用现有空压循环水系统的富余能力供水，将焙烧窑托轮、风机冷却水纳入空压循环水系统，不增加水泵开启台数,而且改造时保留原有工业水供水流程，形成双水源供水，不仅减少了废水的排放量，而且提高了供水的可靠性，保证了焙烧窑可靠稳定地运行。3.充分利用赤泥回水由于氧化铝生产过程中排出的赤泥带有一定数量的附着液，随赤泥排至赤泥堆场的水量约为140m3/h,只有将赤泥的附着液全部回收利用，才能达到真正意义的“零排放”。经过增设赤泥回水中间加压及大力开发赤泥回水利用等技术改造项目的实施,使赤泥回水用量逐年增加,现回用量已达180220m3/h,达到了完全回收赤泥附液的目的,不仅节约了大量新水,同时还可回收大量的碱和氧化铝。参考文献1.陈聪.氧化铝生产设备.北京:冶金工业出版社，20062.王捷.氧化铝生产工艺.北京:冶金工业出版社，20063.王捷.电解铝生产工艺与设备.北京:冶金工业出版社，20064.王明海.冶金生产概论.北京:冶金工业出版社，2008附录1.拜耳法生产氧化铝流程图2.烧结法生产氧化铝流程图- 10 -