鋁灰回收利用的基礎(chǔ)研究.pdf

1、鋁灰是在一次和二次鋁工業(yè)中所產(chǎn)生的一種廢棄物。隨著資源、能源問題的日益惡化，再生資源回收利用的研究已經(jīng)成為材料及環(huán)境研究的重點問題之一。鋁灰中含有許多會對環(huán)境直接或間接造成危害的物質(zhì)，直接丟棄會造成環(huán)境污染。鋁灰又是一種具有綜合利用價值的可再生資源。鋁灰的回收利用方法很多，從中可以回收鋁、鹽、氧化鋁，也可以合成凈水劑，還可以用于耐火材料、路用及建筑材料、煉鋼脫硫劑等方面。上述方法存在低回收率、較低經(jīng)濟效益和造成二次污染等缺點。將鋁灰加入

2、鋁電解槽進(jìn)行電解生產(chǎn)鋁，不僅可以回收金屬鋁、氧化鋁，還可以回收氮化鋁及可溶性鹽等有價成分。該方法具有高回收率、較高經(jīng)濟效益和不造成二次污染的特點。本課題即對該回收利用方法的可行性進(jìn)行了基礎(chǔ)研究。
　　通過X射線熒光分析、X射線衍射分析和元素定量分析，確定福建省南平鋁業(yè)有限公司鋁鑄造過程產(chǎn)生鋁灰的主要成分及含量。鋁灰中主要有AlN、α-Al2O3、Al、MgAl2O4、 NaCl、KCl等物相，其主要成分含量如下（wt％）:AlN1

3、9.24、α-Al2O326.99、Al11.5、MgAl2O412.71、NaCl2.93、KCl1.18。同時，考察了鋁灰在物料輸送管道中的流動性，采用自制的實驗裝置對鋁灰的安息角進(jìn)行了測定。實驗結(jié)果表明，鋁灰粒度小于1.43mm和小于0.154mm的安息角分別為43.0°和50.4°。工業(yè)氧化鋁的安息角為32.3°，工業(yè)氧化鋁中鋁灰質(zhì)量分?jǐn)?shù)每增加20％，安息角增加3.0°左右。鋁灰質(zhì)量百分含量在0～40％之間時，其安息角不大于40

4、.0°，可以滿足工業(yè)上濃相管道化輸送物料的要求。
　　利用石英透明槽研究了α-Al2O3、 AlN和鋁灰在冰晶石-氧化鋁熔液中的溶解行為，并通過攝像機觀察和記錄下其整個溶解過程。用等溫飽和法測定了氮化鋁在冰晶石熔液中的溶解度。通過對冰晶石熔鹽急冷試樣的X射線衍射分析研究了Na3AlF6-AlF3-Al2O3-CaF2-AlN體系的物相組成。研究表明，α-Al2O3加入冰晶石熔液后，大部分漂浮在表面上形成電解質(zhì)-氧化鋁的聚合層，α-

5、Al2O3的聚合物漂浮時間很短，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于完全溶解時間。將AlN粉末加入冰晶石熔液，高溫的熔融冰晶石能夠滲透進(jìn)入冷的氮化鋁微粒間的細(xì)孔，形成半凝固狀態(tài)的電解質(zhì)和氮化鋁結(jié)塊，結(jié)塊下沉并逐漸溶解。隨著冰晶石熔液中已溶解氮化鋁含量的增加，溶解速度減慢。氮化鋁進(jìn)入熔鹽中靠物理溶解來完成。鋁灰加入熔融電解質(zhì)中，鋁灰漂浮在熔液表面上，形成一個厚層。隨后高溫的熔融電解質(zhì)滲透進(jìn)入鋁灰微粒間的細(xì)孔，鋁灰逐漸溶解于電解質(zhì)中。在鋁灰的整個溶解過程中，鋁灰并沒有

6、明顯的下沉現(xiàn)象出現(xiàn)，也沒有形成沉淀。因此，將鋁灰作為原料加入鋁電解槽進(jìn)行回收利用的工藝方法是可能實現(xiàn)的。
　　采用CM-1熔體物性綜合測試儀，根據(jù)步冷曲線法對Na3AlF6-AlF3-Al2O3-CaF2-KCl和Na3AlF6-AlF3-Al2O3-CaF2-AlN體系鋁電解質(zhì)的初晶溫度進(jìn)行了測定。隨著電解質(zhì)中氯化鉀濃度的升高，初晶溫度降低。在氮化鋁濃度較低時，氮化鋁對初晶溫度的降低作用較明顯，氮化鋁含量進(jìn)一步增加，電解質(zhì)初晶溫

7、度不一定降低。在實驗條件范圍內(nèi)，采用最小二乘法對2.4NaF·AlF3-3wt％Al2O3-3wt％CaF2-KCl和2.4NaF·AlF3-3wt％Al2O3-3wt％CaF2-AlN體系的測定數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，得到氯化鉀和氮化鋁的初晶溫度經(jīng)驗公式。采用二次回歸正交試驗設(shè)計的方法對Na3AlF6-AlF3-3wt％Al2O3-3wt％CaF2-KCl體系的初晶溫度進(jìn)行了測定，并得到初晶溫度的回歸方程。
　　工業(yè)試驗表明，將鋁灰添