吳茂林

(中國瑞林工程技術(shù)有限公司，江西南昌 330031)

鋁熔煉熱鋁渣的處理工藝與設(shè)備

吳茂林

(中國瑞林工程技術(shù)有限公司，江西南昌 330031)

以鋁加工的鋁熔煉特點(diǎn)為切入點(diǎn)，分析熱鋁渣的分類及成分組成，介紹了回轉(zhuǎn)炒渣及篩分、壓制及破碎篩分、高速攪拌及篩分3種熱鋁渣的處理工藝與設(shè)備,并結(jié)合它們的優(yōu)缺點(diǎn)，明確了各自的應(yīng)用范圍。

鋁加工；鋁熔煉；熱鋁渣；處理工藝；熱渣冷卻；篩分

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2014年我國原鋁產(chǎn)量約28 100 kt，消費(fèi)量約28 050 kt；鋁加工的鋁熔煉環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的熱鋁渣按6%計(jì)算，包括再生鋁加工的產(chǎn)生量,則熱鋁渣量保守估計(jì)在1 600 kt以上。如此龐大數(shù)量的熱鋁渣如果被隨意丟棄而不妥善處理,不但造成金屬鋁資源的極大浪費(fèi),而且還會(huì)給環(huán)境保護(hù)帶來巨大壓力。因此，本文從鋁元素的化學(xué)性質(zhì)、熱鋁渣的成分組成等方面入手，探討當(dāng)前3種主要的熱鋁渣處理工藝與設(shè)備,分析它們的優(yōu)缺點(diǎn),為生產(chǎn)企業(yè)理性選擇熱鋁渣的處理工藝與設(shè)備提供參考依據(jù)。

1 鋁熔煉特點(diǎn)

鋁非常活潑,能與氣體和水發(fā)生反應(yīng),如AL+ O2→AL2O3，AL+H2O→AL2O3+H2↑。這些反應(yīng)都是不可逆的，一經(jīng)反應(yīng)金屬就不能還原，這就會(huì)造成金屬損失。因此在鋁熔煉過程中，對工藝設(shè)備應(yīng)嚴(yán)格地選擇，對工藝流程也應(yīng)有嚴(yán)格的選擇和控制，如縮短熔煉時(shí)間、控制適當(dāng)?shù)娜蹮挏囟取⒉捎萌蹌└采w等。

2 熱鋁渣的分類及成分組成

熱鋁渣根據(jù)自然冷卻后的顏色區(qū)分為白色鋁渣和黑色鋁渣，它們都是經(jīng)過手工操作者或自動(dòng)化扒渣機(jī)的扒渣操作被收集。

白色鋁渣是金屬含量在15%~80%之間變化的鋁氧化物和鋁金屬的混合物，其特征是白色。它是原鋁（電解鋁液或鋁錠）在爐子無鹽熔煉期間或鋁液運(yùn)輸過程產(chǎn)生的。

黑色鋁渣是熔劑、鋁氧化物和鋁金屬的混合物。它是再生鋁廠將回收的鋁型材、板材、鑄造等鋁廢料裝入反射爐內(nèi),并在鋁廢料上覆蓋一層含鹽化合物熔劑,來減少熔化過程中的鋁液被氧化,是鋁廢料再生利用的過程中產(chǎn)生的。熔劑主要由氯化鈉（NaCl）、氯化鉀（KCl）及氟化鹽的混合組成。另外,原鋁（電解鋁液或鋁錠）在爐子“有鹽”熔煉過程中產(chǎn)生的是黑色鋁渣。

3 熱鋁渣的處理工藝與設(shè)備

熱鋁渣處理是鋁加工行業(yè)一個(gè)必不可少的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，它有利于企業(yè)降低運(yùn)行成本，減少廢物排放，從而提高生產(chǎn)利潤和市場競爭力。另外，熱鋁渣處理回收金屬鋁后剩余大量的鋁灰，鋁灰中還含有少量的鋁，其余是Al2O3和一些熔劑的殘留物。鋁灰可以用來生成硫酸鋁、鋁粉和堿式氯化鋁等產(chǎn)品。

目前，國內(nèi)外鋁加工企業(yè)采用的熱鋁渣處理方法種類繁多，現(xiàn)代化水平參差不齊，但主要有回轉(zhuǎn)炒渣及篩分、壓制及破碎篩分、高速攪拌及篩分等3種工藝[1-2]，它們都包含一個(gè)共同的處理步驟，即處理過程后期都要將熱渣冷卻后篩分。本文就該3種處理工藝逐一簡介。

3.1 回轉(zhuǎn)炒渣及篩分工藝與設(shè)備

人工或扒渣車從爐子中扒出熱鋁渣裝入渣箱，用旋轉(zhuǎn)叉車轉(zhuǎn)入回轉(zhuǎn)爐，利用回轉(zhuǎn)爐的逆順回轉(zhuǎn)和扒渣耙子的前后攪拌，渣中發(fā)生鋁熱劑反應(yīng)，靜置后，比重大的金屬鋁及其他金屬塊沉淀到爐子的底部，比重小的鋁渣懸浮在爐子的上部，即可以將熱鋁渣中的鋁液分離出來。在操作過程中應(yīng)注意控制溫度，可以加入冷渣或小生鋁作為控溫劑。處理完畢后液壓油缸頂起回轉(zhuǎn)爐尾部，爐身傾斜即可倒出鋁液形成鋁錠，鋁液倒完后旋轉(zhuǎn)爐身即可卸熱鋁渣。熱鋁渣裝入渣箱后再轉(zhuǎn)入篩網(wǎng)式冷灰桶，噴水冷卻冷灰桶的外表面，進(jìn)而冷卻桶內(nèi)的熱鋁渣，快速冷卻到50℃以下的冷鋁渣再被篩分出鋁顆粒及鋁灰，分裝硅袋。該工藝流程詳見圖1。

圖1 回轉(zhuǎn)炒渣及篩分工藝流程

其優(yōu)點(diǎn)是：單次處理鋁渣量大，能達(dá)到1 000~ 2 000 kg/次，金屬鋁回收率較高，一般為80%左右，且設(shè)備投資費(fèi)用低，特別適用于再生鋁廠。因?yàn)樵偕X廠的熱鋁渣為含鐵量及熔劑量都比較高的黑色鋁渣，如果采用壓制及破碎篩分工藝與設(shè)備，則效率低下、作業(yè)周期長、金屬回收率低、運(yùn)行能耗高；如果采用高速攪拌及篩分工藝與設(shè)備，則鋁渣中的鐵塊、螺栓、鋼筋等經(jīng)常會(huì)卡在鍋與攪拌葉片的間隙里，極易導(dǎo)致設(shè)備故障。

但是其缺點(diǎn)也很明顯：“利用回轉(zhuǎn)爐的逆順回轉(zhuǎn)和扒渣耙子的前后攪拌”、“熱鋁渣裝入渣箱后再轉(zhuǎn)入篩網(wǎng)式冷灰桶”這兩個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)均是開放式作業(yè)，會(huì)產(chǎn)生大量灰塵，工人作業(yè)環(huán)境差，即使加強(qiáng)收塵措施，效果也十分有限。

該處理設(shè)備主要由回轉(zhuǎn)爐和冷灰桶構(gòu)成。而回轉(zhuǎn)爐主要由底盤托架、電傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、液壓升降機(jī)構(gòu)、爐體及電控系統(tǒng)構(gòu)成；冷灰桶主要由底盤托架、電傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、水循環(huán)噴淋系統(tǒng)、冷卻桶體、篩分桶體及電控系統(tǒng)等構(gòu)成。

3.2 壓制及破碎篩分工藝與設(shè)備

將熱鋁渣快速裝入渣箱，采用特殊設(shè)計(jì)的壓頭，根據(jù)所設(shè)定的程序，以合適的壓力擠壓渣箱里的熱渣，使熱渣中的游離金屬鋁分離出來；渣箱內(nèi)熱渣受特殊設(shè)計(jì)的壓頭強(qiáng)制冷卻和隔離空氣，阻止鋁渣進(jìn)一步氧化，加快了鋁渣中鋁液的凝固速度；回收鋁渣中的液態(tài)鋁形成鋁錠后，殘余鋁渣塊再轉(zhuǎn)入破碎機(jī)破碎、篩分機(jī)篩分，分離出鋁顆粒和鋁灰，進(jìn)一步回收鋁金屬。該工藝流程詳見圖2。

圖2 壓制及破碎篩分工藝流程

其優(yōu)點(diǎn)是：壓制后的殘余鋁渣塊是冷卻固體，因此壓制過程和破碎篩分過程可以靈活地分在兩個(gè)不同車間或工廠內(nèi)進(jìn)行。壓制、冷卻過程對環(huán)境污染少，可放在爐子附近進(jìn)行，為作業(yè)工人創(chuàng)造一個(gè)良好的車間環(huán)境。而破碎篩分過程產(chǎn)生的灰塵大，對大氣環(huán)境污染大，可將殘余鋁渣塊外售給專業(yè)處理部門統(tǒng)一收購處理。另外，渣箱的口型一般為方形，爐門扒渣時(shí)爐渣不易散落到車間地坪上，不易燒壞地坪且爐子周邊渣灰少，保持爐子周邊良好衛(wèi)生狀況。

其缺點(diǎn)是：單次處理熱鋁渣量小，一般為200~ 350 kg/次；鋁渣空氣氧化嚴(yán)重，金屬鋁回收率一般在60%以下，且設(shè)備投資費(fèi)用高，適用于處理環(huán)保要求高的鋁熔鑄廠產(chǎn)生的少量白色鋁渣。

該處理設(shè)備主要由壓渣機(jī)、破碎機(jī)、篩分機(jī)及電控系統(tǒng)等構(gòu)成。

3.3 高速攪拌及篩分工藝與設(shè)備

裝有熱鋁渣的渣鍋被送入熱鋁渣高速攪拌機(jī)內(nèi)，攪拌葉片插入渣鍋內(nèi)旋轉(zhuǎn)攪拌熱鋁渣，渣中發(fā)生鋁熱劑反應(yīng)，通過向渣鍋內(nèi)灑水等方式來控制溫度，靜置后，比重大的金屬鋁留到渣鍋的底部，比重小的殘?jiān)鼞腋≡谠伒纳喜?，待鋁液與鋁渣分離后，抬起攪拌葉片將鋁液從渣鍋底部放出至鋁液箱收集、冷卻成鋁錠；剩下的熱鋁渣跟渣鍋一起被移送到翻轉(zhuǎn)裝置，翻轉(zhuǎn)渣鍋，熱鋁渣通過投入裝置被送入冷卻機(jī)內(nèi)冷卻，空渣鍋返回、移走；快速冷卻到50℃以下的鋁渣被分粒機(jī)依次橫向篩分為鋁顆粒及鋁灰，分別裝硅袋。該工藝流程詳見圖3。

其優(yōu)點(diǎn)：單次處理鋁渣量較大，一般為200~500 kg/次；處理迅速，連續(xù)不斷，鋁渣空氣氧化極少，金屬鋁回收率高達(dá)90%左右；整個(gè)處理過程都在一個(gè)密閉的環(huán)境下進(jìn)行，設(shè)備緊湊占地少，大氣污染少；設(shè)備投資費(fèi)用適中；處理鋁渣范圍廣，適用于處理各種不含塊狀固體的白色鋁渣和黑色鋁渣。

其缺點(diǎn)：渣鍋口型為圓形，且底部有出鋁孔，爐門扒渣及叉車轉(zhuǎn)運(yùn)渣鍋時(shí)爐渣易散落到車間地坪上，易燒壞地坪，且爐子周邊渣灰較多，爐子周邊衛(wèi)生狀況較差。

圖3 高速攪拌及篩分工藝流程

該處理設(shè)備主要由熱渣高速攪拌機(jī)、移送翻轉(zhuǎn)裝置、鋁渣投入裝置、冷卻機(jī)、分粒機(jī)及電控系統(tǒng)等構(gòu)成。

4 結(jié)論

生產(chǎn)企業(yè)在選擇熱鋁渣的處理工藝與設(shè)備時(shí)，應(yīng)該根據(jù)所需處理熱鋁渣的種類與數(shù)量、投資預(yù)算及環(huán)保要求等幾個(gè)方面綜合考慮，結(jié)合各種處理工藝的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇最合適的處理工藝與設(shè)備，在兼顧環(huán)境保護(hù)和社會(huì)效益的同時(shí)進(jìn)一步提高企業(yè)自身的社會(huì)形象和經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 孫伯勤.鋁渣處理與回收技術(shù)[J].再生資源研究,1997(4):19-22.

[2] 高飛.鋁渣處理設(shè)備國產(chǎn)化技術(shù)應(yīng)用[J].有色冶金節(jié)能.2013(4): 44-47.

Treatment Process and Equipment of Hot Aluminum Slag in Aluminum Smelting

WU Maolin
(China Nerin Engineering Co.,Ltd.,Nanchang,Jiangxi 330031,China)

Taking aluminum melting features in aluminum process as an entry point,this paper makes an analysis on classification and composition of hot aluminum slag,introduces three kinds of treatment process and equipments of hot aluminum slag, which are rotary slag drying and screening,pressing,crushing and screening,and high speed agitating and screening,and clear up their application scope in combination with their merits and demerits.

aluminum processing;aluminum smelting;hot aluminum slag;treatment process;hot slag cooling;screening

TG166.3

B

1004-4345(2015)05-0034-03

2015-04-28

吳茂林（1980—），男，工程師，主要從事金屬壓力加工工藝設(shè)計(jì)工作。