水泥生产的全部过程中需要大量含Si，Al，Fe，Ca，Mg等元素的矿石原料，而电解铝行业产生的铝灰渣中主要化学成分为Al2O3，可利用水泥窑协同处置铝灰渣，解决环境问题的同时实现资源化利用。采集了3组样品，分别分析了铝灰的性质，提出了2种协同水泥窑处置铝灰渣的方案。根据重金属检测结果，3#样品重金属Cr的质量分数高达6.1％，质量分数较高，对熟料重金属影响大，超过可接收处置范围。3组样品自身热值较高，无需消耗回转炉里过多的热量，并且不合硫，不会对后续系统脱硫产生一定的影响。主燃烧投加点的效率稍高于分解炉投加点的效率，铝灰渣中的AlN为还原性氮，在回转窑高温条件下与NOx，发生反应能生产N2，有利于水泥窑尾气NOx的还原。

  电解铝行业在进行有关生产活动时会产生大量的铝灰渣，铝灰大致上可以分为一次铝灰(白灰)和二次铝灰(黑灰)。一次铝灰是原生铝生产铝过程中所产生的铝渣，其主要成分为金属铝和铝氧化物，其中金属铝的质量分数可达30％~70％。二次铝灰主要成分Al2O3，AlN，Al4C3，少量的金属铝和一定量的氟化物，氰化物，NaCl，KCl和SiO2，有毒有害于人体健康的物质为AlN，Al4C3，氟化物和氰化物等。铝灰渣自然放置会对环境有影响，会造成粉尘、NH3等污染，并且遇水呈碱性，会破坏土壤酸碱度。所以对铝灰的处置是必须的，铝灰需要采用合适的方式来进行处理，以免影响环境。通常采用填埋的方式对其做处理，然而铝灰渣中的AIN，Al4C3，遇水会产生NH3和CH4等气体，气味恶臭，氟化物和氰化物遇水溶出会污染自然水体，因此，若直接进行填埋，将会对环境产生严重的危害。

  已有很多研究闯采用水泥窑协同处置处理危险废物。新型干法回转窑煅烧温度高、高温停留时问长，可是危险废物资源化利用同时使其无害化，因此被广泛应用于生活垃圾、污泥和危险固体废物的协同处置，在资源化利用的同时也解决了环境治理问题。有研究利用水泥窑点对点协同处置水溶性类Cr(Ⅵ)化合物，从源头控制人窑废物实现对铬污染土壤的合理处置同。根据《固体废物污染环境防治法》 (2020年)危险废物分类分级管理l司和《国家危险废物名录》(2021年版)同的要求，针对铝灰渣和二次铝灰进行金属铝回收的过程不按危险废物进行管理，选择经济可行、污染物可防可控的环境友好型工艺技术方案，变废为宝，推动电解铝行业的铝灰渣和二次铝灰定向利用，解决电解行业的铝灰渣和二次铝灰利用难、处置难的问题。基于水泥窑协同处置是一个不错的选择，但铝灰渣的投加对于水泥窑的影响还有待进一步研究。

  在水泥生产过程中需要大量含Si，Al，Fe，Ca，Mg等元素的矿石原料，铝灰中主要化学成分为Al2O3，其主要成分与水泥生产的原料相同嘲，因此，可综合利用水泥窑协同处置铝灰，解决环境问题的同时可实现铝灰渣的资源化利用。本文从铝灰渣质量分析、水泥窑协同处置方面进行综合分析，研究利用协同处置铝灰对水泥窑系统的影响。

  铝灰从来源上可分为电解铝灰和再生铝灰，其中，电解铝灰是电解铝或二次铝在熔铸炉中浮于铝液表面的灰渣，主要由铝液中的不熔性夹杂、澄清剂和铝液氧化生成的Al2O3等构成。据统计，1t电解铝能产生10~15 kg铝灰，而熔铸过程会定期扒出灰渣被称为一次铝灰，即为再生铝灰，一次铝灰中金属铝的质量分数在70％～80％。工业中一般会用炒灰或压榨等方法回收铝灰中的金属铝，灰渣冷却后进一步细磨筛分出铝颗粒，得到的细灰为二次铝灰。本研究选取一电解铝企业的铝灰作为点对点处置对象，取了3组样品，具体样品来源如表1所示。

  铝灰的铝含量高，单独人窑处置时对窑况影响较大，因此，需要与其他低铝的废物进行配伍，混合搅拌后进行处置。由于AIN，Al4C3遇水产生NH3和CH4等，散发恶臭气味，氟化物和氰化物遇水溶出会污染自然水体。NH3含刺激性气味，溶于水，会灼伤皮肤、眼睛、呼吸器官的黏膜，人吸入过多，能引起肺肿胀，导致死亡，所以，配伍物料不应选取液态、半固态等含水的危险废物。

  根据铝灰渣的性质及危害，可采用Hw17表面处理污泥等不含自由水较干的泥饼等进行拌和、配伍。根据不同的危险废物混合，协同水泥窑处置铝灰渣的方案可分为2种：a)配伍后的废物短倒到窑尾，依次经过提升设施到达窑尾输送料仓，通过单无轴螺旋、回转锁风阀、气动闸板阀和手动闸板阀，最终进人分解炉内，经过与水泥生料的混合煅烧，转换成水泥熟料；b)按照HJ 662-2013《水泥窑协同处置固态废料环境保护技术规范》的要求，经检测，部分不含有有机物和挥发性、半挥发性重金属的铝灰可直接在生料磨投加点中进行投喂。水泥窑协同处置铝灰工艺过程如图1所示。

  根据HJ 662-2013《水泥窑协同处置固态废料环境保护技术规范》中对于水泥窑协同处置固体废物分析检测的要求，对铝灰的水分、热值、灰分、化学成分和重金属、F、cl、S等有害元素进行了分析。铝灰样品工业分析情况如表2所示。

  从表2中可以看到，3#样品中的水分明显高于其他2种样品，而cl的质量分数明显低于其他2组样品；2#样品热值远远高于其他2种，3种样品的灰分差异不大且均不含硫。因此，在协同处置的过程中自身可以产生大量的热值，无需消耗回转炉里过多的热量，并且不含硫不会对后续系统脱硫产生影响。

  铝灰样品重金属质量分数分析如表3所示，铝灰样品灰分中化学成分的质量分数如表4所示。

  根据表3和表4的分析，除3#样品外，铝灰渣样品中存在着部分铝单质，在灼烧测试过程中氧化成Al2O3，使得样品量增加。硅酸盐水泥的熟料生产使用到的主要原料为含CaO，SiO2，Al2O3，Fe2O2的石灰石，砂页岩，铁质原料等矿石原料，而铝灰中主要化学成分为Al2O2，可代替铝质原料资源化利用。而表3中的重金属检测结果显示，铝灰中各重金属均有分布，其中，3#样品重金属Cr的质量分数高达6.1％，质量分数较高，对熟料重金属影响大，超过可接收处置范围，无法处置。Cu， Mn，Ni，Pb等重金属的质量分数也需要重点关注。

  根据协同水泥窑处置铝灰渣的2种方案，将1#和2#样品在不同位置进行投加，检测不同位置投加不同样品对后续水泥尾气处理系统中SCR脱硝的影响。由图2可知，不同的投加点对于后续的SCR氮氧化物的还原存在一定的影响。在主燃烧投加点的效率稍高于分解炉投加点的效率，这是因为铝灰渣样品在主燃烧阶段投加可充分与水泥生料混合，更多的AlN进入到烟气处理系统中，后续的结果会进一步证明AlN可促进烟气中NOx的还原。因此，在样品其他条件合适的情况下，选用在主燃烧处投加对于水泥窑协同处置更为有利。

  由铝灰的质量检测报告可知，该铝灰中Al元素的质量分数为68％，Cl元素的质量分数为2.1％，F元素的质量分数为5.70％，S元素的质量分数较低，重金属除Zn和Cu外，均低于水泥厂的进厂接收标准。N的质量分数对系统的影响较为明显，因此需研究铝灰的投加对于水泥系统SCR脱硝的影响，分别对2种样品投加后的NOx还原效率进行了检测。

  AlN占该铝灰成分的2％～5％，如图3所示，通过投加不同的铝灰样品，水泥窑中的烟气SCR氮氧化物的还原效率相较原来的效率从92％提高了97％左右，说明AlN为还原性氮，可代一部分NH3的作用在回转窑高温条件下与NOx发生反应生成N2，有利于NOx的还原，无法还原的NOx则会继续通过水泥尾气处理的SCR处置技术完全吸收，保证尾气排放达到标准。因此，通过水泥窑协同处置铝灰渣有利于烟气系统中NOx的还原。

  通过对烟气处理系统中的飞灰进行监测，发现添加了铝灰渣的样品后，Al2O3的含量急剧增加了，这是由于样品中本身含有大量的Al2O3。结合表4的数据结果，通过对其进行铝元素平衡计算，发现在回转窑高温条件下，AlN与NO会发生反应生成N2，具体的方程式如下：

  a)3#样品中的水分明显高于其他2种样品，而C1的质量分数明显低于其他2组样品，2#样品热值远远高于其他2种，3种样品的灰分差异不大且均不含硫，无需消耗回转炉里过多的热量，并且不含硫不会对后续系统脱硫产生影响。根据样品的性质提出了2种协同水泥窑处置铝灰渣的方案。b)铝灰渣样品中存在着部分铝单质，在灼烧测试过程中氧化成A12O3，可作为硅酸盐水泥的熟料进行资源化利用。c)3#样品重金属cr的质量分数高达6.1％，质量分数较高，对熟料重金属影响大，超过可接收处置范围，无法处置。d)主燃烧投加点的效率稍高于分解炉投加点的效率，铝灰渣中的AlN为还原性氮，在回转窑高温条件下与NOx发生反应能生产N2，提升了水泥窑尾气处理系统SCR的脱硝效率。

  水泥窑协同处置是水泥工业提出的一种新的废弃物处置手段，是对固态废料的无害化处置过程。采集了3组电解铝行业产生的铝灰渣样品，通过分析铝灰渣的成分性质，探究了2种水泥窑协同处置危险废物铝灰渣的方式所带来的有益效果，解决了危险废物铝灰渣的环境风险，同时利用AlN中还原性氮与水泥窑尾气NOx发生反应生成无毒无害的N2，又实现了资源化利用。