祈 通中西 力 求精进 一 梯级利用背景 二 国内外研究现状 三 关键技术及解决思路 四 目前课题组工作及成果 五 总结与展望 六 致谢 铝灰俗称铝渣，是铝工业生产里产生的浮渣总称， 其大多数来自有以下两个方面： Ø 在电解氧化铝工艺生产的全部过程中，由于操作和测定器 具的携带、阳极更换、出铝、铸锭以及电解槽大修 时产生。 Ø 在原铝锭、铝材、铝压铸件与铸件、再生铝生产中， 熔炼与铸造是必不可少的关键性工序，在此工序中 定会产生一定量的铝灰。 表1 铝灰分类及主要成分一览表 类别 Al （%） Al O （%） AlN （%） 其它氧化物及盐类 （%） 2 3 一次铝灰 30-70 10-40 15-30 5-15 二次铝灰 5-10 20-60 10-30 2-5 电解铝灰 20-50 30-50 5-20 5-10 熔铸铝灰 10-40 40-70 10-30 5-10 目前，铝灰的利用绝大多数都是回收 其中的金属铝，提取金属铝后的铝灰， 大部分直接堆存或填埋处理。据统计， 1t 铝在加工应用 的整一个完整的过程会产生 180~290kg铝灰渣。铝灰的堆渣 占用 大量土地，大约有95% 的铝灰在填埋 时未经过无害化处理，这将导致有毒 金属离子的流入地下水，铝灰中AlN 与水反应生成氨气，对环境能够造成严重 的破坏。 铝 灰 Ø 铝灰的随意堆弃和填埋，占用了大量的土地资源 的 Ø 铝灰与水反应生成氨气，污染空气，影响附近居民生活 危 害 Ø 铝灰中含有大量重金属，进入土壤和地下水系统会造成重金属污染 图3 铝灰堆积填埋现状 类别 危害 对当地土壤及水资源会导致非常严重污染，造成周边牲畜、居民和 重金属 植物重金属中毒，还会导致周边土壤盐碱化，农作物大量死亡。 与水反应作用后会生成大量NH 、CH 、H 气体，这些气体都属 3 4 2 氮化物 于可燃气体，会有引起火灾的风险；而且NH 气体具有极强的刺 3 激性，吸入一定量的该类气体会头晕、乏力，呕吐等症状 固态氟化盐与水分在高温条件下可发生化学反应。同时，进入 熔融态电解质中水分也可与液态的氟化盐发生化学反应，生成 氟化盐 有害的氟化氢，人体吸入过量的氟，常常会引起骨硬化、骨质 增生、斑状齿等氟骨病，严重者会丧失劳动能力。氟化氢对呼 吸道粘膜及皮肤有强烈的刺激和腐蚀作用。 氯化盐 填埋会影响土质 梯级利用是指某一个已经使用过的产品已达到原生设计寿 命，再通过其他方法使其功能全部或部分恢复的继续使用的过程，且 该过程属于基本同级或降级应用的方式。梯级利用正是这个大循环 利用概念的一个理论分支，被誉为是循环利用的前端产物和高质化 生产方式。因此，研究铝灰梯级利用的工艺，集成铝灰资源化梯级 利用的系统，充分的利用其中的金属铝、氮化铝以及氧化铝等成分， 最终实现铝灰零排放、零污染，具备极其重大的意义。 目前常用的铝灰中金属铝回收方法主要有炒灰法、倾动回转炉回收法、等离子体速溶法、压榨回收法、 重选法、电选法、MRM(Metal Recycling Machine)法、改良的MRM法和ALUREC(Aluminum Recycling)法等。 国内铝灰中金属铝的回收工艺任旧存在一些问题，铸成的铝锭品质低，铝灰的利用率低，而且回收过程中产 生大量的灰尘，引发二次污染。相比之下，国外铝灰中铝回收技术更先进，回收效率高。目前国内外铝灰 的处理还存在一个共性问题，回收只是侧重将铝灰中的金属铝回收，回收后的残灰直接堆积填埋，并没有从 根本上解决铝灰堆积填埋的问题，环境污染的形势依然十分严峻。 炒灰法 倾动回转炉回收法 残灰如何 铝灰 回收金属铝 处理？ 压榨回收法 MRM法等 为了从根源上解决上述难题，国内外学者对铝灰梯级利用利用进行了相关研究。 David等进行了自来水与高活性的铝灰高效反应产生高纯氢的研究。李晓娜、姜战和Murayama等研究了 铝灰制备冰晶石和水滑石。Ewais、林心怡、孙家瑛等研究了用铝灰合成建筑材料。李家境、Castro、徐晓虹 等研究用铝灰制备陶瓷的工艺。石键、刘细祥等研究了铝灰为原料制备聚合氯化铝的最佳工艺。Murayama、 Kim等进行铝灰合成人造沸石、铝基复合材料、化肥等材料研究。 耐火材料 建筑材料 能否大规模 铝灰 应用 应用？ 净水剂 陶瓷材料等 基于相关研究，铝灰得到了局部应用。如江苏某公司用铝灰生产炼钢脱氧剂AD粉，在很大程度上利用了铝 灰资源，但是由于其中存在AlN等杂质，导致AD粉品质没办法提高，产生的经济效益与社会效益有限，也由于产 品单一，未能实现铝灰梯级利用。 有些工厂将铝灰制备成建筑材料，如水泥、混凝土、砖块等，但仍存在一些问题。比如出现制备的建筑材 料高温膨胀等问题，严重影响建筑材料的寿命，目前这样的一个问题尚未得到一定效果地解决。 铝灰合成无机材料的理念是可行的，不但可以节约资源，保护环境，而且可以减少土地堆积，但是 目前研 究只停留在理论和实验阶段。大多数研究只是利用铝灰中的氧化铝，有些应用只是利用铝灰中的某些成分，在 生产过程中还是会产生污染，而且残灰仍没有得到较好的解决。因此，迫切需要寻求一种铝灰资源化利用的新 技术，使得铝灰在回收金属铝后的残灰，可进行梯级利用，最终实现铝灰的零排放和零污染，从根源上避免铝 灰的堆积填埋，在保护自然环境的同时，带来更好的经济效益。 图5 铝灰渣梯级利用流程图 难点 1 除氮 2 除盐 3 应用领域 4 成本问题等 Ø 在铝的冶炼过程中通常要向熔炉里充氮气，加速净化与提纯，一部分氮气在蒸发时被漂浮 在铝水表面的铝灰渣吸收，形成氮化铝。铝灰中的氮化铝的化学稳定性比纯氮化铝粉更活泼、 更易分解。由于铝灰产生的过程不同，其中氮化铝的含量也不同，含量一般在15%～30%，总 体上比较高。氮化铝遇水生成氨气，受热易挥发，所以铝灰渣受潮即有刺激性极强的氨味，长 期以来给环境稳定和人员健康带来了极大困扰，可利用氮化铝水解机理设计相应水解装置进行 除氮。 国内有些学者研究铝灰除氮工艺，将收集的氨气制备铵盐等无机材料。总体来说，目前铝 灰除氮工艺还有很多问题仍需解决。 AlN水解理论计算 化学方程式 AlN+3H O Al(OH) ↓+NH ↑ 2 3 3 质量比：m( AlN): m( Al(OH) ):m(NH ): m(H O ) 4 1:78:17:54 3 3 2 3 1t 的AlN 需要消耗1.32t H O，生成1.9t Al(OH) 和0.4 1t NH （531.78m ） 2 3 3 除氮 难点 1 水解温度的控制 2 水解时间的控制 3 催化剂的选择 4 水解废液的处理 5 水解除氮装置的设计 Ø 国内专门对盐的回收并不常见，由于铝灰中盐分的存在，会阻碍铝灰的进一步应用。如 用铝灰制备建筑材料，由于盐分的存在，会对建筑材料起到稀释、剥落的作用。研究表明： 当铝灰中氯化物盐类含量3%时，就会对石灰和水泥造成有的侵蚀作用，使材料的密实度 及稳定性降低，影响建筑材料常规使用的寿命。 国外在铝灰除盐方面做得较好。通过铝灰预溶解—惰性物质浸滤和分离—盐的结晶和分 离等工序进行盐类的回收，减少废料对环境污染的同时实现有价成分的回收。 在铝灰渣梯级利用的工艺中，一方面要对盐分进行分类回收，另一方面要防止二次污染 的产生。 Ø 铝灰应用的研究，大多数停留在理论阶段；部分工厂进行铝灰应用的尝试，由于没先进的理论 和技术指导，生产的产品的质量低，无法大规模推广；已见用铝灰生产一些再生产品报道，但没有形 成梯级利用的系统，没办法实现铝灰的全部价值。 AD粉：江苏有些公司采用铝灰制备AD粉，但由于铝灰中氮化铝的存在，导致AD粉品质低，无 法大规模生产。 净水剂：同样因为氮化铝的存在，铝灰制备的净水剂散发着刺鼻臭味，而且净水剂只能用于工业 废水的净化，应用领域小。 建筑材料：铝灰中各种盐类的存在，导致建筑材料出现高温膨胀、脱落等问题，影响产品寿命。 总之，铝灰 目前的应用是中低端领域，用铝灰代替其中的部分原料，生产的产品的质量较低。 Ø 目前，铝灰制备各种无机材料的研究众多，铝灰制备冰晶石、水滑石、建筑材料、陶瓷材料、聚 合氯化铝、人造沸石、铝基复合材料、化肥等。之所以无法广泛的应用，一种原因是技术不够成熟， 停留在实验室阶段；另一方面是成本过高，导致生产的产品售价高于常规产品，市场效益不好。可 以从以下几个方面来解决： 优化工艺 成本↓ 提高品质 批量生产等 提出两套除氮方案

  高功率脉冲磁控溅射工艺参数对AlCrSiN涂层结构及性能的影响.pdf

  2022-2023学年冀人版六年级下册小学毕业升学模拟测试科学试卷（四）.docx

  2023-2024学年部编版（五四制）五年级上册期中测试语文试卷（名校二）.docx

  卫健委临检中心 重视微生物实验室建设促进能力水平提升 李红玉.pptx

  外研版英语（三起点）六年级上册 Module6 大单元学历案教案 教学设计附作业设计(基于新课标教学评一体化).docx

  原创力文档创建于2008年，本站为文档C2C交易模式，即用户上传的文档直接分享给其他用户（可下载、阅读），本站只是中间服务平台，本站所有文档下载所得的收益归上传人所有。原创力文档是网络服务平台方，若您的权利被侵害，请发链接和相关诉求至 电线) ，上传者