如何实现铝灰由危废向一般固废的转化?
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一次铝灰和二次铝灰都归属于危险废物。之所以被列入危险废物是因为铝灰具有明显的反应性和化学毒性。其反应性主要是因为铝灰中含有一定量的氮化铝、少量的金属铝和微量的碳化铝。氮化铝遇到潮湿的空气或直接与水接触会发生水解反应,生成氢氧化铝和氨,氨气逸出对环境造成严重污染。金属铝、碳化铝与水或潮湿的空气接触,也将发生水解反应生成氢氧化铝并释放出易燃、易爆的氢气和甲烷。
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化学反应:
氮化铝水解反应:
AlN+3H2O=Al(OH)3+NH3↑
金属铝水解反应:
2Al+6H2O=2Al(OH)3+3H2↑
碳化铝水解反应:
Al4C3+12H2O=4Al(OH)3+3CH4↑
铝灰具有化学毒性主要是因为铝灰中含有氟化物,氟的释放会对水体、土壤造成污染,并由此危害居民及牲畜。铝灰所含氟化物根据物相不同分为氟化铝、冰晶石、氟化钠和氟化钾,其中氟化铝化学性质稳定,不溶于酸、碱和水,但当反应体系中有氟化氢和氟化钠存在时,氟化铝与二者反应生成微溶的冰晶石。冰晶石微溶于水,与硫酸反应会释放出氟化氢。氟化钠和氟化钾则易溶于水,与酸反应生成氟化氢气体。在铝灰中含有冰晶石、氟化钠和氟化钾时,与水或酸性溶液接触会因溶解而对水体和土壤造成污染。
此外,一些铝灰还含有一定量的重金属,也是一种值得重视的环境危害因素。
对铝灰的无害化处置,其实质是脱除或分解其中所含氮化铝、金属铝、碳化铝,其反应性,从根本上解决铝灰潮解所释放氨气、氢气、甲烷对环境和所造成的影响。同时脱除、固化所含的氟化物,并使重金属固化,由氟化物和重金属对土壤、水体的污染。
对氮化铝的脱除,公知的技术是水解法,该法虽然可以使铝灰中的氮化铝得到分解,但反应过程所生成的氢氧化铝胶体会对氮化铝微粒形成包裹,阻止或减缓水与氮化铝之间水解反应的进行,简单的水解脱氮工艺脱氮率仅为30~40%,脱氮不彻底。同时,对脱氮过程产生氨气的进行吸收,收得稀氨水或铵盐。但在回收氨水时,由于受吸收率及氨水易挥发性的影响,尾气难以达标排放。在回收铵盐时,又存在着所得铵盐溶液浓度低,回收铵盐需要蒸发结晶,回收成本高等不足。
此外,现行工艺还存在着对反应过程氢浓控制不重视,氟化物脱除与固化手段过于简单,脱除或固化不彻底,存在与环保隐患等不足。
铝灰无害化处置新工艺
在由一次铝灰分离金属铝时,通过采用、科学的金属铝分离技术,限度地提升金属铝提取率,降低二次铝灰中金属铝含量,减少金属铝水解过程易燃、易爆气体——氢的释放量,使符合要求。
将分离金属铝后所产生的铝灰残余物,即二次铝灰研磨,送强化水解工序,在有助剂存在的条件下,控制工艺条件使氮化铝、金属铝和碳化铝发生水解反应,转化为氢氧化铝,同时释放出氨气、少量氢气和微量甲烷,所产生的气体逸出。反应结束,经过滤收得无害化处置后铝灰,所得无害化处置后铝灰氮化铝、金属铝、碳化铝得到充分脱除,了铝灰的反应性。经毒性鉴别实验,氨释放浓度小于10mg/L,符合GB31573-2015无机化学工业污染物排放标准。反应尾气中氢浓较低,远离爆炸限(4.0%~75.6%),甲烷含量更低,可以忽略不计,处于范围(爆炸限为5~15%)。
强化水解过程产生的氨气逸出后直接进入硫酸铵制备系统,以硫酸为吸收剂,在不蒸发浓缩的条件下直接转化为硫酸铵晶体,收得副产品农用硫酸铵,尾气氨浓被控制在20mg/m3以下,达标排放(GB31573-2015)。
同时,在强化水解过程通过助剂的加入,使铝灰中的氟化盐转化为难溶性氟化物得以固化,处理后铝灰毒性浸出实验氟浓度小于100mg/L,符合标准(GB/T 5085.3-2007)。
无害化处置产生的废水主要成分为氯化物,可循环用作无害化处置的配料液,当溶液浓度达到工艺要求时,蒸发回收氯化物(氯化钠或氯化钾)。
新工艺通过对铝灰的强化水解,克服了公知水解技术所存在的脱氮、脱氟固氟不彻底等弊端,实现了脱氮、脱氟固氟、固定重金属和氯化物利用的有机结合,并实现了水解产物氨气的短流程、低成本、直接化综合利用,具有脱氮、脱氟固氟、固定重金属、脱氯效果好,流程短,设备投资小,处理成本低,尾气达标排放,处理后铝灰毒性浸出符合标准要求等优势。
技术状态:
已成功获得工业化应用。实践证明了本技术和现有技术相比所具有的各种优势。