摘要：隨著世界能源供應(yīng)的日趨緊張和環(huán)境壓力的增大，鋁工業(yè)面臨節(jié)能降耗的緊迫任務(wù)，對(duì)鋁的回收是其中一個(gè)重要環(huán)節(jié)。本文重點(diǎn)介紹了鋁爐渣的處理技術(shù)及裝備特點(diǎn)，并分析了設(shè)備投入所取得的經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵詞：鋁爐渣 回收處理 技術(shù)設(shè)備 節(jié)能
鋁合金熔煉過(guò)程中燒損控制及爐渣處理
在鋁合金熔煉過(guò)程中，由于鋁氧化以及鋁與爐壁、精煉劑相互作用而造成不可回收的金屬損失叫燒損。燒損和渣中所含的金屬總稱為熔損。采用火焰反射爐熔煉鋁合金，由于爐料不同，渣量為爐料量的2%～5%,而渣中的含鋁量為渣量的40-60%左右。因此，正確的處理鋁爐渣，回收渣中的鋁來(lái)降低熔損具有重要的意義。5t火焰反射爐熔煉鋁合金的實(shí)踐，介紹處理鋁爐渣來(lái)減少熔損的方法。
首先減少鋁爐渣的措施：鋁合金熔煉過(guò)程中，隨著渣量增加，鋁的熔損也增多，而渣量的多少與熔煉溫度、爐料狀態(tài)、生產(chǎn)工藝等因素有關(guān)。從以下幾方面減少渣量：
（1）合理的爐子幾何尺寸及加料順序；
（2）嚴(yán)格控制熔煉溫度，防止過(guò)熱，火焰噴射應(yīng)有一定的角度，以便快速熔化，縮短熔煉時(shí)間；
（3）合適的熔劑量和精煉時(shí)間，攪拌要平穩(wěn)，不破壞熔體表面氧化膜，適時(shí)對(duì)鋁熔體覆蓋；
（4）對(duì)廢雜鋁分類、清洗，對(duì)比表面積大的細(xì)碎爐料用壓力機(jī)打包；
（5）扒渣前對(duì)渣處理；
鋁合金熔煉過(guò)程中燒損控制及爐渣處理
在鋁合金熔煉過(guò)程中，由于鋁氧化以及鋁與爐壁、精煉劑相互作用而造成不可回收的金屬損失叫燒損。燒損和渣中所含的金屬總稱為熔損。采用火焰反射爐熔煉鋁合金，由于爐料不同，渣量為爐料量的2%～5%,而渣中的含鋁量為渣量的40-60%左右。因此，正確的處理鋁爐渣，回收渣中的鋁來(lái)降低熔損具有重要的意義。5t火焰反射爐熔煉鋁合金的實(shí)踐，介紹處理鋁爐渣來(lái)減少熔損的方法。
首先減少鋁爐渣的措施：鋁合金熔煉過(guò)程中，隨著渣量增加，鋁的熔損也增多，而渣量的多少與熔煉溫度、爐料狀態(tài)、生產(chǎn)工藝等因素有關(guān)。從以下幾方面減少渣量：
（1）合理的爐子幾何尺寸及加料順序；
（2）嚴(yán)格控制熔煉溫度，防止過(guò)熱，火焰噴射應(yīng)有一定的角度，以便快速熔化，縮短熔煉時(shí)間；
（3）合適的熔劑量和精煉時(shí)間，攪拌要平穩(wěn)，不破壞熔體表面氧化膜，適時(shí)對(duì)鋁熔體覆蓋；
（4）對(duì)廢雜鋁分類、清洗，對(duì)比表面積大的細(xì)碎爐料用壓力機(jī)打包；
（5）扒渣前對(duì)渣處理；
0 引言
近年來(lái)我國(guó)鋁工業(yè)發(fā)展迅速，原鋁產(chǎn)量和消耗量已穩(wěn)居世界第一位，然而，鋁工業(yè)又是典型的高能耗產(chǎn)業(yè)，且國(guó)內(nèi)大部分的鋁加工企業(yè)的綜合成材鋁約在70%左右，與國(guó)際水平先進(jìn)水平差距很大，如何節(jié)約能耗，降低成本顯得格外重要。
采用火焰反射爐熔煉鋁合金，由于爐料不同，渣量為爐料量的2%～5%，而渣中的含鋁量為渣量的40-60%左右。因此，正確的處理鋁渣，具有非常重要的意義。
我國(guó)每年產(chǎn)生的鋁渣量和從鋁渣中回收的金屬量，目前還沒有這方面準(zhǔn)確資料。從日本1994年資料統(tǒng)計(jì)：所有鋁加工行業(yè)造渣量307Kt，回收金屬量88Kt，灰渣量219Kt，可見從鋁渣中回收率是很可觀的。同時(shí)，回收金屬后的渣灰又可用于鋼鐵造渣劑、電解鋁槽的覆蓋劑、水泥行業(yè)、研磨料、肥料及印刷等行業(yè)，也為鋁加工企業(yè)帶來(lái)不小的經(jīng)濟(jì)效益。
1 鋁渣的組成性質(zhì)及其處理措施
鋁渣的主要成分就是氧化鋁和一些非金屬夾雜，鋁渣通過(guò)扒渣工藝從爐內(nèi)扒的同時(shí)會(huì)有夾雜的金屬鋁被帶出。
1.1 鋁渣基本組成及性質(zhì) 基本組成：金屬鋁(占渣量的40-60%)，Al2O3，F(xiàn)e/Si/Mg的氧化物及K/Na/Ca/Mg等的氯化物等；
基本性質(zhì)：鋁渣的溫度較高，遇空氣可發(fā)生氧化反應(yīng)，在鋁渣冷卻的過(guò)程中，會(huì)造成大量的金屬因?yàn)檠趸療龘p而損耗，同時(shí)鋁渣對(duì)接觸物腐蝕性強(qiáng)（吸入危害健康）。
1.2 減少鋁爐渣的措施 鋁合金熔煉過(guò)程中，隨著渣量增加，鋁熔損及扒渣時(shí)帶出的金屬鋁也會(huì)增多，我們進(jìn)行鋁爐渣處理的目的不是造出大量的鋁渣進(jìn)行回收處理，而是在保證鋁液品質(zhì)的前提下減少鋁渣量，因此如何采取措施減少鋁渣量也是至關(guān)重要的。渣量多少與熔煉溫度、爐料狀態(tài)、生產(chǎn)工藝等因素有關(guān)。正常生產(chǎn)中可從以下幾方面減少渣量：①合理的爐子幾何尺寸及加料順序。②嚴(yán)格控制熔煉溫度，防止過(guò)熱，火焰噴射應(yīng)有一定的角度，以便縮短熔煉時(shí)間。③合適的熔劑量和精煉時(shí)間，攪拌要平穩(wěn)，不破壞熔體表面氧化膜，適時(shí)對(duì)鋁熔體覆蓋。④對(duì)廢雜鋁分類、清洗，對(duì)比表面積大的細(xì)碎爐料用壓力機(jī)打包。⑤扒渣前對(duì)渣進(jìn)行處理。如使用造渣劑使鋁熔體與渣中氧化物的濕潤(rùn)性變小，使混在渣中的顆粒狀鋁滴脫離而出，回到熔體中。⑥合理掌握扒渣時(shí)機(jī)。熔體溫度低時(shí)渣與熔體的浸潤(rùn)性較好，渣中混有相當(dāng)數(shù)量的熔體，若此時(shí)扒渣，隨渣帶出的熔體重量約是渣重量的60%。⑦使用專業(yè)的扒渣工具及工藝。
2 鋁渣回收處理技術(shù)
我國(guó)的鋁渣回收處理技術(shù)工藝起步較晚，設(shè)備和工藝較為落后，很多企業(yè)僅僅采用手工分揀冷卻后直接低價(jià)外賣，不但工作勞動(dòng)強(qiáng)度大，污染嚴(yán)重，回收率低浪費(fèi)大，且對(duì)工人的健康造成很多傷害。
國(guó)外鋁渣處理技術(shù)經(jīng)過(guò)多年發(fā)展和完善，已形成了比較有代表性的技術(shù)設(shè)備。
2.1 MRM方法 日本企業(yè)多數(shù)采用MRM方法處理鋁渣。該工藝是把熱鋁渣直接送入帶有攪拌裝置的設(shè)備中，使鋁液沉積于設(shè)備底部，這時(shí)要加入能產(chǎn)生放熱反應(yīng)的熔劑，使渣保持所需溫度。剩下的鋁渣還可進(jìn)一步進(jìn)行篩選、粉碎、熔化回收鋁，為二次回收處理。
2.2 IGDC方法 從熔爐中取出熱鋁渣，放入冷卻渣盤內(nèi)，通入氮?dú)夥乐菇饘傺趸?。特點(diǎn)是氧化損耗少，操作環(huán)境好。缺點(diǎn)是渣量多時(shí)要使用多臺(tái)設(shè)備。金屬回收后的廢渣可進(jìn)行二次回收。IGDC方法總金屬回收率相比MRM方法稍低。
2.3 AROS方法 將冷卻、破碎、篩選組合在一起，在低氧化氣氛中處理輸送渣部分要密封。滾筒中氧與熱渣中的金屬反應(yīng)將氧消耗掉后，就能維持低氧狀態(tài)。設(shè)備緊湊、適合處理渣量較少的情況。
2.4 SPM法 是在熱鋁渣的上部施加壓力的方法。鋁的回收率在30%～50%，與MRM方法相比稍低些。此方法優(yōu)點(diǎn)是操作環(huán)境好，回收鋁后的渣餅通過(guò)破碎后作為鋼鐵用造渣劑。
3 國(guó)內(nèi)代表性處理設(shè)備介紹
國(guó)內(nèi)近些年也很多先進(jìn)的工藝設(shè)備得以應(yīng)用，較具代表性的有如下兩種：
3.1 壓渣機(jī) 壓渣機(jī)是一種IGDC技術(shù)改進(jìn)的熱渣處理設(shè)備，其設(shè)計(jì)理念就是快速冷卻，從而減少金屬損耗，增加金屬回收量。
3.1.1 工作原理：就是將熱的鋁渣進(jìn)行強(qiáng)制冷卻和隔離空氣。通過(guò)將剛扒出的鋁渣扒入專用壓渣箱內(nèi)，及時(shí)壓制并強(qiáng)冷，加快渣中鋁液的凝固速度，同時(shí)阻止渣在熱空氣中繼續(xù)氧化，利用液體的收壓流動(dòng)，部分鋁水會(huì)流入下層渣箱，殘余渣中的金屬回收率仍然較高，但需額外設(shè)備進(jìn)行后續(xù)處理。
3.1.2 設(shè)備特點(diǎn) 設(shè)計(jì)緊湊、占地面積小、環(huán)境灰塵少、處理時(shí)間短、沒有易耗品，操作和維護(hù)的成本都很低。
3.2 熱渣處理回收裝置 熱渣處理回收裝置是一種在MRM技術(shù)改進(jìn)的設(shè)備，其設(shè)計(jì)理念就是增加了冷卻、破碎、篩分組合，方便用戶最大限度的回收和處理鋁渣。
3.2.1 工作原理：該線由鋁液回收機(jī)和冷卻破碎機(jī)組合而成，通過(guò)對(duì)熱態(tài)鋁渣進(jìn)行碾壓、攪拌來(lái)分離出液態(tài)鋁液，再對(duì)分離完鋁液后的灰渣進(jìn)行冷卻、破碎、篩分，從而得到3種粒度的固體物質(zhì)。
3.2.2 設(shè)備特點(diǎn) 通過(guò)該線的處理，共可得到4種回收物。鋁液-凝固后可作為原材料直接回爐重熔；大塊一般也可直接回爐（若是電解鋁，當(dāng)電解質(zhì)含量高時(shí)，可稍作分揀后回爐）；中塊-作為攪拌時(shí)的降溫添加料循環(huán)使用；細(xì)灰-可售出他用（作為一種可再生的資源繼續(xù)利用，已經(jīng)在回收鋁、生產(chǎn)硫酸鋁、棕剛玉、合成聚合氯化鋁、合成油墨用氧化鋁以及路用材料等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用）。
3.3 設(shè)備投用的經(jīng)濟(jì)效益 某鋁加工企業(yè)熔鑄車間實(shí)際應(yīng)用熱渣處理回收裝置所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析：
3.3.1 年投料量1900，00噸，按出渣率2.5%，渣中含鋁量42%、設(shè)備回收率80%計(jì)算，月出渣量約為395噸，月回收的鋁量約為190噸。
3.3.2 按現(xiàn)行鋁價(jià)及鋁渣的價(jià)格換算，其價(jià)值與單純賣渣產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)價(jià)值差約在40～70萬(wàn)元左右，除去設(shè)備的折舊，耗材，人工，能耗等約5萬(wàn)元的成本，設(shè)備的投入回收期在3～6個(gè)月。
3.3.3 使用鋁渣處理設(shè)備，還可大幅降低勞動(dòng)強(qiáng)度，灰渣分離后均可回爐或售出，避免了排放污染，社會(huì)效益顯著。
4 結(jié)語(yǔ)
隨著全球性能源匱乏及環(huán)境污染問題的凸顯，以及鋁加工行業(yè)日益激烈的競(jìng)爭(zhēng)格局的形成，今后鋁加工行業(yè)必然向著降低能耗，減少排放方向發(fā)展，相信鋁渣的回收處理會(huì)顯得更加重要。
另外： 對(duì)爐渣的處理
（1）扒渣前的處理：精煉后浮到熔體表面的渣，與熔體的浸潤(rùn)性較好，濕潤(rùn)角小于90o,渣中混有相當(dāng)數(shù)量的熔體，這一部分熔體呈顆粒狀分散在渣中，與渣粘附在一起。熔體溫度低時(shí)兩者的濕潤(rùn)性更好，若此時(shí)扒渣，隨渣帶出的熔體重量約是渣重量的60%。將爐渣量1‰～2‰的造渣劑均勻地撒地熔體表面，來(lái)減少渣中的含鋁量。造渣劑與鋁液的反應(yīng)如下：Na2SiF6→2NaF+SiF4；2NaF+Al2O3→NaAlO2+NaAlOF2 ；4NaF+2Al2O3→3NaAlO2+NaAlF4 ；6NaF+Al2O3→2AlF3+3Na2O 反應(yīng)物AlF3與鋁、氧發(fā)生放熱反應(yīng)，所釋放的熱量，使粘性熔渣成為松散粉末狀的干性渣。這樣，鋁熔體與渣中氧化物的濕潤(rùn)性變小，使混在渣中的顆粒狀鋁滴脫離而出，回到熔體中。
（2）出爐后的鋁渣處理：應(yīng)當(dāng)指出，經(jīng)過(guò)上述處理后扒出的渣仍混有鋁滴。在扒渣時(shí)，首先將其扒入帶有孔眼的鐵箱內(nèi)，使一部分粘附在渣上的鋁熔體可滲漏出。扒渣完畢后，再將渣倒入準(zhǔn)備好的坑內(nèi)（經(jīng)特殊處理），向渣中撒一些造渣劑，同時(shí)攪拌，使渣與造渣劑混勻，5～10min后從坑內(nèi)將渣扒出。依靠造渣劑的快速升溫作用使渣溫達(dá)到950℃左右，渣中鋁滴周圍的氧化膜破裂，而鋁滴借助自身重力逐漸匯集落到坑底。經(jīng)過(guò)二次處理的渣就只含有較少量的鋁粒了，將冷卻后的渣存放在一定地方，從中揀選其中的鋁粒。采用上述處理鋁爐渣來(lái)回收的方法，簡(jiǎn)易可行。目前，在鋁合金熔煉過(guò)程中熔損降到1.6%,有時(shí)可達(dá)到1.4%,如每年生產(chǎn)5000t鋁合金，可將原來(lái)因熔損而造成的經(jīng)濟(jì)損失減少40萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀。
