铝电解产生的典型危险废物及特性简述

 

2020年11月，国家生态环境部令第15号国家危险废物名录(2021年版)正式发布，涉及电解铝行业的危废渣包括大修渣(321-023-48)、铝灰(321-024-48)、炭渣(321-025-48)，其主要危险特性包括毒性(T)和反应性(R)(详见表)。

 

据统计，每生产1t电解铝会产生大修渣15~20kg、铝灰6.3~10 kg、炭渣1012kg，中国电解铝企业每年产生的大修渣、铝灰和炭渣等典型危险固废总量超过120万t。铝电解过程中产生的典型危险废物（危废）的特性和来源如下：

一、大修渣

大修渣是电解铝生产过程中维修、更换电解槽阴极内衬产生的废渣，主要由废阴极炭块、废耐火材料、废阴极钢棒和阴极灰组成。在处理过程中废阴极钢棒直接送往钢厂处理。其余组成部分按大类可分为含碳材料和非碳材料：含碳材料主要为废阴极炭块，非碳材料主要为废槽衬和阴极灰。各部分物料特性不同导致被电解质侵蚀程度不同，因此，需根据实际情况采用不同的回收技术。

废阴极炭块是经过电解质侵蚀的石墨质阴极，其主要成分是石墨化程度达85%的碳，占比约65%；此外还含有氟化物，占比约30%基本以冰晶石、氟化钠、氟化钙形式存在，含微量氰化钠等。典型度阴极炭块的主要化学成分见下表：

 

废耐火材料又称爱槽村，是经过电解面蚀的干式防渗料，包括保温砖、耐火砖，浇注料以及硅酸盐板，一般情况下，电解质只支侵蚀干式防渗料，且会烧结成整体，其主要化学成分为铝硅酸盐，还有部分以NaF 形态存在的氟化物。

铝电解槽使用3-6年后需要停槽大修，因此，废槽衬是电解铝行业无法避免的固体危险废弃物，典型废槽衬的主要化学成分见下表：
阴极灰是停槽未抽干净的电解质和废阴极碳块、废槽衬等经过风化形成的灰分.主要成分是炭、氟化钠、冰晶石、氧化铝，还有少量的单质铝和氧化铁等，据测算，每生产1t原铝会产出1-2kg阴极灰，典型阴极灰的主要化学成分见表：

 

废阴极炭块、废耐火材料和阴极灰中均含有大量可溶性氟化物，如不妥善处置将造成较大的环境危害和安全隐患，大修渣的无害化、资源化回收已成为电解铝行业亟待解决的重大难题。

 

二、铝灰

铝灰是电解铝过程由铝液转移、精炼、合金化、铸造过程熔体表面产生的铝灰渣，以及回收铝过程产生的盐渣和二次铝灰渣；铝灰一般呈松散、细腻的灰状，当金属质量分数高于70%时，则呈致密状。根据处理程度不同，可分为一次铝灰和二次铝灰。一次铝灰为铝融熔直接排出的灰渣，其特征为金属铝质量分数较大，一般占15%~70%，因呈白色，所以被称为白铝灰；二次铝灰为一次铝灰经回收金属铝后所得的灰渣，相对一次铝灰，其金属铝质量分数明显降低，一般占12%~18%，其他物质含量明显增加，因呈灰黑色，所以又称黑铝灰。铝灰的主要成分为金属铝、氧化铝(占30%~70%，部分以a-Al2O3 形态存在)，二氧化硅、氧化铁还有少量的氮化铝、碳化铝和氯化盐。典型铝灰的主要化学成分下见表：

无论是一次铝灰还是二次铝灰均含有大量金属铝及铝的化合物。铝灰中氮化铝，碳化铝分与水反应会生成的氨气、甲烷会对人类造成危害同时，也会对生态环境造成威胁。因此，实现铝灰高效清洁回收对解决铝资源浪费和环境染问题具有重要意义。

三、炭渣

炭渣主要是由碳素阳极的不均匀燃烧和选择性氧化导致炭粒脱落，或者是碳素阴极在铝液和电解质的侵蚀和冲刷下产生炭粒剥落而生成的废弃物，会对电解质的电导率、电流效率、电解温度造成影响。炭渣受到电解质的浸泡和渗透，除了含20%-30%碳外，还含60%-70%电解质。电解质主要成分为NaAlF6，Al3F14、AlF3、CaF2、l2O3等，典型炭渣的主要化学成分见下表

电解铝行业的危废渣的管理和处置需要遵循严格的环境保护标准和法规，以确保安全和可持续性。处理方式通常涉及物理分离、化学处理、固化/稳定化和安全填埋等步骤，以及探索资源化的途径，如回收有价值的金属和化学品。由于这类废物的复杂性和潜在危害，铝电解行业一直在努力开发更有效的资源化利用技术和清洁回收方法，以减少环境污染并提高资源利用率。