铝灰挤压冷却回收技术的新方向

□编译/苏鸿英/

铝灰挤压冷却回收技术的新方向

□编译/苏鸿英/

Dros Press Cooling Technology Takes a New Direction

铝灰是不可避免的铝工业副产品，通常铝灰重量能占到电解铝厂的总产量的1%～5%之间，装备有各种压制机头/盘选择方案的ALTEK TARDIS第二代铝灰压制机能有效处理所有颗粒的铝灰，其原理引导着铝熔炼过程中回收铝的新方向，这种装置对于从灰渣中回收铝和降低环境污染有着明显的节能效果。

当从一台炉中撇渣时，铝灰中含有80%的铝，如果这些铝被忽略，经过氧化可能很快消逝，并从铝水中消失掉。一些铝业专家已经确定：未冷却的铝灰暴露在空气中，每分钟有1%的铝被氧化，如果撇渣后铝灰不能很快冷却，这可能造成哪怕是小型铝生产商，每年也会损失上千万欧元。现在实施更加严格的坏境立法迫使公司来重新评估他们的铝灰处理技术。一般来说，环保要求并不提供商业优势，这对于底线有负面影响，然而和铝灰相关的环境项目不仅仅满足减少厂内污染物的排放指标，还能通过回收提供相对快的投资回报。

现代的铝灰压制技术和早期系统几乎完全不一样了：经过多年的嬗变发展能够通过Tardis和Altek两大主要铝灰压制技术的合并满足现代化铸造厂和最新环境法规的要求。新一代铝灰压制机的开发克服了早期铝灰压制机系统的弱点和局限性。特定强化和新的开发技术目前已经促进了各种类型的铝灰更加广泛的冷却，包括了来自回转炉渣盐的热铝热剂。最新一代的铝灰压制机早已推出。这些装备具有许多新功能，向用户提供了更多用途，这种可靠而广受好评的铝灰压制机，与其他技术相比，二次回收铝的量最大。

新用户和现有用户对于最新一代技术和铝灰压制机的接受程度相当积极，他们希望采用最新的技术改造较老的TARDIS和ALTEK铝灰压制机。

铝灰压制机的原理

铝灰压制机的原理是液体置于一定压力之下将与固体分离并流向压力最小的区域。压力机系统有一钢框架、液体装置、压力头和一组撇渣盘构成，铝灰被撇进铸造合金钢制铝灰盘中，该盘设计具有冷却铝灰和最大限度地排放铝撇渣后，铝灰盘进入压制机，压力头缓慢降下进入铝灰，挤压捕获的铝进入撇渣盘下面的铝锭模，如图1所示，这一排出的铝和正在炉内加工的铝为同一合金，如有需要，这些铝液甚至可以直接回炉。

图1 铝灰压制机

铝灰压制机做了两件重要的事情，其他系统都完成不了这两件事情，首先是冷却铝灰，停止氧化过程，让铝灰中夹杂的铝金属流入底部，更重要的是把分散在铝灰中的液滴聚集成大的铝薄片，比起典型的冷却铝灰更容易与剩余的氧化物分离开来。如图2所示。

这些工序对于压制机是独有的，它明显地提高了铝回收率，比其他工艺技术可以提高铝回收率5%～10%。另外，挤压氧化物使铝灰容易从渣壳形式中分离出来，并且可以有限地避免粉尘和烟气。这易于运输到二次加工厂，但最重要的是：在回转盐浴炉里铝回收量可以实现最大化，仍然被认为是从铝灰中回收铝的最有效、最常用的方法。在这一点上我们看到了铝灰压制机的另一个优点，在铸造车间里，对铝灰二次加工中具有“中断”铝灰产生的能力，在理想状态下，直接把热铝灰装入回转盐熔炉里是最有效的，主要用来翻转铝灰和凝聚铝颗粒，直接加工热铝灰有时候并不太可能，然而由于各种原因包括铸造车间总图布置原因或者是叉车运输量最少的情况下，由于回转盐熔炉位置比较远，许多情况下往往是要送到在另外一个车间，其间隔往往是在几英里之外。这种情况下往往就会有一些铝金属就由于温度降低而产生了一些损失。当然，我们希望的是，炉子撇渣与能够装入铝灰的回转盐熔炉之间的周期时间能够同步。

如果在等待回转盐熔炉的时候，铝灰仍然还在等待冷却的话，那么一些有价值的铝数量就极有可能损失掉，由于这些原因，这种压制机就成为成为避免这两种损失的理想工具：这种装置能够避免铝灰快速冷却并能够有效地捕获铝；遏制烧损，避免铝的损失，并允许在此后的适当时候加工铝灰。

这一新系统非常重要的特点是具有完全自动化的功能，不需要操作手干预，撇渣后，操作手把撇渣盘定位在压制机里面，一旦传感器探测到撇渣盘到位就自动关门；一旦压制机工作完毕，门则自动打开，控制系统通知操作手整个工作周期完成，移开撇渣盘。

环境控制

没有采取适当冷却的铝灰会产生大量的烟雾，这对现场人员和环境都十分有害。与许多冷压技术不同，铝灰压制机没有污染排放或增加污染物的排放。铝灰可能继续排放烟气直到加工周期结束（一般为五分钟左右）在此点铝灰已经充分冷却，氧化物被压缩到一个金属夹层里。最新一代压制机的设计满足了全球环境法规的要求，其系统完全封闭，并装备有一个小型的烟气过滤器，可以捕获99%的污染物，系统还为用户提供与现有过滤设备连接的功能。

处理所有类型的铝灰

在许多专门叙述铝灰处理的文章中曾说，各个铝厂产生的铝灰都不一样，但不外乎三大类：白铝灰，黑铝灰和盐渣。传统的铝灰压制机往往对于“好的”白铝灰处理效果较好，但对热的铝热剂材料，效果不一样，这种热的铝热剂材料更适合于采用回转冷却器和惰性主体加工处理，最新一代压制机现在则能够压制所有类型的铝灰，可采用许多不同的压制头（加筋强化压制头等），相匹配的铝灰盘已经开发出来以应对最具有挑战的应用场合，结合注册专利的强制空气头冷却装置，允许极热的材料在回转炉加工处理和快速冷却。

当看到铝热剂铝灰或盐渣的状况，方便看看火焰三角（图2），它可以帮助了解铝灰里发生了什么，一种简单的火焰需要三个条件:热量、燃料和氧气，撤出或限制三角形中的任和一个元素都将使火停下来，同样的基本火焰三角原理可以用于铝热剂铝灰。

图2 火焰三角形

1. 撤出燃料或铝颗粒，使铝热反应降低

通常铝灰里铝颗粒不能完全除去，铝热反应继续直到铝氧化为止。 这一铝氧化过程也许需要几天的时间才能完成，事实是铝灰槽会长期保持热状态。对铝颗粒的压制力来凝聚铝或使大多数铝聚集到一起，从而避免进一步氧化。

2. 减少热量以抑制铝灰的铝热反应

铝热剂铝灰通过使用铝灰压制机，设备通过足够的前置冷却能力可以得到部分抑制。

从铝灰中撤走热量这样其一是可以减少多余的能量以降低铝氧化反应程度；其二是提高铝的回收率；其三是节约提取出铝金属之后的铝灰渣倾倒之前的存放时间。

3. 隔绝氧气以停止铝灰的铝热反应

其一是通过对铝灰施加具有足够压制力以停止铝热反应。其二是提高了铝的回收率；在挤压期间，颗粒被紧紧地挤压在一起，从而消除了铝灰中的气泡。在挤压过程中，铝被粘附在冷却器钢板表面，形成了使铝免受氧化的保护层。

盐渣冷却案例研究

盐渣管理面临的最大挑战之一是能否采用有效快速的方法冷却盐渣的能力，以避免下述几种现象的发生：过度的铝热反应和后来的烧损；往往盐渣中包裹着铝颗粒；如何避免由于盐渣中铝灰的流动，并使加工中产生的烟气和颗粒对环境的影响最小。通常采用倾斜回转炉处理盐渣的传统实践是让盐渣在加工的渣箱槽里自然冷却，这需要较长的时间（最多48小时，某些情况下时间更长）才能获得冷却的铝灰，还要大量储存渣盘（最好是下盖式）避免水侵入和最终气态污染物如氨气的排放。此外这些过程中还存在着灰渣复燃以及继续烧损数日的危险。

在渣倾倒出来许多小时以后渣槽中心仍然是热的，当渣被破碎开来之后一旦与空气接触就会复燃。为此，有些公司采用了水冷回转冷却器，但是在许多厂家那里，基于安全原因这种水冷回转窑已经不再使用。在工艺过程前段还存在着粉尘和环境问题，而热渣料装入冷却器需要较强的烟气收集能力。一旦灰渣冷却到某一温度就将渣倒入大型储槽或者低开口区域再送至盐处理装置之前一步冷却。在过去几年内，我们一直在调研加速这一冷却过程和解决在回转炉生产经常出现的处理这种细颗粒热盐渣相关的环境问题。

SIMS铝业公司，澳大利亚以墨尔本为基地的二次铝加工公司在其Laverton厂运营各种回收炉设备包括16吨回转盐浴炉，这台炉子是2001年由Altek—MDY制造。在2008年，SIMS铝业公司开始寻找替代方案来管理回转炉生产所产生的盐渣残渣。受到澳大利亚环境保护因素和法规的驱动，他们接触了几家铝灰压制机供应商，以便看看是否这一技术能够通过适当的改进以满足特定要求，对灰渣进行快速冷却并在短期内排除烟气。随着2009年两种压制机技术的调整，提供了一个极好的机会把压榨机的历史经验汇集到一起，找到快速冷却盐渣的解决方案。2009年订购了2台Tardis第二代压制机，这种装置具有特种的Rhino—Cast钢制渣槽和几个铸钢的冷却头。

SIMS铝业公司为其项目向Altek提出了几个关键要求，包括：在不影响回转炉周期性的前提下，压制机需要能够处理盐渣总量的最坏情况下的灰渣；压制机工作周期需要少于20分钟并容易达到在压制机进入铸造车间环境期间，从压制机处理铝灰的过程中没有烟气污染物逸散出来；另外，用这种设备从盐渣里回收率在提高铝回收率上有一个既定的指标。

来自SIMS生产厂的成果

SIMS还测量了在压制/冷却效率上渣槽的温度效果，发现渣槽在15～20分钟压制周期内，最高热到200摄氏度，压制机第一个渣槽温度从180摄氏度上升到380摄氏度，而第二个渣槽从36摄氏度上升到260摄氏度。

铝热剂铝灰和压制具有许多优点，主要提高了铝的回收率，减少了对环境的负担，对铝灰盘大量需求，铝灰压制降低了铝灰中铝的氧化趋势，提高了铝的总体回收率，从环境上看，用这种装置处理铝热剂铝灰具有主要优点，铝热剂铝灰产生烟气，如果不控制对环境产生负面影响，会引起当地环保部门的注意，而铝灰压制则有效地抑制了这一过程。

实现这些目标的关键是尽可能快速冷却铝灰；快速冷却不仅使铝避免了氧化，还减少了粉尘和烟气的污染物排放。

铝灰压制机经过了多年的改进已经满足现代化铸造厂需求，业内许多人士评价铝灰压制机为现有最佳技术，研究表明铝灰压制机能明显的提高二次铝回收率，如前面所述，铝灰压制机可有效冷却盐渣和铝灰，对环境有正面影响且具有经济优势。

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