铝及铝合金渣处理设备的应用现状及发展趋势

何向问

(洛阳有色金属加工设计研究院，河南 洛阳 471039)

1 铝及铝合金渣处理设备的应用背景

在铝及铝合金熔炼过程中不可避免的会产生铝渣。根据原料、熔炼工艺和设备的不同，铝渣(一次铝渣，以下除非特殊说明均指一次铝渣[1])占投料量的0.5％～10％不等，铝渣中铝含量一般为30％～70％。最早人们只是对铝渣进行简单处理，即将热铝渣摊开，冷却后人工分拣铝块或者在坩埚内对铝渣进行翻炒得到铝液[2]，再将剩余的铝灰渣外售。这种方法不但人工劳动强度大，危险系数高，而且金属烧损大，回收效率低，对环境污染也很严重。近年来国内铝及铝加工行业跨越式发展，市场竞争日趋激烈，铝渣的产生量和对生产效益的影响不容小觑。另一方面，环境保护、职业健康安全的要求也不断提高，对铝渣科学有效的处理和回收成为金属回收方面面临的一大课题。

在这种背景下，国内铝渣处理方面经过近十来年的迅速发展，出现了几种具有代表性的渣处理工艺及其配套设备。

2 铝渣处理的几种典型工艺及其配套设备

铝渣处理的方式较多[1]，本文介绍的只是目前国内工厂中应用较多的几种典型铝渣处理工艺。根据铝渣的特性，利用不同的原理[2]达到减少金属铝的烧损并和铝灰渣(主要成分为Al2O3)分离的目的。几种典型渣处理工艺原理、优缺点及设备组成简要描述如下。

2.1 热渣压制冷却工艺

将热渣装入渣箱中，压头通过一定的压力挤压渣箱内的热渣，一部分铝水由渣箱底部流出，汇集到铝液收集箱内，同时铝渣内另一部分铝水富集到渣的四周，经压头、渣箱以及压头冷却系统迅速降低温度，形成金属壳，阻止空气进入铝渣内部，从而阻止渣中金属的进一步氧化烧损，最大限度的保存渣中的铝。

这种方法具有占地面积小、金属烧损率低、能源消耗少、环境污染小等优点，但经这种方法处理后的渣块仍需进一步处理，如需完全分离出渣块中的铝，则需要再通过破碎分选或再熔化等后续工作完成。

热渣压制冷却工艺的主要设备有压渣机及其配套的除尘罩、液压系统和电控系统等。

2.2 搅拌—冷却(破碎)—筛分联合处理工艺

将热渣加入铝液回收机(灰搅机、搓灰机)搅拌，由于铝液和铝渣状态不同，铝液集中到下部，通过搅拌机下方的回收孔流入铝液收集箱，铝灰渣则集中在上部，阻止铝液进一步氧化。待大部分铝液分离出来后，将铝灰渣装入破碎机中冷却(破碎)、筛分，最终对筛分出的不同大小的铝灰颗粒进行收集和利用。

这种方法一次金属回收率高、不需要对铝渣进行二次处理、综合处理效率高，但在搅拌和破碎的过程中会产生大量烟尘。为满足环保和职业健康安全的要求，需要增加除尘系统对其烟尘进行处理，这样其占地及投资相对来说也会偏大。

搅拌—冷却(破碎)—筛分联合处理工艺的主要设备有铝液回收机(灰搅机、搓灰机)、冷却破碎机(超级冷却机、破碎筛分机)、除尘系统及其配套的电控系统等。另外还有一些可选装置如翻转机、传输带等辅助设施。

2.3 热渣惰气冷却工艺

将热渣装入铝液冷却箱内，迅速密封并充入惰性气体对其进行冷却。铝渣在惰性气体氛围中不会燃烧，随着冷却箱内氧气耗尽，热渣逐渐冷却，渣中的金属不会再有烧损，最大程度的减少了金属烧损。

这种方法具有环境污染小、金属烧损率低、设备简单等优点，但其生产周期长，生产效率较低，冷却后的渣也需要二次处理才能分离出铝块和铝灰渣[3]。

热渣冷却工艺的主要设备有盛渣箱、密封箱及其配套的电控、气控系统等。

2.4 回转炉加热处理炉渣工艺

将铝渣加入回转炉内加热，炉内铝渣中的铝熔化并分离出来，由于回转炉加料出料口向下倾斜有一定角度，铝液会向炉口富集最终流至铝液收集箱，铝灰渣则留在回转炉内。

这种方法特别适用于铝渣含铝量少或铝渣已经完全冷却等情况，同时回转炉可以兼用于废铝的重熔。但其设备投资及能耗相对较大，生产周期较长限制了其在渣处理方面的发展。

回转炉处理炉渣工艺的主要设备包括加料系统、回转炉、除尘系统及其配套的电控、气控系统。

目前以上四种渣处理工艺在国内较具代表性。

3 国内渣处理设备的应用情况及现状分析

据不完全统计，截止到2013年9月底(不包括尚未签订设备合同的在建和拟建项目)各种处理工艺的渣处理设备在国内企业的分布情况如表1。

表1 渣处理设备在国内各企业的分布情况

(续表1)

注：表中如无特殊说明，则备注中数字如1+1表示，1台铝液回收机(灰搅机、搓灰机)+1台冷却破碎机(超级冷却机、破碎筛分机)。

由表1可看出，目前国内渣处理大多采用热渣压制冷却工艺和搅拌—冷却(破碎)—筛分联合处理工艺，在市场中占据了主导作用，热渣惰气冷却工艺和回转炉加热工艺是在一些特殊情况下铝渣处理的一个很好的补充。热渣惰气冷却工艺适用于处理金属烧损更为严重的高镁铝合金，它能最大限度的减少金属的损失量，这是其他几种渣处理工艺所不能相比的。回转炉加热工艺在处理冷渣时回收效果明显优于其他几种渣处理工艺，同时可对废杂铝进行重熔处理，实现一炉多用。

目前国内的渣处理仍处在降低金属烧损、增加金属回收率、提高生产效率阶段，节能、环保、改善人员作业环境仍处在初级阶段，多元化、系统化的渣处理方式还在探索中。

4 渣处理工艺新技术及其发展趋势

目前国内大部分渣处理设备在降低金属烧损、提高金属回收率、提高生产效率方面已经取得了较好的成绩，在节约能源、环境保护和改善人员作业环境方面也已作出了一定努力。表2是各种渣处理工艺中应用的一些新技术。

表2 渣处理工艺中新技术的应用

表2中各种渣处理设备虽然做了不少改进，但仍只是处在铝渣处理的初级阶段，还需在实践中不断完善。而其他一些问题如热渣压制冷却、热渣惰气冷却后得到的渣块仍需进一步处理[3]，搅拌—冷却(破碎)—筛分联合处理后得到的铝渣大部分颗粒也只能简单外卖处理。如何使铝渣在铝的整个冶炼加工过程中系统的回收利用，实现废渣零排放，同时作为原料生产高附加值的产品，是渣处理工作中下一步应该关注和努力的方向。

5 结束语

铝渣处理是一个系统工程，它不只是单纯追求提高生产效率和渣中金属的回收率，还需要考虑节能、环保、改善人员作业环境等一系列问题。目前铝渣处理的主要目标就是在这些相关问题中寻求一个平衡点，以达到经济效益、环境保护和人员职业健康安全的和谐发展。

[1]李菲,郑磊,冀树军,苏鹏,郭学益. 铝灰中铝资源回收工艺现状与展望[J].轻金属，2009，(12):

[2]钟华萍,李坊平. 从热铝灰中回收铝[J].铝加工，2001, 24.(1):

[3]高振鹏，王芳，李钢林，周在常. 铝灰处理工艺研究[J].铸造设备与工艺, 2011，(3):