鋁渣處理技術現況與展望

 

刊登日期:2021/12/5
  • 字級

游勝閔、劉瓊芳、張名惠、邱國創 / 工研院材化所;陳聖義 / 常琪鋁業股份有限公司
 
鋁渣的處理技術包含濕法處理技術與火法處理技術兩種,其中濕法處理技術可以有效地回收98%以上的鋁成分,產出高純度再生氧化鋁為產品再進行銷售;而火法處理技術可將鋁渣轉換為建材或是耐火材原料。協助鋁渣產出業者自行建立鋁渣處理技術,把鋁渣從廢棄物轉變為有價值的再生產品,將是扭轉長期以來鋁渣處置問題之關鍵。
 
【內文精選】
前 言
鋁具有輕質、高強、耐腐蝕、可多次循環再生利用等優勢,廣泛應用於建築、交通與民生等領域,年需求量高達6,400萬噸,為用量僅次於鐵的基礎金屬。金屬鋁來源有二,一為由鋁土礦經拜耳法與電解法獲得的原生鋁,另一為以含鋁廢料重煉純化獲得之再生鋁。再生鋁的能耗僅為原生鋁的4.9%,碳排僅為原生鋁的4.2%,在當前全球循環經濟與節能減碳雙重議題持續發酵氛圍下,以再生鋁取代原生鋁,是鋁工業實現於2050年達成零碳排目標的積極做法。目前再生鋁產量約為原生鋁的三分之一,且逐年成長中。我國並無原生鋁工業,主要為進口或國內回收產業回收含鋁廢料,重新熔煉或調配獲得之再生鋁或鋁合金,每年為國內創造的產值約為新臺幣1,000億元。然而,製程所產生之廢棄物主要為鋁渣(AD),由於AD具有惡臭、化性不穩定、具燃燒性等不易處理等特性,業者處理意願不高,因此AD的處理問題正逐漸成為產業發展瓶頸。
 
鋁渣的火法工藝處理
SAD的火法處理工藝是不使用強酸或強鹼的處理技術,其主要訴求不是將SAD進行純化萃取,而是將SAD轉變成高穩定原物料以運用在建築或是耐火材料(Refractory Materials)等。若要運用在耐火材料,SAD中的殘留鹽分會導致熔點大幅降低。R. Beheshti等人的研究探討高溫熱處理製程對於鹽分去除的影響,其實驗爐架構如圖五,可以透過調整時間、溫度、氣流量、氣壓、爐體旋轉速度、SAD添加量等參數進行製程控制,透過計算熱處理前後的氯含量變化得到氯去除率。圖六則為該研究所得之溫度、氣壓與氯去除率變化圖,可看到降低爐內氣壓在較低溫即可達到高氯去除率;而在相同氣壓環境,當熱處理溫度越高,氯去除率也越高,其是利用在高溫蒸氣壓較高下鹽分較易蒸發的原理予以蒸發去除,在1,523 K時,需要6小時的持溫時間,可以達到98%的氯去除率。由此推測提高熱處理溫度應能大幅縮減處理時間,其主要處理成本會是熱處理所需燃料或是電力費用。能妥善地使SAD粉體與環境氣體混合將能提高能量效益,透過此技術能有效地去除殘留鹽分,而不需使用對環境負擔較大的強酸或強鹼。
 
圖五、SAD高溫熱處理實驗爐示意圖
圖五、SAD高溫熱處理實驗爐示意圖
 
Pat Sooksaen等人將60~90 wt%不等的SAD與矽酸鋁(高嶺土)、膨潤土混合,並於1,200~1,400˚C燒製成陶瓷試體磚,其流程如圖七。該研究說明,燒成的陶瓷試體磚主要晶相為剛玉,且有部分的莫來石晶相,由於莫來石的針狀晶體結構可以提升碇片的耐熱震性,在經過三次1,200˚C淬冷處理,試體磚沒有產生任何裂痕,這說明SAD摻配磚具有良好的耐熱震性。
 
圖七、鋁渣摻配燒製成陶瓷試體磚之流程圖
圖七、鋁渣摻配燒製成陶瓷試體磚之流程圖
 
國內SAD處理之願景
SAD透過火法處裡,其產出的副產品較為單一,主要作為陶瓷原料粉,對於煉鋁或電解鋁業者只需要導入旋窯設備,進行SAD的煅燒處理(Calcination),其跨入技術門檻較低,若可建立完整的去化產品管道,業者將可自行處理SAD後,使其成為再生產品(Recycled Products)進行銷售。對於煉鋁或電解鋁業者而言,SAD將從廢棄物轉變為有價值資材,這樣的轉變亦能促使業者優化前端處理,例如,透過改善回收廢鋁的處理,細化回收鋁之分類,甚至熔煉過程降低鹽類的添加,如此除了能進一步提升SAD成分一致性並降低雜質含量,更能提升再生產品之品質,將有利於商業模式的擴大推動。目前,工研院材料與化工研究所與常琪鋁業合作開發將SAD透過火法安定,在空氣環境下煅燒後,SAD已無金屬鋁、AlN的結晶訊號。在透過篩分處理以降低SAD含鐵量後,煅燒SAD添加到磁磚配方中不會改變磚體的色澤,如圖八。由於…以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
 
圖八、篩分後的煅燒SAD摻配到磁磚之呈色
圖八、篩分後的煅燒SAD摻配到磁磚之呈色
 
★本文節錄自《工業材料雜誌》420期,更多資料請見下方附檔。

分享