铝灰渣水解除氮及其工艺研究文献综述

文献综述

1.关于铝灰渣相关情况的介绍以及研究现状

铝灰渣水解除氮主要是除去氮化铝中的氮元素，关于铝灰渣综合利用系统及方法较多，但大多还未进入实际应用阶段。值得注意的是，针对铝灰渣中ALN方面的研究很少，深入研究铝灰渣中ALN水解反应的工作更是寥寥无几。

关于A1N水解，国内外有一部分学者对此进行了初步研究。姜澜等研究了ALN的水解行为并发现水解时溶液PH的值具有一定的规律。Svedberg等研究了将AlN置于各恒定的pH值(5, 8, 11, 14)溶液中，并加热到85℃保持1小时，观察其腐蚀情况。在整个pH体制下XRD探测到假一水软铝石和拜耳石/水铝矿的相位处于不同的比例^［1］。 Fukumoto^［2］等研究了在室温和提高温度到100℃条件下，球形A1N粉末在各种不同稀溶液中的水解行为。讨论了AlN与溶液的反应机理。根据这些学者的研究成果，HCL溶液与NaOH溶液可以促进ALN的水解；水解行为在78℃时发生改变，在这一温度下结晶的拜耳石为主要相，当高于78℃时结晶的一水软铝石便形成^［3］。

2.本实验的意义

作为铝工业主要的副产品，铝灰渣产生于所有铝发生熔融的工序，因其与其他重金属熔炼产生的炉渣不同，呈松散的灰渣状，因此又被称为铝灰或铝灰渣。其中的铝含量约占铝生产使用过程中总损失量的1~12%^［4］。目前，对铝灰渣的利用主要是提取其中的金属铝，实现铝灰渣的资源化利用，给企业带来一定的经济利益。

铝灰渣中除铝外还含有Al₂O₃、AlN、MgN、KCl、MgO、Fe₃O₄、Al₂S₃、Al₄C₃等化合物。目前约有50％的铝灰渣作为助熔剂炼钢，其余视为工业废料。由于铝灰渣产生的过程不同，其中氮化铝的含量也不同，含量一般在 15% ~30%^［5-6］。铝灰渣中以AlN为主的化合物会与水反应，然后产生有害气体如NH₄、CH₄和H₂S。此外，铝灰渣的大规模堆放或填埋易引起NH₃、CH₄等可燃性气体的聚集，当其浓度达到某一阈值，极易引起燃烧、爆炸等情况。而且铝灰渣中氮化铝的化学稳定性与纯氮化铝粉体也不同，它更活泼、更易分解，相比ALN粉末水解速率更快，气体挥发性更不可控。

20世纪90年代中国电解铝工业开始进入快速发展阶段，电解铝产量年均增长13%，而消费量则以年均递增16%的速度增长。2002年中国电解铝产能达到500万吨，产量达到442万吨，超过美国而居世界榜首^［7］。逐年大幅度增加的铝灰渣，如果不寻找经济有效的方法加以治理，不仅是对资源的浪费，更会对环境造成巨大的威胁。堆存和填埋后，也会造成环境污染。因此，研究铝灰渣中A1N与水的反应行为，对铝灰渣的循环利用和避免环境污染具有重要的现实意义^［8］。

3.铝灰渣的分类

铝灰渣成分不同，有四种重要的鉴别方法：铝灰渣发生变化的根源，熔炉的类型，例如发射炉，旋转炉；铝灰渣中盐份的含量，存在多少以及什么类型的含盐化合物溶剂；铝灰渣中铝的含量，在处理前含量是多少；铝灰渣的形状，物理尺寸和外形是什么。