优化湿法冶金策略高效去除二次铝渣中氮化铝的环境友好型工艺研究

本研究针对铝回收过程中产生的二次铝渣中氮化铝(AlN)水解效率低的问题，通过对比去离子水和碱性溶液体系，优化了湿法冶金工艺参数。结果表明，在90°C、液固比2:1、10 wt% NaOH条件下，180分钟内AlN去除率达95.4%，动力学分析揭示其混合控制机制，为铝工业危险废物处理提供了低能耗解决方案。

　　

在铝回收工业中，二次铝渣的处理一直是个棘手问题。这种看似普通的工业副产品实则暗藏危机——其中含有的氮化铝(AlN)遇水会释放有毒氨气(NH₃)，不仅污染空气，还会形成强碱性废水破坏生态平衡。更令人头疼的是，传统高温氧化法虽能有效分解AlN，但需要1400°C以上的极端条件，能耗巨大且可能产生氮氧化物(NO_x)等二次污染物。面对环保要求日益严格和"双碳"目标的双重压力，开发高效低耗的AlN处理技术成为当务之急。

针对这一行业痛点，中国某研究机构的研究团队在《Environmental Technology》发表了一项创新研究。他们另辟蹊径，选择湿法冶金路线，系统比较了去离子水和碱性溶液对AlN水解效率的影响。通过精心设计的单因素实验，研究人员发现碱性环境能显著突破AlN水解的瓶颈——氢氧化钠(NaOH)不仅可以溶解阻碍反应的Al(OH)₃钝化层，还能通过形成可溶性偏铝酸钠(NaAlO₂)持续暴露新鲜反应界面。这种"化学助攻"使得在温和的90°C条件下，仅用3小时就实现了95.4%的AlN去除率，比单纯热水处理效率提升近一倍。

研究采用了多尺度表征与动力学分析相结合的技术路线。通过X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)揭示了反应前后物相和形貌演变，结合X射线荧光光谱(XRF)追踪元素分布变化。创新性地采用内装稀盐酸的吸收瓶捕获逸出氨气，通过奈斯勒试剂分光光度法精确量化水解程度。基于收缩核模型建立了混合控制动力学方程，计算出表观活化能为21.90 kJ/mol，从理论上证实了反应受化学动力学与传质过程共同调控。

温度效应研究显示，90°C时去离子水体系的AlN水解率仅为51.8%，且需要8小时；而碱性体系在相同温度下将时间缩短至3小时，效率提升至95.4%。SEM观察发现，NaOH处理后的残渣中AlN特征峰完全消失，颗粒表面呈现多孔结构，证实了钝化层的有效破除。XRF数据表明处理后残渣的铝含量从59.4%升至69.3%，氯元素从6.05%降至0.75%，实现了有害元素的定向脱除。

这项研究的突破性在于：首次系统阐明了碱性溶液促进AlN水解的双重机制——既加速表面化学反应，又改善产物层扩散。提出的"温和碱煮"工艺相比传统高温法节能90%以上，且避免了氮氧化物排放。处理后的残渣完全消除爆炸风险，其中富集的铝氧化物还可作为耐火材料原料，真正实现了"变废为宝"。该技术为铝工业绿色转型提供了关键技术支撑，预计每处理万吨铝渣可减少约300吨标煤消耗，具有显著的环境和经济效益。未来通过优化碱性介质组合和开发连续化设备，这项工艺有望成为二次铝渣处理的行业标准方案。