在低氧气氛下，通过添加碳来增强氮化铝在二次铝渣中氧化的机制

《Journal of Cleaner Production》：CO-enhanced mechanism for the oxidation of aluminum nitride in secondary aluminum dross via carbon addition under low-oxygen atmosphere

氮化铝在缺氧条件下氧化速率受抑制，添加碳通过生成CO增强氧化效率。研究表明在700-1000℃、低氧（5%-10%）环境下，添加10%活性炭使AlN去除率显著提高，活化能降低，机理为CO吸附并催化AlN向Al?O?转化，XRD和XPS证实无碳铝化合物生成且表面形成Al-O-C键。

　　

张俊杰|李慧新|肖毅|薛宇杰|周继志|张宇峰

南京工业大学环境科学与工程学院，中国南京211816

摘要

在二次铝渣（SAD）中，AlN的氧化在缺氧条件下会显著受到抑制，这通常会导致处理时间延长。本研究采用火法冶金技术，在低氧气氛下通过引入碳来增强AlN的氧化。在700°C至1000°C的温度范围内，添加碳后，10%和5%氧气气氛下的AlN去除率明显高于无碳条件下的去除率。动力学分析表明，在低氧气氛中添加10%活性炭降低了AlN氧化的表观活化能。结果表明，AlN通过与CO反应转化为Al?O?，而CO是在低氧条件下碳与氧气反应生成的。这一机制与在CO气氛中焙烧SAD时的AlN氧化过程一致。吉布斯自由能计算显示，CO在900°C时对AlN的吸附能为-0.871 eV，比O?的吸附能（-0.552 eV）更负，表明CO对AlN的亲和力更强。XRD分析未发现铝-碳化合物的形成，而XPS结果证实了Al-O-C和C-O-Al键的存在，支持AlN完全转化为Al?O?的假设。该方法随后被应用于含有富碳粉尘的SAD的处理中，证明了其在氧气受限条件下的实际有效性。

引言

由于含有大量有害物质，二次铝渣（SAD）在许多国家被归类为危险废物（Li等人，2023年；Qu等人，2023年）。尽管如此，由于其高铝含量和相关经济价值，SAD仍被视为一种宝贵的资源。SAD中的主要有害成分是AlN，它在接触空气或水中的湿气时会释放有毒的NH?，对公共健康构成重大风险（Li等人，2018年）。火法冶金被广泛用于从SAD中去除AlN，这种方法技术简单且具有工业可扩展性。其基本原理是在高温下用O?氧化AlN以生成Al?O?和N?，通常去除率可超过90%（Feng等人，2023年；Li等人，2024年；Shen等人，2021年；Xie等人，2023a，2023b；Yuan等人，2023年；Zhang等人，2023年）。Hou等人（2008年）曾研究过AlN在空气中的氧化行为，发现氧化起始温度约为827°C，并且在1000°C以上氧化速率显著加快。Duchesne等人（1999年）研究了AlN粉末在850–1150°C空气中转化为Al?O?的过程，识别出δ-Al?O?和θ-Al?O?等中间相，并确认α-Al?O?为最终的热力学稳定产物。在高温氧化过程中，Al?O?会在AlN表面形成致密膜，这会抑制内部AlN的进一步氧化（Maghsoudipour等人，2004年）。随着这种致密氧化层的积累，AlN的氧化速率逐渐降低。因此，大量研究致力于引入额外物质以促进AlN的去除。

引言

由于含有大量有害物质，二次铝渣（SAD）在许多国家被归类为危险废物（Li等人，2023年；Qu等人，2023年）。尽管如此，由于其高铝含量和相关经济价值，SAD仍被视为一种宝贵的资源。SAD中的主要有害成分是AlN，它在接触空气或水中的湿气时会释放有毒的NH?，对公共健康构成重大风险（Li等人，2018年）。火法冶金被广泛用于从SAD中去除AlN，这种方法技术简单且具有工业可扩展性。其基本原理是在高温下用O?氧化AlN以生成Al?O?和N?，通常去除率可超过90%（Feng等人，2023年；Li等人，2024年；Shen等人，2021年；Xie等人，2023a，2023b；Yuan等人，2023年；Zhang等人，2023年）。Hou等人（2008年）曾研究过AlN在空气中的氧化行为，发现氧化起始温度约为827°C，并且在1000°C以上氧化速率显著加快。Duchesne等人（1999年）研究了AlN粉末在850–1150°C空气中转化为Al?O?的过程，识别出δ-Al?O?和θ-Al?O?等中间相，并确认α-Al?O?为最终的热力学稳定产物。在高温氧化过程中，Al?O?会在AlN表面形成致密膜，这会抑制内部AlN的进一步氧化（Maghsoudipour等人，2004年）。随着这种致密氧化层的积累，AlN的氧化速率逐渐降低。因此，大量研究致力于引入额外物质以促进AlN的去除。

引言

二次铝渣（SAD）在许多国家被归类为危险废物，因为它含有大量有害物质（Li等人，2023年；Qu等人，2023年）。尽管如此，由于其高铝含量和相关经济价值，SAD仍被视为一种宝贵的资源。SAD中的主要有害成分是AlN，它在接触空气或水中的湿气时会释放有毒的NH?，对公共健康构成重大风险（Li等人，2018年）。火法冶金被广泛用于从SAD中去除AlN，这种方法技术简单且具有工业可扩展性。其基本原理是在高温下用O?氧化AlN以生成Al?O?和N?，通常去除率可超过90%（Feng等人，2023年；Li等人，2024年；Shen等人，2021年；Xie等人，2023a，2023b；Yuan等人，2023年；Zhang等人，2023年）。Hou等人（2008年）曾研究过AlN在空气中的氧化行为，发现氧化起始温度约为827°C，并且在1000°C以上氧化速率显著加快。Duchesne等人（1999年）研究了AlN粉末在850–1150°C空气中转化为Al?O?的过程，识别出δ-Al?O?和θ-Al?O?等中间相，并确认α-Al?O?为最终的热力学稳定产物。在高温氧化过程中，Al?O?会在AlN表面形成致密膜，这会抑制内部AlN的进一步氧化（Maghsoudipour等人，2004年）。随着这种致密氧化层的积累，AlN的氧化速率逐渐降低。因此，大量研究致力于引入额外物质以促进AlN的去除。

引言

二次铝渣（SAD）在许多国家被归类为危险废物，因为它含有大量有害物质（Li等人，2023年；Qu等人，2023年）。尽管如此，由于其高铝含量和相关经济价值，SAD仍被视为一种宝贵的资源。SAD中的主要有害成分是AlN，它在接触空气或水中的湿气时会释放有毒的NH?，对公共健康构成重大风险（Li等人，2018年）。火法冶金被广泛用于从SAD中去除AlN，这种方法技术简单且具有工业可扩展性。其基本原理是在高温下用O?氧化AlN以生成Al?O?和N?，通常去除率可超过90%（Feng等人，2023年；Li等人，2024年；Shen等人，2021年；Xie等人，2023a，2023b；Yuan等人，2023年；Zhang等人，2023年）。Hou等人（2008年）曾研究过AlN在空气中的氧化行为，发现氧化起始温度约为827°C，并且在1000°C以上氧化速率显著加快。Duchesne等人（1999年）研究了AlN粉末在850–1150°C空气中转化为Al?O?的过程，识别出δ-Al?O?和θ-Al?O?等中间相，并确认α-Al?O?为最终的热力学稳定产物。在高温氧化过程中，Al?O?会在AlN表面形成致密膜，这会抑制内部AlN的进一步氧化（Maghsoudipour等人，2004年）。随着这种致密氧化层的积累，AlN的氧化速率逐渐降低。因此，大量研究致力于引入额外物质以促进AlN的去除。

引言

二次铝渣（SAD）在许多国家被归类为危险废物，因为它含有大量有害物质（Li等人，2023年；Qu等人，2023年）。尽管如此，由于其高铝含量和相关经济价值，SAD仍被视为一种宝贵的资源。SAD中的主要有害成分是AlN，它在接触空气或水中的湿气时会释放有毒的NH?，对公共健康构成重大风险（Li等人，2018年）。火法冶金被广泛用于从SAD中去除AlN，这种方法技术简单且具有工业可扩展性。其基本原理是在高温下用O?氧化AlN以生成Al?O?和N?，通常去除率可超过90%（Feng等人，2023年；Li等人，2024年；Shen等人，2021年；Xie等人，2023a，2023b；Yuan等人，2023年；Zhang等人，2023年）。Hou等人（2008年）曾研究过AlN在空气中的氧化行为，发现氧化起始温度约为827°C，并且在1000°C以上氧化速率显著加快。Duchesne等人（1999年）研究了AlN粉末在850–1150°C空气中转化为Al?O?的过程，识别出δ-Al?O?和θ-Al?O?等中间相，并确认α-Al?O?为最终的热力学稳定产物。在高温氧化过程中，Al?O?会在AlN表面形成致密膜，这会抑制内部AlN的进一步氧化（Maghsoudipour等人，2004年）。随着这种致密氧化层的积累，AlN的氧化速率逐渐降低。因此，大量研究致力于引入额外物质以促进AlN的去除。

引言

二次铝渣（SAD）在许多国家被归类为危险废物，因为它含有大量有害物质（Li等人，2023年；Qu等人，2023年）。尽管如此，由于其高铝含量和相关经济价值，SAD仍被视为一种宝贵的资源。SAD中的主要有害成分是AlN，它在接触空气或水中的湿气时会释放有毒的NH?，对公共健康构成重大风险（Li等人，2018年）。火法冶金被广泛用于从SAD中去除AlN，这种方法技术简单且具有工业可扩展性。其基本原理是在高温下用O?氧化AlN以生成Al?O?和N?，通常去除率可超过90%（Feng等人，2023年；Li等人，2024年；Shen等人，2021年；Xie等人，2023a，2023b；Yuan等人，2023年；Zhang等人，2023年）。Hou等人（2008年）曾研究过AlN在空气中的氧化行为，发现氧化起始温度约为827°C，并且在1000°C以上氧化速率显著加快。Duchesne等人（1999年）研究了AlN粉末在850–1150°C空气中转化为Al?O?的过程，识别出δ-Al?O?和θ-Al?O?等中间相，并确认α-Al?O?为最终的热力学稳定产物。在高温氧化过程中，Al?O?会在AlN表面形成致密膜，这会抑制内部AlN的进一步氧化（Maghsoudipour等人，2004年）。随着这种致密氧化层的积累，AlN的氧化速率逐渐降低。因此，大量研究致力于引入额外物质以促进AlN的去除。

引言

二次铝渣（SAD）在许多国家被归类为危险废物，因为它含有大量有害物质（Li等人，2023年；Qu等人，2023年）。尽管如此，由于其高铝含量和相关经济价值，SAD仍被视为一种宝贵的资源。SAD中的主要有害成分是AlN，它在接触空气或水中的湿气时会释放有毒的NH?，对公共健康构成重大风险（Li等人，2018年）。火法冶金被广泛用于从SAD中去除AlN，这种方法技术简单且具有工业可扩展性。其基本原理是在高温下用O?氧化AlN以生成Al?O?和N?，通常去除率可超过90%（Feng等人，2023年；Li等人，2024年；Shen等人，2021年；Xie等人，2023a，2023b；Yuan等人，2023年；Zhang等人，2023年）。Hou等人（2008年）曾研究过AlN在空气中的氧化行为，发现氧化起始温度约为827°C，并且在1000°C以上氧化速率显著加快。Duchesne等人（1999年）研究了AlN粉末在850–1150°C空气中转化为Al?O?的过程，识别出δ-Al?O?和θ-Al?O?等中间相，并确认α-Al?O?为最终的热力学稳定产物。在高温氧化过程中，Al?O?会在AlN表面形成致密膜，这会抑制内部AlN的进一步氧化（Maghsoudipour等人，2004年）。随着这种致密氧化层的积累，AlN的氧化速率逐渐降低。因此，大量研究致力于引入额外物质以促进AlN的去除。

引言

二次铝渣（SAD）在许多国家被归类为危险废物，因为它含有大量有害物质（Li等人，2023年；Qu等人，2023年）。尽管如此，由于其高铝含量和相关经济价值，SAD仍被视为一种宝贵的资源。SAD中的主要有害成分是AlN，它在接触空气或水中的湿气时会释放有毒的NH?，对公共健康构成重大风险（Li等人，2018年）。火法冶金被广泛用于从SAD中去除AlN，这种方法技术简单且具有工业可扩展性。其基本原理是在高温下用O?氧化AlN以生成Al?O?和N?，通常去除率可超过90%（Feng等人，2023年；Li等人，2024年；Shen等人，2021年；Xie等人，2023a，2023b；Yuan等人，2023年；Zhang等人，2023年）。Hou等人（2008年）曾研究过AlN在空气中的氧化行为，发现氧化起始温度约为827°C，并且在1000°C以上氧化速率显著加快。Duchesne等人（1999年）研究了AlN粉末在850–1150°C空气中转化为Al?O?的过程，识别出δ-Al?O?和θ-Al?O?等中间相，并确认α-Al?O?为最终的热力学稳定产物。在高温氧化过程中，Al?O?会在AlN表面形成致密膜，这会抑制内部AlN的进一步氧化（Maghsoudipour等人，2004年）。随着这种致密氧化层的积累，AlN的氧化速率逐渐降低。因此，大量研究致力于引入额外物质以促进AlN的去除。

引言

二次铝渣（SAD）在许多国家被归类为危险废物，因为它含有大量有害物质（Li等人，2023年；Qu等人，2023年）。尽管如此，由于其高铝含量和相关经济价值，SAD仍被视为一种宝贵的资源。SAD中的主要有害成分是AlN，它在接触空气或水中的湿气时会释放有毒的NH?，对公共健康构成重大风险（Li等人，2018年）。火法冶金被广泛用于从SAD中去除AlN，这种方法技术简单且具有工业可扩展性。其基本原理是在高温下用O?氧化AlN以生成Al?O?和N?，通常去除率可超过90%（Feng等人，2023年；Li等人，2024年；Shen等人，2021年；Xie等人，2023a，2023b；Yuan等人，2023年；Zhang等人，2023年）。Hou等人（20