鋁電解廢陰極碳塊無害化與資源化利用

吳巧玉

鋁電解廢陰極碳塊是鋁電解生產中電解槽大修時產生的工業廢渣，因其在使用過程中浸入大量電解質，含氟量較高，且含有微量氰化物，被列入國家危險廢物名錄［1］，屬危險廢物。目前國內的處置方法主要為堆存與焚燒兩種，其中堆存的方法占用土地資源，且為環境帶來安全隱患;焚燒處置費用高，且無法綜合利用，造成資源浪費［2］。中國鋁業貴州分公司廢陰極碳塊成分見表1，由表1可見其含C量高達69.3%，另外Na、Al等有價值成分含量也在25%以上，發熱值超過4 000大卡，為將其綜合利用，公司探索出以廢陰極碳塊在氧化鋁燒結法生產中代替部分脫硫煤這一途徑，并進入工業應用。

隨著國家和社會對環境保護重視程度的加深，相關的法規、標準要求越來越嚴，2002年以來，與危險廢物有關的一系列法規、標準陸續推出，《鋁工業污染物排放標準》也于2011年開始實施，鑒于此，項目組開展了以陰極碳塊在氧化鋁燒結法生產中代替脫硫煤的系列實驗，以詳實的試驗數據對廢陰極碳塊中有害物質轉化的機理進行分析，評價其對環境的影響，從而對這一綜合利用途徑的“無害化”展開探討。

1 試驗方案

1.1 廢陰極碳塊加工

電解槽大修刨槽的廢陰極碳塊是與保溫砂、保溫磚、耐火磚等一起防雨堆放的，經過人工的嚴格分選，挑出碳素廢料，由人工打大塊至150 mm以下，并避免粉塵的污染，用電動打砂機粉碎至氧化鋁生產要求的10 mm以下碎料。

表1 廢陰極碳塊成分分析表 %

1.2 試驗過程

確定廢陰極碳塊與無煙煤的添加比例為1:10;將廢陰極碳塊用天車抓起均勻撒在無煙煤上，摻入氧化鋁生料中，送入氧化鋁燒成窯燃燒。

在加碳料前后分別對氧化鋁循環水和燒成窯外排廢氣中主要污染物進行多次測定，并對氧化鋁生產的廢渣——赤泥的氟含量進行跟蹤監測。

1.3 監測方法

GB/T 16157 固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態污染物采樣方法

HJ/T 57 固定污染源排氣中二氧化硫的測定定電位電解法

HJ/T 67-2001 固定污染源排氣氟化物的測定離子選擇電極法

HJ/T 28-1999 固定污染源排氣中氰化物的測定異煙酸-吡唑酮比色法

GB/T 7484-1987 水質 氟化物的測定 離子選擇電極法

GB 7487-1987 水質氰化物的測定異煙酸-吡唑酮比色法

2 監測結果及分析

2.1 機理分析

充分利用氧化鋁燒結法生產工藝特點，將機械破碎≤5 mm的廢陰極碳塊以≤10%無煙煤重量進行配料加入燒結系統，與生料漿一起進入燒成車間回轉窯進行熟料燒結，替代部分無煙煤脫硫，起到生料脫硫及改善熟料質量的作用。其中所含微量氰化物在高溫煅燒下分解成無害的N和C排放，因此在氧化鋁循環水、燒成窯外排煙氣、赤泥中氰化物均未檢出;同時利用氧化鋁生料配料時添加石灰乳，與廢陰極碳塊中的有害元素F反應，將其安全轉化為CaF2這一可在自然條件下穩定存放的物質［3］。

2.2 利用設施分析

實驗所用氧化鋁燒成窯為回轉窯，燃燒平均溫度在1 200℃左右，廢氣排氣筒高度為100 m，高于周圍200 m范圍內最高建筑物5 m以上。符合國家《危險廢物焚燒控制標準》對焚燒爐的技術要求。

2.3 氧化鋁循環水測定結果

氧化鋁循環水質監測結果見表2。

表2 氧化鋁循環水水質監測表

由表2中數據可見，進行廢陰極碳塊添加試驗后，氧化鋁循環水中氟化物沒有富積現象，含量均值為1.94 mg/L，符合《鋁工業污染物排放標準》中廢水氟化物排放限值5.0 mg/L的要求，僅有一個數據高于5.0 mg/L，同時因為中鋁貴州分公司已實現廢水“零排放”工藝，對外界水環境不會造成影響。

2.4 廢氣測定結果

燒成窯外排廢氣監測結果見表3，由表3中數據可見，廢陰極碳塊添加試驗后，氧化鋁燒成窯排放廢氣中顆粒物、二氧化硫的含量，都符合《鋁工業污染物排放標準》中排放限值100 mg/m3、400 mg/m3的要求，氟化物的排放量小于《工業爐窯大氣污染物排放標準》中15 mg/m3的要求，屬達標排放。

表3 廢氣監測表

2.5 赤泥跟蹤監測結果

對氧化鋁生產排放的廢渣——赤泥連續兩月每周進行一次監測(表4)，由表4可見，廢陰極碳塊添加試驗后，赤泥中的氟化物并無明顯累積現象。

表4 赤泥污染物監測值

4 結論

綜上所述，利用廢陰極碳塊在氧化鋁燒結法生產中代替脫硫煤，對外環境不造成轉移排放，按照國家《危險廢物污染防治技術政策》的要求，實現其無害化處置和資源化利用，符合國家倡導的清潔生產的思路，達成促進環境保護、節約煤炭資源、創造經濟效益的“三贏”局面。

［1］環境保護部，國家發展和改革委員會.國家危險廢物名錄［S］.2008.

［2］環境保護部，危險廢物污染防治技術政策(環發［2001］199號)［S］.2001.

［3］李旺興.氧化鋁生產理論與工藝［M］.長沙:中南大學出版社，2010.