電解鋁企業(yè)環(huán)評(píng)過程中氟平衡及處理措施分析

魏志剛++吳魁++潘永寶

摘要：指出了電解鋁屬于高能耗、高污染行業(yè)而備受關(guān)注，電解鋁生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的氟化物對(duì)人體及環(huán)境產(chǎn)生不利影響，因此在電解鋁企業(yè)環(huán)評(píng)階段應(yīng)重點(diǎn)分析氟平衡，找出氟的主要輸出途徑。為此，提出了有針對(duì)性的措施，以減輕電解鋁企業(yè)在后期建成運(yùn)營(yíng)過程中對(duì)環(huán)境的不利影響。

關(guān)鍵詞：電解鋁；氟；氟平衡；煙氣凈化

中圖分類號(hào)：X820

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：16749944（2017）12011103

1引言

電解鋁已成為現(xiàn)代生活不可或缺的產(chǎn)品，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的支柱產(chǎn)業(yè)。然而電解鋁又屬于高能耗、高污染行業(yè)，電解過程中電解槽散發(fā)的煙氣中含有大量氟化物、粉塵等大氣污染物，給環(huán)境帶來了巨大的壓力[1]。特別是氟化物，對(duì)人體健康、植物、土壤都有一定危害。對(duì)人體危害主要表現(xiàn)為對(duì)牙齒、呼吸系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、遺傳系統(tǒng)等的影響。對(duì)植物主要是抑制葉綠素蛋白質(zhì)核酸的合成、影響酶的活性、破壞葉片表皮微結(jié)構(gòu)、損傷細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)、影響碳氮代謝等，影響農(nóng)作物成熟[2]。氟污染不利于土壤聚沉，導(dǎo)致土壤空隙的堵塞，水分不易滲透，濕時(shí)泥濘，干時(shí)板結(jié)，土壤物化性質(zhì)惡化，對(duì)植被有明顯影響[3]。因此，理清電解鋁企業(yè)氟的輸入輸出途徑，提出有針對(duì)性的解決措施，對(duì)解決電解鋁企業(yè)氟污染對(duì)人體健康及環(huán)境的負(fù)面影響具有重要意義。

2氟平衡分析

某企業(yè)電解鋁氟化物主要來源于槽中加入的氟化鋁和冰晶石帶入以及凈化系統(tǒng)和電解質(zhì)回收返回的氟化物。電解槽氟化物輸出主要有以下幾個(gè)途徑：一是進(jìn)入電解煙氣中，部分經(jīng)煙囪排放、部分經(jīng)天窗排放、部分落回車間、部分收集后返回電解槽；二是吸附于電解槽內(nèi)襯；三是鑄造合金原液帶出，部分進(jìn)入鑄造渣、部分進(jìn)入產(chǎn)品、部分隨電解質(zhì)返回電解槽；四是炭渣帶出；五是電極殘極帶出，部分隨電解質(zhì)返回電解槽、部分隨殘極炭塊帶走。項(xiàng)目氟平衡表見表1及圖1。

2.1氟的輸入

根據(jù)建設(shè)單位提供資料，項(xiàng)目氟化鋁加入量為20 kg/t·合金，擬采用牌號(hào)為AF-2及AF-3的氟化鋁。根據(jù)GB/T4292-2007《氟化鋁》，氟化鋁中氟約占58%，因此帶入折合氟為11.6 kg/t·合金，年加入氟量為2321.33 t/年；項(xiàng)目冰晶石加入量為1 kg/t·合金，擬采用牌號(hào)為CM-0及CM-1的冰晶石。根據(jù)GB/ T4291-2007《冰晶石》，冰晶石中氟約占53%，因此帶入折合氟為0.53 kg/t·合金，年加入氟量為106.06 t/年。共加入氟12.13 kg/t·合金，合計(jì)2427.39 t/年。

陽(yáng)極炭塊生產(chǎn)過程中使用一定量經(jīng)清理電解質(zhì)后的由電解鋁廠返回的殘極及炭渣，使用的殘極及炭渣中含有一定量的氟化物，但在陽(yáng)極生產(chǎn)過程中的焙燒工序溫度高達(dá)1180℃左右，氟從炭塊中揮發(fā)出來，以氣體氟化物的形式進(jìn)入煙氣，因此在預(yù)焙陽(yáng)極炭塊中幾乎不含氟。

2.2氟的輸出

根據(jù)《預(yù)焙槽冶煉》（邱竹賢，冶金工業(yè)出版社，2005）[4]以及《鋁冶煉工藝》（王克勤，化學(xué)工業(yè)出版社，2009）[5]等資料以及調(diào)查國(guó)內(nèi)部分鋁廠等資料類比計(jì)算可得，經(jīng)電解槽煙氣帶走氟10.66 kg/t·合金，即2133.23 t/年，在集氣效率為99%時(shí)，進(jìn)入車間空氣中的氟21.33 t/年（氟化物中氣態(tài)氟化氫大約占50%，固態(tài)氟化鹽大約占50%，由于車間的沉降作用及天窗的除塵設(shè)施設(shè)計(jì)，固態(tài)氟化鹽中60%在車間沉降，氣態(tài)氟和40%的固態(tài)氟在天窗外的集氣管集氣作用下，有50%的氟被收集，剩余50%由天窗排放），故從車間天窗無組織排放發(fā)的氟化物為7.46 t/年，車間沉降氟為6.42 t/年。收集煙氣用干法凈化回收氟，回收效率為99%，干法凈化系統(tǒng)排出量為21.19 t/年，經(jīng)煙囪排放。

根據(jù)《預(yù)焙槽冶煉》（邱竹賢，冶金工業(yè)出版社，2005）生產(chǎn)1t鋁合金產(chǎn)生約15kg炭渣，炭渣中氟的含量為29.61%，因此炭渣中帶走的氟為4.442 kg/t·合金，即888.91t/年；根據(jù)《預(yù)焙槽冶煉》（邱竹賢，冶金工業(yè)出版社，2005）、《現(xiàn)代電解鋁》（劉業(yè)翔，冶金工業(yè)出版社，2008）[6]、《電解鋁》（馮乃祥，化學(xué)工業(yè)出版社，2006）[7]、《鋁冶煉工藝》（王克勤，化學(xué)工業(yè)出版社，2009）等資料，電解槽內(nèi)襯吸附氟量為5.258～11.7 kg/t鋁，根據(jù)本項(xiàng)目設(shè)計(jì)以及加氟量等實(shí)際情況，確定內(nèi)襯吸氟量為6.382 kg/t鋁合金，由此可得經(jīng)槽內(nèi)襯吸收的氟為1277.08 t/年；根據(jù)上述資料以及項(xiàng)目設(shè)計(jì)實(shí)際情況計(jì)算，鑄造浮渣帶走115.67 t/年，進(jìn)入鋁基質(zhì)合金產(chǎn)品20.01 t/年， 殘極帶走的氟為90.45 t/年，電解質(zhì)破碎等排放廢氣中帶走氟0.2 t/年。

3電解煙氣氟的處理措施

電解鋁含氟煙氣的處理措施通常有干法凈化和濕法凈化兩種，其中干法凈化具有效率高、無二次污染、操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)[8]。本工程針對(duì)電解煙氣采取以下措施。

（1）工程采用的400kA中間點(diǎn)式下料預(yù)焙陽(yáng)極電解槽，自動(dòng)化程度高，電解槽打殼、加料全過程均由微機(jī)自動(dòng)控制，從而使槽罩開啟次數(shù)顯著降低，煙氣集氣效率大大提高；另外項(xiàng)目在設(shè)計(jì)時(shí)電解槽密閉罩采用弧形組合罩板，比早期采用的組合直板提高了集氣效率；排煙管道采用主、付雙排煙干管道，兩干管分別有兩支管與電解槽相連接，付排煙支管上設(shè)置電動(dòng)蝶閥。在一般情況下，煙氣通過主排煙支管進(jìn)入主排煙干管，送往煙氣凈化系統(tǒng)；在開槽等情況是，打開支排煙管上的電動(dòng)蝶閥，增大電解槽內(nèi)負(fù)壓，減少電解槽內(nèi)含氟廢氣外逸，電解槽開槽情況一般僅是單臺(tái)電解槽開槽作業(yè)，增大單臺(tái)電解槽內(nèi)負(fù)壓對(duì)整個(gè)凈化系統(tǒng)運(yùn)行不會(huì)造成影響。由于上述措施，本項(xiàng)目電解槽集氣效率能夠達(dá)到99%，大大地減少了煙氣無組織排放。

（2）為了進(jìn)一步減小無組織廢氣污染物排放量，項(xiàng)目在排煙天窗增設(shè)隔塵設(shè)施，可對(duì)煙氣進(jìn)行初步氣固分離，使得氣體中60%的固態(tài)污染物沉降；廠房天窗外增設(shè)煙氣集氣管道，可將天窗逸散煙氣的50%收集至付排煙管道，減少氟化物等污染物無組織排煙量。

（3）項(xiàng)目配置了3套煙氣凈化系統(tǒng)，每套凈化系統(tǒng)配備一座60 m高煙囪。經(jīng)捕集的電解槽煙氣通過排煙支管進(jìn)入主、付排煙管道，其中天窗收集的煙氣進(jìn)入付排煙管道，煙氣匯入總煙道，進(jìn)入凈化系統(tǒng)進(jìn)行處理。凈化工藝采用新型逆向兩段干法凈化工藝，逆向兩段干法凈化工藝是《國(guó)家鼓勵(lì)發(fā)展的環(huán)境保護(hù)技術(shù)目錄》 （環(huán)發(fā)〔2006〕130號(hào)）推薦的凈化技術(shù)，根據(jù)其介紹，凈化效率達(dá)99%以上。

4氟處理技術(shù)優(yōu)點(diǎn)及可行性分析

本項(xiàng)目采用新型逆向兩段干法凈化技術(shù)主要是除塵器分離出的一次載氟氧化鋁與高濃度氟化氫煙氣在反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，完成吸附反應(yīng)的二次載氟氧化鋁在進(jìn)入袋濾器前通過離心分離器與煙氣分離；與二次載氟氧化鋁分離后的低 HF 含量的煙氣，在除塵器內(nèi)被新鮮氧化鋁進(jìn)行二次吸氟，完成煙氣干法凈化的所有吸氟過程。離心分離器分離出的二次載氟氧化鋁被收集在除塵器底部的灰斗中，作為電解原料返回電解槽使用。除塵器分離的主要為新鮮氧化鋁吸氟后的一次載氟氧化鋁，該載氟氧化鋁進(jìn)入氟化氫吸附反應(yīng)器。凈化后煙氣由煙囪排放。

新型干法凈化系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：新型逆流兩段煙氣干法凈化工藝技術(shù)，充分利用了新鮮氧化鋁和載氟氧化鋁吸附氟化氫的反應(yīng)特性，克服了傳統(tǒng)干法凈化工藝存在的無法進(jìn)一步提高全氟凈化效率、載氟氧化鋁存在死循環(huán)、影響布袋清灰效果的問題。新型逆向兩段干法凈化工藝流程見圖2。

凈化后煙氣經(jīng)3座60 m高煙囪排放，排放氣體中所含氟化物、粉塵和SO2濃度均滿足《鋁工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB25465-2010）中新建企業(yè)污染物排放濃度限值要求。

參考文獻(xiàn)：

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[4]邱竹賢.預(yù)焙槽冶煉[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2005.

[5]王克勤.鋁冶煉工藝[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

[6]劉業(yè)翔.現(xiàn)代電解鋁[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2008.

[7]馮乃祥.電解鋁[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[8]邱靜茹，王飛，趙丹丹，等.電解鋁含氟煙氣的凈化技術(shù)[J].廣州化工，2015，43（1）：15～16.