電解鋁生產過程中的危險和有害因素分析

劉總兵

（東北大學設計研究院（有限公司），遼寧 沈陽 110166）

現代電解鋁生產采用冰晶石-氧化鋁熔鹽電解法工藝。生產鋁的原材料為氧化鋁和氟化鹽，其生產設備為預焙陽極電解槽。原料在電解槽內，在強大的直流電，950℃～970℃溫度作用下熔融并進行還原反應，陽極生成二氧化碳，陰極得到液態鋁。目前，國內已完成400kA、500kA以及600kA的現代化預焙槽產業化。在電解鋁生產過程中，作業人員可能受到火災爆炸、起重傷害、機械傷害和高處墜落等危險因素，以及塵毒危害、高溫和噪聲等有害因素。針對我院擬設計的某電解鋁廠，本文全面地分析生產過程中潛在的危險有害因素，為后續防護設施的設計奠定基礎，進而為項目投產后的安全生產工作提供支撐。

1 項目概況

本項目擬建于我國北方某地，電解槽采用NEUI600kA級高產率鋁電解槽，建設規模為50萬噸。本工程主要原料包括氧化鋁、氟化鋁、冰晶石和陽極碳塊，中間產品液態鋁，產品為普通鋁錠。主要的生產車間包括電解車間、凈化貯運車間和鑄造車間，以及公用和輔助工程等。電解車間主要生產設備包括電解槽、多功能機組、出鋁抬包、抬包拖車、陽極搬運車和叉車；煙氣凈化車間主要有主排煙機、羅茨風機、袋式除塵器和離心式風機等。鑄造車間主要生產設備有固定式燃氣爐和普通鋁錠鑄造機等。

2 危險和有害因素分析

2.1 主要危險因素分析

2.1.1 火災和爆炸

鋁電解槽因設備缺陷或其他外力因素發生漏爐事故，最常見危害是沖（熔）斷供電母線，造成單臺槽或大面積的停電停產。泄漏的髙溫鋁液接觸空氣會引起燃燒，容易形成火災。一旦遇水或遇濕，熔融鋁液與水發生反應形成大量水蒸汽，體積急劇膨脹，會發生劇烈爆炸。電解槽的母線短路口偶有放炮事件的發生。既有造成人員傷亡的可能，也有造成大面積停電停槽的可能，甚至會導致整個供電系統和生產系統的崩潰，通常經濟損失相當嚴重。真空抬包車運輸過程中，熔融的高溫鋁液遇水發生反應形成大量水蒸汽，體積急劇膨脹，會發生劇烈爆炸。鑄造車間內的設備故障以及鋁液運輸、鑄錠熔煉過程中，如發生跑鋁、鋁水外溢，一旦遇水或遇濕，熔融鋁液與水發生反應形成大量水蒸汽，體積急劇膨脹，會發生劇烈爆炸。

2.1.2 起重傷害

鋁廠使用的起重設備有橋式起重機和電動葫蘆等。起重機械屬于特種設備，其作業屬于特殊作業。可能造成的起重傷害事故主要原因有吊鉤墜落、吊索具脫鉤、載荷墜落，吊索破斷、超載、綁掛不當、斜吊、違章操作、違章指揮、人員違章進入危險區域、易傷人的區域無安全警示標志和操作人員無證上崗等。

2.1.3 機械傷害

機械傷害的實質，是機械能的非正常做功、流動或轉化，導致對人員的接觸性傷害。電解工藝的主要設備有母線提升機、風機、斗式提升機和帶式輸送機等。上述設備在生產過程中高速運轉、往復運動的機械部件，因防護設施缺陷或無防護、違反操作規程作業等原因，可能造成作業人員遭受打擊、擠壓、絞卷和碾軋等各種機械傷害。

2.1.4 高處墜落

生產過程中，在作業基準面2m以上各操作平臺、鋼梯和設備上等場所進行作業時，可能發生髙處墜落事故。車間高處工作平臺、坑洞等有跌落危險的地點，如防護設施設計、制作等不符合規范，或沒有防護措施、防護措施有缺陷，工人在操作和檢修時都有可能發生高處墜落；另外在生產巡查或設備搶修、維修時，因作業人員身體不適、注意力不集中、違反高處作業規定或不嚴格執行操作規程等，容易發生高處墜落事故。

2.1.5 觸電

電解鋁生產過程主要的能源是直流電，從供電整流系統到電解過程如存在防護設施缺陷、作業人員違章操作，都有觸電的危險。電解車間內有大量裸露母線，母線通有強大直流電，操作不慎可能會造成觸電事故；工人操作時不慎將導電工具連接在母線和地面之間，或槽與槽之間連接導電物體，易造成短路。變配電設備、電氣線路和用電設備等如產品質量不佳、絕緣性能不良或運行不當、機械損傷、維修不善導致絕緣老化破損或設計、安裝不規范，當安全凈距離不足，或違章操作，均能引發觸電事故。各種電氣設備的非帶電金屬外殼，由于潮濕、漏電和接地不良等原因，操作人員在操作過程中，有可能發生觸電事故。原本不帶電的物體，因電氣系統發生故障而異常帶電，可導致觸電事故的發生。

2.1.6 車輛傷害

在電解鋁生產工序有叉車、真空抬包拖車和陽極拖車等，可能會由于廠房通道和視野狹小等因素的影響，不可預見的因素多，易發生撞車、溜車、撞人、撞物，以及在運輸過程中會出現人員被物體擠傷、砸傷等傷害。若駕車人員素質不高或車況不好等，可引發車輛傷害事故。

2.1.7 坍塌

坍塌是指物體在外力或重力作用下，超過自身的強度或因結構穩定性破壞而造成的事故。如袋裝氧化鋁和氟化鹽堆垛過高、鋁錠堆垛不整齊、殘極堆放不當造成局部塌陷、滾落等都可能會造成坍塌事故。另外，建構筑物，大型設備因工程施工砌體質量不良，受到地震、地質沉降或其他外力因素可能發生坍塌事故，對人員和設備造成傷害。

2.1.8 物體打擊

當從高平臺或高處作業墜落重物，容易發生物體打擊傷害。發生物體打擊事故的主要原因有：對危險墜落物件認識不足，判斷失誤；不按要求佩戴勞動防護用品；照明不足，對周圍觀察不清；登高作業人員物件跌落或扔東西砸傷下面人員。

2.2 有害因素分析

（1）粉塵危害。本工程生產工序中存在著氧化鋁粉塵、氧化鋁電解質混合塵、氟化物粉塵及其他粉塵傷害。如除塵設施未正常運行、產生粉塵設備密封不好，突發事故致使粉塵大量泄漏以及長期在粉塵超標環境作業，，當作業人員長時間吸入粉塵，能引起肺部組織纖維化為主的病變、硬化，喪失正常的呼吸功能從而導致塵肺病，最后可使人的肺部失去功能而窒息死亡。

（2）毒物危害。電解生產過程中產生電解煙氣，其含有氟化物和粉塵等。氟化物（氟化鋁）和的分解產物氟化氫有刺激性，可對眼睛、呼吸道粘膜造成刺激，嚴重者可發生支氣管炎、肺炎，甚至產生反射性窒息。氟化物以氣體或塵霧狀態存在，在設備密封不好，或因設備管道腐蝕造成泄漏，設備檢修，操作失誤，發生事故等情況下，有毒有害物質便迅速外泄并污染作業環境，如防護不當或處理不及時，則很容易發生中毒和窒息。

（3）高溫危害。按照《工作場所有害因素職業接觸限值第2部分：物理因素》的規定，在生產勞動過程中，工作地點平均WBGT指數≥25℃的作業，即為高溫作業。鋁電解槽電解溫度高達940℃～970℃，是主要的生產性熱源。高溫作業人員受環境熱負荷的影響，作業能力隨溫度的升高而明顯下降。據研究資料表明，環境溫度達到28℃時，人的反應速度、運算能力、感覺敏感性及感覺運動協調功能都明顯下降。35℃時僅為一般情況下的70%左右；極重體力勞動作業能力，30℃時只有一般情況下的50%～70%，35℃時僅有30%左右。使勞動效率降低，增加操作失誤率。另外，高溫環境會引起中暑，長期高溫作業（數年）可出現高血壓、心肌受損和消化功能障礙病癥。

（4）噪聲危害。本工程產生噪聲的設備主要有離心風機、除塵器的清灰過程、空壓機和變壓器等。人的聽覺器官的適應性是有一定限度的，當長期在強噪聲的作用下，聽力逐漸減弱，引起聽覺疲勞。如果長年累月在強烈噪聲的反復作用下，內耳器官發生了器質性病變，成為噪聲性耳聾。噪聲可以使交感神經緊張，表現為心跳加快、心率不齊、血壓波動、心電圖陽性率增高。噪聲引起神經衰弱癥侯群，如頭痛、失眠、乏力、記憶力衰退等。另外，噪聲易使人煩躁不安與疲乏，注意力分散，導致工作效率降低。特別是當噪聲級超過生產中的音響警報信號的聲級時，會遮蔽音響警報信號，易造成事故。

3 結語

通過對某擬建工程的電解鋁生產過程中危險有害因素的分析，可知本項目生產過程中存在的主要的危險因素是火災爆炸、起重傷害、機械傷害、高處墜落、觸電、車輛傷害、坍塌和物體等，主要的有害因素是粉塵、毒物、噪聲和高溫等。對本項目上述潛在危險有害因素的識別，有助于工程設計人員了解和掌握事故預防特性，進而有針對性的開展防護設施的設計工作。