稀土金屬電解企業(yè)環(huán)境風險影響因素分析與建議

李伯驥

（廣西博環(huán)環(huán)境咨詢服務有限公司，廣西 南寧 530004）

稀土是我們國家重要的戰(zhàn)略資源，是產業(yè)升級，科技創(chuàng)新不可或缺的關鍵元素[1]。而目前我國稀土產業(yè)鏈還不完善，同時也存在過渡開發(fā)等問題。在稀土產業(yè)整合之后，主要的稀土集團企業(yè)更多的集中在礦山開采、冶煉分離等領域[2]。稀土深加工企業(yè)產能還不匹配，通過對稀土金屬電解這一環(huán)節(jié)環(huán)境風險因素分析討論，給這一類型企業(yè)的前期環(huán)境可行性研究提供一些建議。

1 稀土金屬電解工藝

1.1 氟化稀土制備

將氧化稀土通過進料機加入到氟化電阻爐中，密封好爐體，將氟化電阻爐升溫至650 ℃，打開氟化氫氣體控制閥，按過量10%的比例通入氟化氫氣體，同時開啟尾氣凈化裝置，持續(xù)反應8～10 h，反應完畢，關閉氟化氫進氣閥，冷卻至室溫，自動出料機卸出氟化稀土。主要工藝流程見圖1。

圖1 氟化稀土制備工藝流程圖

1.2 氟化稀土-氟化鋰體系電解

本工藝選用氟化稀土-氟化鋰體系，在預熱電解槽后，通電加熱電解質，待電解質全部熔融后，向其中插入陽極，使其發(fā)生電解反應。按設計時間向電解槽內加入原料氧化稀土，記錄運行參數。電解達到設定時間后，從電解槽內移出稀土金屬或稀土合金進行澆鑄。得到的金屬錠經冷附著有熔鹽，需對其進行剝離，剝離后對產品進行檢驗。檢驗不合格金屬處理成小塊后重新熔鑄，合格金屬進入表面處理工段。各工序簡述如下（詳見圖2）：

圖2 熔鹽電解工藝流程圖

（1）電解槽預處理：清理電解槽內雜物，對其進行預熱，待其溫度達到要求時，加入氟化稀土、氟化鋰，按設計要求將其完全熔融。

（2）稀土金屬電解：在設計溫度下，分別向熔融的電解質中，加入特定的稀土氧化物。氟化稀土-氟化鋰的電解質密度比稀土金屬小，會浮于電解槽上部，電解生成的稀土金屬在重力作用下自然沉降，隨著電解時間的增加逐漸在電解槽底部富集。在電解過程中，會形成稀土老化熔鹽，老化熔鹽中鐵、鉬、碳含量較多，累積到一定量后需定期將其移出處理，外售給上游生產企業(yè)，回收其中有價元素和進行環(huán)保處理。

（3）出爐澆鑄：出爐一般采用虹吸方式或者人工方式，每隔3小時，將電解槽底部放出液態(tài)稀土金屬至錠模中，空氣自然冷卻成型。

（4）剝離：鑄錠的稀土金屬一般附著有電解質，使用分離器將稀土金屬錠與電解質分離，電解質按程序返回電解槽繼續(xù)電解。

（5）鉆樣：完成剝離電解質工序的稀土金屬錠進行鉆孔取樣，制備成檢驗樣品送實驗室。

（6）實驗室檢驗：車間獲得的稀土金屬樣品經雜質檢驗，合格的稀土金屬錠進進入后處理工段，不合格的金屬錠進行切割后返回電解工序。

（7）后處理：檢驗合格的金屬錠用打磨機進行打磨，得到表面光潔的產品，打磨金屬粉塵、少量電解質收集后返回電解工序。

2 環(huán)境風險因素分析

2.1 風險識別

環(huán)境風險識別是指通過對原料、工藝、環(huán)保設施等的分析，定性或定量地找到對環(huán)境影響因素，確定環(huán)境風險的預防措施[3]。

環(huán)境風險的類型可以分為火災、爆炸、泄漏。風險識別分為：物質風險識別和生產設施風險識別。

2.1.1 物質風險識別

根據《危險化學品名錄》（2015），氟化氫、氟化鋰是稀土金屬電解生產使用的原輔材料中的危險物質，氟化鑭是生產過程中產生危險物質。可能出現的風險源包括：氟化氫、氟化鋰、氟化鑭在生產過程中，出現跑、冒、滴、漏；危險物質的遺失、丟失；危險物質的散落、外泄；火災時危險物質的外泄。

2.1.2 生產設施風險識別

①無水氟化氫儲存鋼瓶破裂造成的泄漏。

②廢氣處理設備長時間運轉造成的材料老化或零部件故障，使處理效率達不到設計要求，或導致氟化物、顆粒物逸散到外環(huán)境，從而對附近環(huán)境空氣質量產生影響。

2.2 重大危險源辨識

重大危險源判定需要識別生產過程中的危險物質和其對應的臨界量。其中危險物質可分為爆炸物、易燃氣體、氣溶膠、氧化性氣體、易燃液體、易燃固體、自反應物質和混合物、自然液體、自然固體、自熱物質和混合物、遇水易放出易燃氣體的物質和混合物、氧化性液體、養(yǎng)護型固體、有機過氧化物、急性劇毒等（《危險化學品重大危險源辨識》（GB18218-2018））。分析比對涉及的危險物質后，再核實其對應的臨界量，即重大危險源某一單元內存在危險化學品的量，是否等于或超過該標準中規(guī)定的臨界量。稀土金屬電解只有氟化氫有臨界量要求，其一個功能單元最大儲存量超過上述標準所列的臨界量1 t，就屬于重大危險源。

2.3 非重大危險源環(huán)境風險分析

2.3.1 廢水事故排放

（1）生產工段水池滲漏。生產工段有多個水池長年使用，儲存量較大，隨著生產活動進行，池底、池壁會出現微隙，造成生產廢水滲漏，進而對地下水造成污染。

（2）循環(huán)水池事故溢流。循環(huán)水池事故溢流主要是指突發(fā)情況，造成設施停止運轉，管道內的循環(huán)水全部進入循化水池中造成溢流。生產循環(huán)水一般無其它污染因子，主要對周圍環(huán)境造成一定熱污染影響。

2.3.2 廢氣事故排放

稀土金屬電解過程中氟化稀土制備、電解工段會產生氟化物、顆粒物等污染物，后處理過程會產生金屬碎屑、電解質粉末的顆粒物，配置布袋除塵、噴淋等進行煙氣治理，治理效果均能滿足排放要求。但在設施運行過程中，布袋除塵器履帶破損會造成漏風和粉塵逸散，廢氣中含的水分會導致濾袋結露，從而影響除塵效果；噴淋設施運行時間較長會出現氣液相進出管道發(fā)生堵塞，吸收溶劑吸附能力降低等問題，如未能及時檢查疏通管道，補充吸收溶劑，均會影響除塵和脫氟效果，使污染物外排環(huán)境增多，需考慮對環(huán)境的影響。

2.3.3 氟化氫管道泄漏

氟化稀土制備是利用氟化氫氣體和稀土氧化物的氣固相反應，工藝使用的氟化氫利用鋼瓶儲存，生產時打開氣體控制閥，緩慢釋放出氟化氫氣體，并由管道引入電阻爐中進行合成反應。在生產過程中，若氟化氫存儲鋼瓶到電阻爐的管道發(fā)生破損，造成氣體泄漏，會觸發(fā)連接報警裝置的感應探頭，其發(fā)出報警的響應時間小于15秒，同時智能電控系統(tǒng)可以切斷電磁閥、打開應急噴淋，接到報警的值守工作人員，可以快速處置泄漏事故。氟化氫管道泄漏在有預警的條件下主要考慮氟化氫濃度擴散變化，并通過預測判斷其風險。

3 應對措施建議

（1）企業(yè)設置循環(huán)水事故池，使循環(huán)水外溢時能夠快速收集，降低對周圍環(huán)境的影響。

（2）加強巡檢，保證除塵脫氟設施正常運行，同時注意加強車間的通風，配備一定數量的口罩、防毒面具等應急物資，應對突發(fā)情況。

（3）若氟化氫管道發(fā)生氣體泄漏時，嚴格按照環(huán)境風險應急預案快速處置，及時阻斷泄漏源，進行人員疏散，并盡快聯系外部專業(yè)救援單位，協助對泄漏事件進行處置，嚴防安全事故的發(fā)生。

4 結語

通過對稀土金屬電解企業(yè)環(huán)境風險影響因素分析發(fā)現，在采取一系列環(huán)境風險應對措施，稀土金屬電解項目能夠有效降低危險化學品泄漏、廢水事故排放、廢氣事故排放、氟化氫管道泄漏等事故發(fā)生幾率，若發(fā)生事故，按照擬定的環(huán)境風險應急預案進行快速處置，控制事故規(guī)模，防止事故的蔓延。