電解鋁企業的環境污染問題及治理措施

李 偉

（焦作萬方鋁業股份有限公司，河南 焦作 454150）

隨著我國電解鋁企業生產技術的不斷提升，金屬鋁的純度和質量都獲得了很大程度的提高，極大地促進了相關領域的發展。但在利用電解法制造金屬鋁的過程中可能會產生各種各樣的污染物，這給我國現階段的環境污染防治帶來了一定的壓力。為了能夠促進電解鋁產業的現代化發展，需要不斷提高對電解鋁產業污染防治問題的重視，企業需要從生態經濟的角度出發，來嚴格管控生產過程中的各類污染物，將污染物進行無害化處理后再進行排放[1]。

1 電解鋁產業的主要環境污染來源和危害

1.1 電解鋁污染物的來源

在電解鋁產業中，最常用的金屬鋁制備方法為冰晶石-Al2O3熔鹽電解法，這種方法將電解鋁的制備當作一種電化學反應過程，同時將Al2O3，AlF3和AlF6Na3等原材料加入到電解池當中，將原材料加熱到950℃左右，并通過直流電來實現電化學反應。金屬鋁將會在電解池的陰極進行析出，隨后便可以通過真空抽吸等方式將金屬鋁提取出來。提取后的金屬鋁將會被送入鍛造車間，金屬鋁液將會在熔煉爐中進行工業調配，根據最終產品的需求被制作成為鋁錠或鋁合金。

Al2O3在電解池中被充分溶解，隨后便會和陽極元素發生氧化還原反應，陰極析出金屬鋁，陽極主要析出CO2氣體。由于原材料中含有AlF3等化學成分，在電解的過程中可能會生成氟化物等有毒有害粉塵，這些化學成分會以電解煙氣的形式析出。電解煙氣中的主要成分就是氟化物，氟化物可以分為氣體和固體成分，氣體氟化物主要是HF，CF4和SiF4等物質，固體氟化物則主要為氟化物粉塵和AlF6Na3等固體成分。電解鋁過程中產生的氟化物是主要的環境污染物，同時隨著電解池中陽極成分的氧化，有可能會有部分的硫元素被氧化為SO2，因此所排放的氣體中可能會存在一定的SO2成分[2]。這些污染物會對電解鋁生產車間造成污染，影響技術人員的生命健康。如果這些廢氣被直接排放，將會對當地的大氣環境造成不可逆的損傷。

1.2 電解鋁污染物對自然環境的危害

電解鋁的生產過程中產生的物質可以按照種類進行劃分，具體分為空氣污染、廢水污染、工業殘渣污染和噪聲污染。電解鋁生產過程中的廢氣對于環境的污染程度最為嚴重，主要的廢氣成分為氟化物粉塵和SO2等。氟化物對于環境的污染程度最深，氟化物中主要包括HF，CF4和SiF4等氣體物質和粉塵物質。在電解過程中，這些物質都會隨著電解質一起揮發，大部分將會被排放到大氣環境之中。此外，由于電解程度的不充分，可能會形成CO氣體，CO會和人體的血紅蛋白結合，造成人體氧含量不足，嚴重的會危及生命。SO2則是酸雨的主要成分，對于植物和建筑的損害較重。

工業殘渣污染主要是電解池中的殘留物質，可以分為陰極碳材料、鋁化合物和污泥等。這些工業殘渣成分中含有大量的氟化物和氰化物，因此電解鋁企業的工業殘渣被視為工業危險廢物[3]。氟化物在工業殘渣中的占比較大，一般可達50%以上，同時工業殘渣中鋁化合物的含量也嚴重超出我國工業排放標準。傳統電解鋁產業的工業殘渣處理方式不科學，很多企業直接將工業殘渣進行填埋操作，其中部分的可溶性物質會隨著雨水混入到當地的河流體系中，對動植物乃至人類造成長期的危害，將會破壞當地的生態環境。如果工業殘渣不能得到有效處理，將會造成當地生態環境的不可逆損傷，影響當地農業和用水安全。此外，采取填埋操作還會占用大量的土地空間，這些工業殘渣普遍需要較長時間來進行分解，不利于人類社會的可持續發展。

2 電解鋁企業的污染防治措施

2.1 空氣污染的防治措施

電解鋁產業中主要的污染來源是空氣污染，空氣污染物主要分為CO，SO2和各種氟化物。空氣污染物不僅會對生態環境造成破壞，還會危害人體的健康。為了實現理想的空氣污染防治效果，首先，企業的管理人員需提高環境保護意識，不斷優化生產流程，提高電解鋁制備的效率，將各種氟化物進行充分反應，減少中間反應物質的生成，這樣能夠有效減少空氣污染物的產生；其次，電解鋁企業需要加強電解池的結構研究，確保電解池裝置的密閉性，這也是減少空氣污染物的有效措施，但是很多情況下需要打開電解池進行操作，為了能夠減少電解池打開后的空氣污染排放，就需要設計更為高效的電解池排煙裝置，對排出的氣體進行回收處理。此外，電解池需要進行點擊更換等操作，技術人員需要在電解池中布置合理的煙氣回收系統，對電解過程中生成的污染物進行無害化處理后再進行排放。目前很多電解鋁企業都應用了Al2O3來吸收HF氣體，這種凈化方式的轉化率較高，HF氣體能夠被Al2O3充分吸收，是一項毒害轉化的高效技術。HF氣體被Al2O3吸收后，Al2O3會被轉化為氟氧化鋁，這部分物質能在經過凈化系統后，被電解池二次利用，有效提高了電解鋁制備的效率。隨后氣體物質在經過處理后，經過檢測能夠符合國家污染物排放標準，這時才能夠經過煙囪排放到大氣中。

隨著電解鋁制備的流程升級，我國的污染物排放標準也逐漸發生改變，對于電解鋁產業的空氣污染排放標準變得越來越嚴格。在以往的污染物排放標準中對于SO2氣體的容忍度較高，但是由于酸雨問題對生態環境的影響，我國提出了SO2排放的新標準。根據我國污染物排放標準，SO2的排放量應低于每立方米氣體35 mg，這對于電解鋁企業的生產制備流程提出了新的挑戰[4]。企業可以從控制原材料含硫量的角度入手，降低生產材料中的硫元素含量，同時盡可能采用清潔能源，避免采用傳統的燃料類型。企業還可以進一步升級生產流程，在排放物的處理系統中對SO2氣體進行針對性的處理。

考慮到電解鋁企業需要同時處理SO2氣體和氟化物，企業可以采用煙氣脫硫和脫氟技術，原有的傳統凈化系統中都是應用Al2O3來吸收HF氣體，企業可以將凈化系統進行整合。以往的脫硫技術主要在鋼鐵企業中應用，這些企業的燃料需求量較大，因此廢氣中SO2的占比較大。但是電解鋁產業和鋼鐵產業的脫硫技術需求不同，電解鋁產業的氣體排放物中的CO2濃度較低，但是煙氣量較大，同時煙氣的溫度相對較低。因此，電解鋁產業不能直接應用鋼鐵產業的脫硫技術，需要根據電解鋁產業的實際特點來選擇合適的脫硫技術，盡可能選擇性價比較高的技術方案。針對電解鋁行業的自身特點和污染物類型來選擇合適的空氣污染物處理方式，其也是解決電解鋁產業空氣污染的關鍵方式[5]。

2.2 廢水污染的防治措施

電解鋁在生產過程中可能會產生氰化物和氟化物等有毒有害物質，這些物質可能對水源造成一定的污染。電解鋁企業需提前對廢水進行中和處理，在符合國家排放標準后再將廢水排入處理管道中。目前，很多電解鋁企業已經應用了廢水處理的創新思路，工業廢水和生活廢水在處理后不再進行排放，在內部污水處理裝置處理后進行二次利用，有效提升了水資源的利用率。為了能夠提升廢水處理的效率，電解鋁企業需要根據自身的特點來選用自動化的廢水處理系統。污水處理系統主要分為混合反應、氣浮和過濾等，后續處理的廢水可以作為植物灌溉、冷卻水和噴淋裝置用水等。企業的生活廢水中可能含有過高的油性物質，因此也不能直接進行排放。生活廢水可以在污水處理后，進行園區的灌溉和清潔。綜上所述，電解鋁企業在進行廢水處理的過程中，需要嚴格減少廢水的排放量，加大企業內部水資源的循環力度，不斷提高水資源的重復利用率，這樣能夠在節省資源的情況下實現對生態環境的保護，實現電解鋁企業的可持續發展。

2.3 工業殘渣污染的處理措施

電解鋁企業中生成的工業殘渣可以分為電解池殘渣、碳渣、鋁化合物、電極殘留和污泥等類型。按照我國電解鋁企業的管理規范，企業的工業殘渣需要進行回收利用，對于不可以利用的工業殘渣需要進行無害化處理，隨后殘渣便可以送到專門的處理廠進行填埋。針對電解池的殘渣主要可以利用填埋法和濕法處理技術等方式。填埋法需要填埋場地具有一定的抗腐蝕能力，因此相關場地的建設成本較高，也會造成部分成分的浪費。濕法處理技術可能會產生一定的HNO3和HF氣體，這些化學成分對于設備和管道都有一定的腐蝕，如果被人體吸入還會造成嚴重的健康問題。因此濕法處理技術不適合大規模的殘渣處理，也與生態保護的目標不適應。目前電解鋁企業可以應用水浸生產工藝，這種工藝能夠有效回收陽極所產生的碳質，回收的鈉鹽也能夠被用作金屬鋁鍛造的原材料。此外，部分殘渣在進行脫氟處理后，可以被用作電解池的防滲漏材料。部分化學材料在進行無害化處理后，可以被生產為無機肥料，這些肥料可以被周邊農業產業所使用。應用了水浸處理工藝后，能夠實現大部分殘渣的二次利用，資源利用率超過90%，有效實現了殘渣的無害化處理和工業內循環[6]。

在電解鋁的過程中，陽極會出現碳渣的脫落。碳渣中碳元素的含量大約占到30%，剩下的物質成分大多為電解質。電解質中主要包含氟化鹽和AlF6Na3，因此只有提高對電解質的應用，才能有效實現碳渣的二次回收。目前電解鋁企業普遍采用浮選法對碳渣進行處理，利用二者物理性質的差別，能將碳渣中碳元素和電解質成分進行分離，隨后便能實現不同物質的回收利用。經過實踐驗證，浮選法所能夠提取出的電解質成分的純度較低，無法直接實現電解質的直接利用。目前很多研究人員正在針對浮選法的工藝流程進行改進，進一步優化浮選指標。電解鋁企業可以成立專門的實驗小組，對浮選法的技術實踐方法進行進一步研究。浮選法在具備良好的浮選指標的情況下，所得出的碳元素能夠被直接利用到電極的制備過程中，電解質也能獲得較高的純度，可以直接被電解池二次利用。

電解鋁企業在電解和鍛造過程中會產生一定的殘渣，這些殘渣大部分都是鋁化合物，因此這部分的殘渣被稱為鋁灰。鋁灰中鋁元素的含量較高，通常情況下鋁元素的質量能夠達到殘渣整體質量的80%左右，因此鋁灰具有較高的應用價值和再利用價值[7]。企業可以利用鋁灰處理系統來提取殘渣中的鋁成分，隨后可以通過細篩等方式進一步獲得鋁顆粒，這些鋁顆粒可以被稱為是二次鋁灰。二次鋁灰的鋁含量進一步提高，但是其中含有大量的有毒有害物質，必須要對二次鋁灰進行無害化處理。二次鋁灰中主要含有氟化物和氰化物等有害物質，因此可以通過堿化和酸浸等方式進行處理。在去除掉有毒有害物質后，二次鋁灰可以進行高溫處理，得到電解鋁的原材料，同時企業也可以將二次鋁灰中的成分應用到其他工業耗材的生產中，進一步實現資源的優化利用。鋁灰中雖然含有大量的有毒有害物質，但是其中也含有大量的鋁化合物，提升對鋁灰中鋁元素的應用能夠大幅度提高企業的資源利用率，進一步實現可持續發展的理念。

最后，電解鋁企業還存在著殘留電極與污泥這兩種物質。對于電極而言，企業可以在電解池清洗后，將部分陽極材料進行清洗，將可用部分用到電極制備當中。殘留電極的主要成分是C，因此在經過簡單處理后電極也可以充當電解燃料。污泥中除了有害物質外，還含有大量微量元素，這些元素對于作物生長都具有一定作用。電解鋁企業可以將污泥進行無害化處理后，將污泥轉交給肥料生產企業，可以有效提高資源的利用率。

2.4 噪聲污染的防治措施

電解鋁企業的噪聲來源集中于機械設備，因此企業可根據噪聲大小采用對應的噪聲處理裝置，減緩機械設備的振動情況，并在生產車間內進行消聲處理，不斷優化車間的工作環境，切實保障工作人員的健康。部分技術人員在操作器械時，可以佩戴專業的降噪耳塞，或是在隔音控制室內進行操作。企業需要對工作環境進行噪聲測試，對于噪聲超過5 dB的機械設備進行進一步消聲處理。

3 結束語

金屬鋁是現代社會中必不可少的原材料之一，目前電解鋁仍是制備金屬鋁的有效途徑。但是在電解鋁的制備過程中會產生大量的有毒有害物質，如果沒有針對這些物質進行處理，將會對生態環境造成損害。電解鋁企業需要承擔起環境保護的責任，增強環境保護的意識，不斷優化生產流程，在加大環境保護力度的基礎上，提高資源的利用率，充分實現企業內部資源的循環，這樣才能夠促進電解鋁企業的可持續發展，才能夠讓電解鋁企業更適合未來生態社會的發展目標。