再生鋁棒生產項目產污環節研究

付春梅，勾東東，韓小問，李 青

（河北欣眾環?？萍加邢薰?，河北滄州 061000）

通過深入再生鋁棒生產項目現場進行實地踏勘，并對項目典型工藝及主要環境問題進行了詳細的調研考察和資料收集，結合項目主要原輔材料消耗和主要生產設備，確定此類項目生產全流程污染物產生情況，為企業環保治理提供參考依據。

1 項目主要原輔材料消耗情況

通過對同類項目的調查，確定再生鋁棒項目的主要原輔材料消耗情況，詳見表1。

表1 主要原輔材材料消耗情況一覽表

同類項目各原材料理化性質詳見表2。

表2 各原材料理化性質一覽表

2 項目主要生產設備

通過對同類項目的調查，確定再生鋁棒項目的主要生產設備情況，詳見表3。

表3 主要生產設備情況一覽表

3 生產工藝及排污節點

本次研究主要以典型的再生鋁棒生產工藝為對象，由于生產工藝的差異性，不同的生產工藝污染物產生情況會不同。生產工藝如圖1 所示。

圖1 再生鋁棒工藝流程及排污節點圖

本項目原料鋁材采用的主要是鋁錠、鋁型材基料、炒灰機回收的鋁液、不合格鋁棒；輔料主要有鎂錠、合金硅、精煉劑、清渣劑等。原輔材料投入反射爐內進行加熱熔化，采用天然氣加熱，溫度控制在730～750 ℃，使爐料熔化，并通過添加精煉劑、清渣劑將爐料內的雜質、氣體有效去除。加熱熔化后的液體爐料倒入模具內，采用水直接冷卻成型。

（1）原料配比

擬建項目根據生產的合金牌號，結合相關標準，將所需原料按比例配備并按相關順序入爐。根據生產合金牌號的成分要求，將商品鋁錠、鋁型材基料、合金及其添加劑按比例調配成爐料，再投入反射爐進行鋁合金生產。

（2）投料

將調配好的爐料分批次放入反射爐內，放料后關閉進料口，使反射爐密閉運行。爐門上方設集氣罩，投料產生的廢氣由管道引至廢氣處理系統進行處理。該工序反射爐產生廢氣（G1）和噪聲（N1）。

（3）熔化

該項目反射爐帶有蓄熱式焚燒系統，反射爐的加熱火焰直接噴入爐內，加熱了爐頂和爐墻，同時也加熱了爐料。爐料靠高溫爐氣和被加熱到高溫的爐頂和爐墻的輻射來加熱、熔化。熔化溫度保持在730～750 ℃，熔煉時間6～7 h，保溫0.5 h。

（4）扒渣

當爐料全部熔化后，在熔體表面形成一層由金屬氧化物和其他廢金屬夾雜物所組成的熔渣。在進行下一步熔煉之前，需要將這層熔渣除掉。

熔渣主要通過添加除渣劑來去除，除渣原理為：除渣劑中含有大量能增加鋁、渣之間表面張力的物質，又含有一定量的發熱物質，使粘稠的濕渣、塊狀渣變成干性粉狀渣，同時吸附氧化夾渣、金屬氧化物等，達到除渣的目的。扒出的熔渣進入鋁灰處理系統。

（5）攪拌

熔體攪拌可以加快鋁液熱傳遞，提高熱效率，攪拌在一定程度上也能起到破壞氧化膜的作用。熔化過程及熔煉速度對鋁棒質量有重要影響。熔化過程中應注意防止過熱，爐料熔化液面呈水平之后，應適當攪動熔體使溫度一致[1]。

（6）爐前分析、成分調整

在熔煉過程中，由于各種原因可能會使合金成分發生變化，這種變化可能使熔體的真實成分與配料計算值發生較大偏差。因而須在爐料熔化充分攪拌后，立即取樣，進行爐前分析[2]。采用光譜法快速鑒別鋁液化學組成和相對含量，當成分不符合標準要求時，應進行補料或沖淡[3]。

（7）精煉

從熔體中除去氣體、雜質和有害元素，以獲得優良鋁液的工藝方法和操作過程叫精煉。本項目采用溶劑精煉和吹氣精煉的方式，將精煉劑置于精煉罐內，利用N2將精煉劑吹入鋁液內，進行精煉，同時具有除渣和除氣的作用。

①溶劑精煉：本項目使用的粉狀精煉劑，主要成分是NaCl（60%）、NaCO3（12%）、KCl（10%）、CaF2（10%）和Na3AlF6（8%），主要反應方程式如下：

Na3AlF6=3NaF+AlF3

2Al+AlF3→3AlF↑

Al+NaCl→AlCl↑+Na

6AlF+3O2→Al2O3+2AlF3

6ACl+3O2→Al2O3+2AlCl3

H2+2Cl→2HCl

產生的氣態產物AlF、AlCl、HCl 不溶解在鋁內，在金屬氧化物的界面上呈氣泡析出時，促使氧化膜與金屬分離，并使氧化膜轉入到精煉劑中去，同時氣泡具有浮選除渣的作用，此外，氣泡還能夠通過浮選去除部分夾雜物。

②吹氣精煉：本項目使用的惰性氣體為N2，N2吹入鋁液后，形成許多細小的氣泡，夾雜物與氣泡相遇后會被吸附在氣泡表面并隨氣泡浮出熔體表面。根據分壓差脫氣原理，氮氣泡中最初的平衡氫分壓約為0，鋁液中的平衡氫分壓不為0，二者存在壓差，使溶于金屬中的氫不斷擴散至氣泡中，直至氣泡中氫的平衡分壓與鋁液中氫的平衡分壓相等。氣泡浮出液面后，熔體中的氫氣將逸出進入大氣，鋁液表面的氧化物不能自動脫離氣相而重新溶于鋁液中，待聚集到一定數量時，即可機械去除。吹氣過程中采用較低的通氣壓力和速度，這樣可以擴大氣泡的表面積，減緩氣泡上升速度，從而去除較多的氣體。吹脫法目的是除氣，同時也能起到除雜的作用。

（8）精煉后扒渣

精煉工序會產生一定量的熔渣浮于表面，浮渣對熔體有保護作用，但浮渣太多又會影響熱傳遞，因而浮渣要定時耙出清除，通過機械方式清除（俗稱“扒渣”），這部分熔渣含有一定量的鋁，因此項目設置炒灰機回收其中的鋁料。該工序產生固廢（S2）。

（9）澆鑄

精煉后的鋁液進行澆鑄，采用直接水冷鑄造技術，成品率在98%左右。

精煉后的鋁液進入鑄造模具框架頂部的分配流槽，由分配流槽將鋁液倒入鑄造模具。當鋁液在鑄造模具內達到設定高度時，模具開始下降，在模具下部結晶的鋁合金棒被引出模具，并且隨模具勻速下降，同時被鑄造井內的冷卻水直接冷卻，形成鋁合金棒。該工序產生噪聲（N2）。

（10）檢驗

澆鑄成型的鋁棒需對其進行檢驗，不合格鋁棒重新進入熔化工序進行回用。該工序產生固廢（S2）。

（11）鋁灰處理系統

熔煉過程中產生的熔渣含有一定量的鋁（一般約40%），熔渣成分較為復雜，它與鋁型材基料的合金成分、使用的精煉劑和清渣劑有直接關系，與爐內氣氛等也有關系，一般情況下熔渣的成分大致為Al：10%～30%，A12O3：20%～40%，Si、Mg、Fe 氧化物：7%～15%，K、Na、Ca、Mg 的氯化物和氟化物15%～30%。根據其主要成分判定固廢屬性。

本項目產生的熔渣送入炒灰機進行處理，回收約70%的鋁液。炒灰機利用熔渣自燃原理產生的熱能進行運轉，工作過程中不停的翻轉，將熔渣中的鋁料（液態）收集在一起，收集的鋁液通過炒灰機出口流出，并送熔化工序與原材料鋁料一起進行熔化處理，不可利用的鋁灰外售至鋁冶煉企業。該工序產生廢氣（G2）、噪聲（N3）和固廢（S3）。

通過對項目生產工藝分析，確定排污節點環節及治理措施。典型典型生產工藝排污節點及治理情況詳見表4。

表4 項目典型生產工藝排污節點及治理一覽表

4 結語

通過對再生鋁棒生產項目典型工藝的分析，確定廢氣、廢水、噪聲和固體廢物各產生環節。為再生鋁棒企業提供準確的污染源，以便采取經濟可行和技術可行的污染治理措施，實現企業污染物長期穩定達標排放。