王亞妮

(青海橋頭鋁電股份有限公司, 青海 大通 810100)

氧化鋁載氟均勻性對煙氣凈化效果的影響

王亞妮

(青海橋頭鋁電股份有限公司, 青海 大通 810100)

介紹了氧化鋁載氟料的變化對投料量的影響。通過對凈化系統(tǒng)載氟料的化驗(yàn)分析，可以得出電解鋁生產(chǎn)中的氟平衡和排放氟化物的成分，對控制氧化鋁的載氟均勻性，進(jìn)一步穩(wěn)定投料量，減少投料波動、提高凈化效果有指導(dǎo)意義。

載氟氧化鋁； 均勻性； 煙氣凈化

鋁電解生產(chǎn)中散發(fā)出的有害氣體主要是氟化氫，目前電解鋁廠都以氧化鋁為吸附劑進(jìn)行干法凈化。在凈化過程中，氧化鋁投料量連續(xù)均勻時，吸附氟化氫的能力較好，氧化鋁含氟量比較均勻，這樣有利于電解生產(chǎn)分子比的保持，凈化效果較好；同時載氟料的均勻性也影響著氧化鋁的流動性，從而影響供料穩(wěn)定性。

因此通過對載氟料的化驗(yàn)分析，可保證氧化鋁載氟和流動性穩(wěn)定，從而保證投料量均勻，進(jìn)一步提高凈化效率，保證電解生產(chǎn)技術(shù)參數(shù)，提高電流效率。

1 供料凈化工藝流程簡介

供料凈化過程包括3部分：向煙管中投入新鮮氧化鋁料、新鮮氧化鋁料與煙氣發(fā)生化學(xué)吸附反應(yīng)及載氟氧化鋁料的輸送。

投料設(shè)備主要由鋼儲倉、2道插板閥、300 mm溜槽、連續(xù)沖板流量計(jì)、投料箱、高壓風(fēng)機(jī)供風(fēng)管等構(gòu)成。該設(shè)備主要利用氧化鋁流態(tài)化原理，以高壓風(fēng)機(jī)提供風(fēng)源為動力，推動氧化鋁經(jīng)300 mm溜槽流向煙管。

在主煙管反應(yīng)段內(nèi)，新鮮氧化鋁與電解生產(chǎn)煙氣(氟化氫氣體)接觸反應(yīng)，對其進(jìn)行化學(xué)吸附。氧化鋁在凈化系統(tǒng)中的吸附過程分為氣膜、微孔擴(kuò)散、顆粒吸附3個過程[1]。其化學(xué)式如式(1)：

Al2O3+6HF=2AlF3+3H2O

(1)

形成的載氟氧化鋁通過袋式除塵器進(jìn)行回收，通過風(fēng)動溜槽送到空氣提升機(jī)中，最終進(jìn)入載氟倉。一部分載氟氧化鋁重返煙管經(jīng)2次凈化，另一部分供電解槽用料，凈化后的煙氣經(jīng)排煙風(fēng)機(jī)送至煙囪排到大氣中。

2 載氟料的變化對投料量的影響

(1)投料量波動的主要原因是氧化鋁料載氟程度不同導(dǎo)致物料流動性有差別，載氟程度越大，氧化鋁流動性越差。

(2)投料量瞬間增大，首先導(dǎo)致投料箱積料下料不暢，影響凈化效率，此時需要關(guān)閉高壓風(fēng)管閥門，人工清理雜質(zhì)，清理時造成氧化鋁飛揚(yáng)，氧化鋁均勻載氟受到影響。其次煙道積料引起凈化系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)如負(fù)壓、排煙風(fēng)機(jī)引風(fēng)量的減少，最終影響氟化氫煙氣與氧化鋁的反應(yīng)。再次投料量過大導(dǎo)致300 mm溜槽或密封箱走料易堵，造成密封箱冒料，形成氧化鋁飛揚(yáng)，嚴(yán)重影響現(xiàn)場工作環(huán)境，導(dǎo)致空氣提升機(jī)輸送管道易結(jié)垢，管道輸送能力降低，引起羅茨風(fēng)機(jī)負(fù)荷增加，嚴(yán)重時會導(dǎo)致羅茨風(fēng)機(jī)跳閥，影響高壓風(fēng)機(jī)、羅茨風(fēng)機(jī)及凈化系統(tǒng)的平穩(wěn)健康運(yùn)行。

(3)投料量小導(dǎo)致物料品質(zhì)差，流動性下降，超濃相系統(tǒng)走料不暢，影響正常供料，引起電解缺料效應(yīng)增加，導(dǎo)致電耗增加。投料量波動也會導(dǎo)致電解質(zhì)分子比變化，影響電解生產(chǎn)和電流效率。

3 凈化系統(tǒng)中載氟料的化驗(yàn)分析

載氟氧化鋁中的含氟量可用硝酸釷容量法測定。該法將載氟氧化鋁試樣與碳酸鉀鈉、石英砂共熔，使鋁與氟分離，在pH=2.9～3.1時，用硝酸釷滴定測定含氟量。

3.1 制取硝酸釷標(biāo)準(zhǔn)溶液

(1)配制

稱取2.5 g四水合硝酸釷(Th(NO3)4·4H2O)(或水合程度不同，質(zhì)量相當(dāng)?shù)南跛徕Q)以水溶解稀釋到1 L。

(2)標(biāo)定

稱取0.25 g載氟氧化鋁標(biāo)樣進(jìn)行標(biāo)定。

硝酸釷標(biāo)準(zhǔn)溶液對氟的滴定度按(2)式計(jì)算：

T=F標(biāo)×G/(V-V0)×100

(2)

式中：T——硝酸釷標(biāo)準(zhǔn)溶液對氟的滴定度，g/mL；

F標(biāo)——標(biāo)準(zhǔn)樣品載氟氧化鋁中氟的百分含量，%；

V——滴定標(biāo)準(zhǔn)樣品所消耗硝酸釷標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，mL；

V0——滴定試劑空白所消耗硝酸釷標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，mL；

G——稱取標(biāo)準(zhǔn)樣品載氟氧化鋁的質(zhì)量，g。

3.2 分析化驗(yàn)

(1)稱取0.25 g干燥試樣，將試樣置于鉑堝中，加0.5 g石英砂、3.0 g碳酸鉀鈉混勻，其上再覆蓋2.0 g碳酸鉀鈉。

(2)將坩堝放低溫處(約650 ℃)加熱至熔融狀態(tài)后，于900 ℃保持15 min取出，將其底部放入冷水槽中冷卻，同時蓋上表面皿，冷卻后加入沸水，于電熱套上抽取，熔塊松動后，轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯燒杯中，再用水把坩堝洗凈。用玻璃棒搗碎熔塊于電熱套上微熱，使大塊全部破碎，然后在電熱套上加熱煮沸2 min,再攪拌下移入250 mL容量瓶中，用水稀釋到刻度，混勻，靜放數(shù)分鐘后，將上層液用中速濾紙過濾(最先濾出的濾液棄去)。

(3)吸取濾液25 mL于250 mL燒杯中，加入75 mL水和茜素磺酸鈉溶液15滴，以3.0 mol/L鹽酸將其由紫色調(diào)至淺紅色(pH值≈6)，再用0.1 mol/L鹽酸調(diào)至穩(wěn)定的黃色(pH=4.9～5.2)，然后滴加緩沖溶液直到pH=3.4±0.1(約需2 mL緩沖溶液，用酸度計(jì)檢查pH值)時加0.1 g/L次甲基藍(lán)溶液3滴(溶液呈淺綠色)。用磁力攪拌器攪拌(控制一定的攪拌速度)，用硝酸釷標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至淡黃色，繼續(xù)滴定到剛出現(xiàn)微紅色為終點(diǎn)。(終點(diǎn)過程為：草綠—淡黃—無色—微紅)

3.3 分析結(jié)果的計(jì)算

試樣中的氟含量按(3)式計(jì)算：

F(%)=T×(V-V0)/G×100

(3)

式中：F——試樣中氟的百分含量，%；

載氟量分析結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)的對應(yīng)關(guān)系見表1。

4 電解生產(chǎn)中氟平衡及氧化鋁吸氟能力計(jì)算

4.1 電解生產(chǎn)中氟平衡

工藝水平的提高大幅降低了電解過程氟化鹽的消耗量。比較典型的載氟氧化鋁的消耗量由27 kg/t-Al降到20 kg/t-Al,冰晶石由5.0 kg/t-Al降到2.9 kg/t-Al，同時由于管理的加強(qiáng)，機(jī)械損失也大幅減少。氟化鹽的收入支出關(guān)系被打破，表2為240 kA電解槽氟平衡分析[2]。煙氣中產(chǎn)生的氟化物量由17.8 kg/t-Al降低到10.9 kg/t-Al。

4.2 排放氟化物的成分分析

煙氣中氟化物含氣氟和固氟，降低氣氟主要措施要提高吸附反應(yīng)效率，降低固氟的主要措施是提高氣固分離(除塵器)的效能。根據(jù)環(huán)保監(jiān)測統(tǒng)計(jì)，氟化物中氣、固氟比例見表3[3]。

因此可粗略估算，參與載氟反應(yīng)的氣氟占排放總氟的30%，即噸鋁產(chǎn)生氣氟3.27 kg/t-Al。

表1 氧化鋁含氟量與流動性、凈化效果的實(shí)際生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)

表2 電解鋁氟平衡計(jì)算(以1 t鋁為基數(shù))

表3 環(huán)境監(jiān)測報(bào)告中氣氟和固氟所占比例

4.3 吸附容量

吸附量可由(4)式求出[3]：

(4)

式中：S——氧化鋁比表面積，m2/g；

M——HF的摩爾質(zhì)量；

Am——HF分子的橫截面積；

N0——阿佛加德羅常數(shù)。

當(dāng)S=80 m2/g時

w=26.16 mg/g

按噸鋁耗氧化鋁1 930 kg/t-Al計(jì)，1 930 kg氧化鋁可吸附50.488 kg氟，可吸附氟化物是煙氣中氣氟的15.44倍。因此如果新鮮氧化鋁與煙氣均勻混合，煙氣中的氟可全部被吸附。

5 結(jié)論

通過化學(xué)分析和實(shí)際生產(chǎn)計(jì)算可得出以下結(jié)論：

(1)240 kA電解槽煙氣中帶出的氟含量約為11.0 kg/t-Al，其中以氟化氫氣體形式存在的約為3.30 kg/t-Al。

(2)生產(chǎn)1 t鋁所耗氧化鋁約為1 930 kg。理論上，1 930 kg氧化鋁能吸附氟化氫50.488 kg，即煙氣中所有的氟化氫氣體都能被吸附。

(3)氧化鋁中載氟量為0.45%～0.88%時，氧化鋁的流動性較好，且凈化效率高。

[1] 文旭東.鋁電解凈化系統(tǒng)綜合優(yōu)化措施與管理[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2007.

[2] 李超南.電解鋁預(yù)焙槽煙氣治理[C].廣西：第四屆全國輕金屬冶金學(xué)術(shù)會議論文集.

[3] 逢天智.電解鋁企業(yè)節(jié)能降耗任重道遠(yuǎn)[J].中國鋁業(yè)，2006(11).

Influence of Uniformity of Fluorited Alumina on Flue-gas Purification Effects

WANG Ya-ni

The affects of changes of fluorited alumina on feeding amounts were introduced. The chemical tests for fluoride materials in purifying system showed that the fluoride balance in electrolysis aluminum production and composition of discharged fluoride could control uniformity of fluoride content in alumina, stabilize feeding amounts, reduce feeding fluctuation and increase purifying effects.

fluorited alumina; uniformity; flue gas purification

2013-08-16

王亞妮(1984—)，女，甘肅慶陽人，大學(xué)本科，助理工程師，從事鋁電解物料的物理化學(xué)分析管理工作。

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1008-5122(2014)01-0038-03