高康寧 晁波陽 申文斌 延雄華（陜西省現(xiàn)代建筑設(shè)計研究院陜西西安710048）

電解鋁廠大修渣污染分析與防治對策

高康寧 晁波陽 申文斌 延雄華
（陜西省現(xiàn)代建筑設(shè)計研究院陜西西安710048）

電解鋁工業(yè)中電解槽大修過程中產(chǎn)生大修廢渣，氟化物浸出濃度可達4000 mg/L左右，屬于危險廢物，通過水泥窯協(xié)同處置方法，可有實現(xiàn)對廢渣的徹底無害化處置。

電解鋁；大修渣；污染防治

引言

電解鋁工業(yè)中電解槽使用壽命約1800天，每5年進行一次大修，大修過程中產(chǎn)生大修廢渣，主要包括廢陰極碳塊、耐火材料、保溫磚和吸收與附著的電解質(zhì)。大修渣中氟化物含量很高。

1 電解槽內(nèi)襯吸收及吸附氟機理

氟進入電解槽內(nèi)襯的吸收及吸附機理主要如下：

（1）陰極炭塊中含有約16%—20%的孔隙率，在電解槽啟動通電后，氧化鋁中帶入的鈉會析出，向碳素內(nèi)襯的快速滲透，鈉的滲入改善了電解質(zhì)熔體對碳素陰極的濕潤性，隨后電解質(zhì)熔體隨著孔隙向內(nèi)襯中滲入，氟化鹽、金屬、碳化鋁等熔結(jié)，在碳素陰極與耐火磚之間形成灰白層[1]。

（2）炭內(nèi)襯在長期使用中不可避免地存在破損和裂隙，導(dǎo)致電解質(zhì)由外向內(nèi)滲透及滲漏，在炭內(nèi)襯中形成條塊狀電解質(zhì)物體。

（3）當碳素陰極材料吸附電解質(zhì)飽和后，在化學與電化學力的作用下，電解質(zhì)滲透通過炭素陰極后，逐漸滲入到耐火磚層，并與耐火磚反應(yīng)生成霞石[2]；電解質(zhì)滲透通過耐火磚后逐漸滲入到保溫層。

（4）電解槽大修前雖然要抽干金屬鋁液和電解質(zhì)液，但因槽膛的不規(guī)則性及槽膛槽幫與炭內(nèi)襯的緊密結(jié)合，極難將電解質(zhì)液全部抽出，也極難將炭內(nèi)襯附著的電解質(zhì)槽幫剝離干凈，使得在大修過程中附著的電解質(zhì)與炭內(nèi)襯一起被清理出來。

2 大修槽渣廢物屬性判別

大修渣中氟化物含量很高，根據(jù)相關(guān)研究，大修渣浸出液中的氟化物濃度可達4000 mg/L左右[3]，根據(jù)《危險廢物鑒別標準.浸出毒性鑒別》（GB5085.3-2007），電解槽大修渣屬危險廢物。另外根據(jù)《國家危險廢物名錄》（2016年版），電解鋁過程中電解槽維修及廢棄產(chǎn)生的廢渣屬于危險廢物，危險代碼為HW48-321-023-48。

3 大修槽渣處理處置技術(shù)

大修渣的處理處置技術(shù)主要有：回轉(zhuǎn)窯焙燒處理、水泥窯協(xié)同處置、鋁土礦燒結(jié)、浮選處理、石灰水浸泡處理等。鋁土礦燒結(jié)一般只能處理大修渣中炭質(zhì)廢料，不能對大修渣進行徹底處理，浮選處理、石灰水浸泡處理會產(chǎn)生大量的氫化氰等有毒有害廢氣，環(huán)境影響較大。

3.1 自建回轉(zhuǎn)窯焙燒處理

廠區(qū)自建回轉(zhuǎn)窯，將一定量石灰石加入廢槽內(nèi)襯中破碎到一定粒度，與一定量的粉煤灰充分混合均勻，加入到回轉(zhuǎn)窯中，通過900℃~1100℃高溫焙燒，氟化物與石灰石反應(yīng)生成氟化鈣或氟硅酸鈣。該工藝氟化物轉(zhuǎn)化率大于95%。該工藝回收的固體渣約含有20%的氟化鈣，可用作水泥生產(chǎn)輔料。使用該方法需要建設(shè)回轉(zhuǎn)窯，在處理處置大修廢渣的過程中會有破碎粉塵、焙燒煙氣等污染物產(chǎn)生，需要對上述污染物進行治理。

3.2 水泥廠協(xié)同處置

將電解槽大修渣通過專業(yè)危險廢物運輸車輛，運至具有危險廢物處理運營資質(zhì)的水泥廠，利用新型干法水泥窯對大修渣進行協(xié)同處置。大修渣先經(jīng)配料車間與其他危險廢物配料，然后加入新型干法水泥窯焙燒，新型干法水泥窯具有廣闊的空間和熱力場，處理溫度高，爐內(nèi)火焰溫度高達1650~1800℃。大修渣中的氟在燒成過程形成的HF會與CaO，Al2O3形成氟鋁酸鈣固熔于熟料中帶出窯外，約90~95%的F元素會隨熟料帶出窯外，剩余的F元素以CaF2的形式凝結(jié)在窯灰中在窯內(nèi)進行循環(huán)，極少部分隨尾氣排放。該方法與自建回轉(zhuǎn)窯處理原理相似，但協(xié)同處置企業(yè)均會建有完善的污染物防治設(shè)施，無需再建相關(guān)治理設(shè)施。

3.3 實例分析

以采用中間點式下料預(yù)焙陽極大型電解槽的某年產(chǎn)20萬噸電解鋁廠為例，每年大修渣產(chǎn)生量約0.7萬噸。若不進行合理的處理與處置，會存在較大的環(huán)境安全隱患。該企業(yè)采用水泥窯協(xié)同處置方法處理產(chǎn)生的大修渣，可使得大修渣實現(xiàn)資源化與無害化處置，對促進資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會發(fā)展具有重要意義。

結(jié)語

電解鋁工業(yè)中電解槽大修過程中產(chǎn)生大量氟化物含量很高的大修廢渣，屬于危險廢物，通過水泥窯協(xié)同處置方法，可有實現(xiàn)對廢渣的徹底無害化處置。

[1]劉業(yè)翔.《現(xiàn)代電解鋁》,冶金工業(yè)出版社，2008.

[2]陳喜平.電解鋁廢槽襯處理技術(shù)的最新研究[J].輕金屬,2011年第12期;

[3]邱竹賢.《預(yù)焙槽冶煉》，冶金工業(yè)出版社，2005;