魏志剛++吳魁++潘永寶

摘要：指出了電解鋁屬于高能耗、高污染行業(yè)而備受關(guān)注，電解鋁生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的氟化物對(duì)人體及環(huán)境產(chǎn)生不利影響，因此在電解鋁企業(yè)環(huán)評(píng)階段應(yīng)重點(diǎn)分析氟平衡，找出氟的主要輸出途徑。為此，提出了有針對(duì)性的措施，以減輕電解鋁企業(yè)在后期建成運(yùn)營(yíng)過(guò)程中對(duì)環(huán)境的不利影響。

關(guān)鍵詞：電解鋁；氟；氟平衡；煙氣凈化

中圖分類(lèi)號(hào)：X820

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：16749944（2017）12011103

1引言

電解鋁已成為現(xiàn)代生活不可或缺的產(chǎn)品，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的支柱產(chǎn)業(yè)。然而電解鋁又屬于高能耗、高污染行業(yè)，電解過(guò)程中電解槽散發(fā)的煙氣中含有大量氟化物、粉塵等大氣污染物，給環(huán)境帶來(lái)了巨大的壓力[1]。特別是氟化物，對(duì)人體健康、植物、土壤都有一定危害。對(duì)人體危害主要表現(xiàn)為對(duì)牙齒、呼吸系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、遺傳系統(tǒng)等的影響。對(duì)植物主要是抑制葉綠素蛋白質(zhì)核酸的合成、影響酶的活性、破壞葉片表皮微結(jié)構(gòu)、損傷細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)、影響碳氮代謝等，影響農(nóng)作物成熟[2]。氟污染不利于土壤聚沉，導(dǎo)致土壤空隙的堵塞，水分不易滲透，濕時(shí)泥濘，干時(shí)板結(jié)，土壤物化性質(zhì)惡化，對(duì)植被有明顯影響[3]。因此，理清電解鋁企業(yè)氟的輸入輸出途徑，提出有針對(duì)性的解決措施，對(duì)解決電解鋁企業(yè)氟污染對(duì)人體健康及環(huán)境的負(fù)面影響具有重要意義。

2氟平衡分析

某企業(yè)電解鋁氟化物主要來(lái)源于槽中加入的氟化鋁和冰晶石帶入以及凈化系統(tǒng)和電解質(zhì)回收返回的氟化物。電解槽氟化物輸出主要有以下幾個(gè)途徑：一是進(jìn)入電解煙氣中，部分經(jīng)煙囪排放、部分經(jīng)天窗排放、部分落回車(chē)間、部分收集后返回電解槽；二是吸附于電解槽內(nèi)襯；三是鑄造合金原液帶出，部分進(jìn)入鑄造渣、部分進(jìn)入產(chǎn)品、部分隨電解質(zhì)返回電解槽；四是炭渣帶出；五是電極殘極帶出，部分隨電解質(zhì)返回電解槽、部分隨殘極炭塊帶走。項(xiàng)目氟平衡表見(jiàn)表1及圖1。

2.1氟的輸入

根據(jù)建設(shè)單位提供資料，項(xiàng)目氟化鋁加入量為20 kg/t·合金，擬采用牌號(hào)為AF-2及AF-3的氟化鋁。根據(jù)GB/T4292-2007《氟化鋁》，氟化鋁中氟約占58%，因此帶入折合氟為11.6 kg/t·合金，年加入氟量為2321.33 t/年；項(xiàng)目冰晶石加入量為1 kg/t·合金，擬采用牌號(hào)為CM-0及CM-1的冰晶石。根據(jù)GB/ T4291-2007《冰晶石》，冰晶石中氟約占53%，因此帶入折合氟為0.53 kg/t·合金，年加入氟量為106.06 t/年。共加入氟12.13 kg/t·合金，合計(jì)2427.39 t/年。

陽(yáng)極炭塊生產(chǎn)過(guò)程中使用一定量經(jīng)清理電解質(zhì)后的由電解鋁廠返回的殘極及炭渣，使用的殘極及炭渣中含有一定量的氟化物，但在陽(yáng)極生產(chǎn)過(guò)程中的焙燒工序溫度高達(dá)1180℃左右，氟從炭塊中揮發(fā)出來(lái)，以氣體氟化物的形式進(jìn)入煙氣，因此在預(yù)焙陽(yáng)極炭塊中幾乎不含氟。

2.2氟的輸出

根據(jù)《預(yù)焙槽冶煉》（邱竹賢，冶金工業(yè)出版社，2005）[4]以及《鋁冶煉工藝》（王克勤，化學(xué)工業(yè)出版社，2009）[5]等資料以及調(diào)查國(guó)內(nèi)部分鋁廠等資料類(lèi)比計(jì)算可得，經(jīng)電解槽煙氣帶走氟10.66 kg/t·合金，即2133.23 t/年，在集氣效率為99%時(shí)，進(jìn)入車(chē)間空氣中的氟21.33 t/年（氟化物中氣態(tài)氟化氫大約占50%，固態(tài)氟化鹽大約占50%，由于車(chē)間的沉降作用及天窗的除塵設(shè)施設(shè)計(jì)，固態(tài)氟化鹽中60%在車(chē)間沉降，氣態(tài)氟和40%的固態(tài)氟在天窗外的集氣管集氣作用下，有50%的氟被收集，剩余50%由天窗排放），故從車(chē)間天窗無(wú)組織排放發(fā)的氟化物為7.46 t/年，車(chē)間沉降氟為6.42 t/年。收集煙氣用干法凈化回收氟，回收效率為99%，干法凈化系統(tǒng)排出量為21.19 t/年，經(jīng)煙囪排放。

根據(jù)《預(yù)焙槽冶煉》（邱竹賢，冶金工業(yè)出版社，2005）生產(chǎn)1t鋁合金產(chǎn)生約15kg炭渣，炭渣中氟的含量為29.61%，因此炭渣中帶走的氟為4.442 kg/t·合金，即888.91t/年；根據(jù)《預(yù)焙槽冶煉》（邱竹賢，冶金工業(yè)出版社，2005）、《現(xiàn)代電解鋁》（劉業(yè)翔，冶金工業(yè)出版社，2008）[6]、《電解鋁》（馮乃祥，化學(xué)工業(yè)出版社，2006）[7]、《鋁冶煉工藝》（王克勤，化學(xué)工業(yè)出版社，2009）等資料，電解槽內(nèi)襯吸附氟量為5.258～11.7 kg/t鋁，根據(jù)本項(xiàng)目設(shè)計(jì)以及加氟量等實(shí)際情況，確定內(nèi)襯吸氟量為6.382 kg/t鋁合金，由此可得經(jīng)槽內(nèi)襯吸收的氟為1277.08 t/年；根據(jù)上述資料以及項(xiàng)目設(shè)計(jì)實(shí)際情況計(jì)算，鑄造浮渣帶走115.67 t/年，進(jìn)入鋁基質(zhì)合金產(chǎn)品20.01 t/年， 殘極帶走的氟為90.45 t/年，電解質(zhì)破碎等排放廢氣中帶走氟0.2 t/年。

3電解煙氣氟的處理措施

電解鋁含氟煙氣的處理措施通常有干法凈化和濕法凈化兩種，其中干法凈化具有效率高、無(wú)二次污染、操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)[8]。本工程針對(duì)電解煙氣采取以下措施。

（1）工程采用的400kA中間點(diǎn)式下料預(yù)焙陽(yáng)極電解槽，自動(dòng)化程度高，電解槽打殼、加料全過(guò)程均由微機(jī)自動(dòng)控制，從而使槽罩開(kāi)啟次數(shù)顯著降低，煙氣集氣效率大大提高；另外項(xiàng)目在設(shè)計(jì)時(shí)電解槽密閉罩采用弧形組合罩板，比早期采用的組合直板提高了集氣效率；排煙管道采用主、付雙排煙干管道，兩干管分別有兩支管與電解槽相連接，付排煙支管上設(shè)置電動(dòng)蝶閥。在一般情況下，煙氣通過(guò)主排煙支管進(jìn)入主排煙干管，送往煙氣凈化系統(tǒng)；在開(kāi)槽等情況是，打開(kāi)支排煙管上的電動(dòng)蝶閥，增大電解槽內(nèi)負(fù)壓，減少電解槽內(nèi)含氟廢氣外逸，電解槽開(kāi)槽情況一般僅是單臺(tái)電解槽開(kāi)槽作業(yè)，增大單臺(tái)電解槽內(nèi)負(fù)壓對(duì)整個(gè)凈化系統(tǒng)運(yùn)行不會(huì)造成影響。由于上述措施，本項(xiàng)目電解槽集氣效率能夠達(dá)到99%，大大地減少了煙氣無(wú)組織排放。

（2）為了進(jìn)一步減小無(wú)組織廢氣污染物排放量，項(xiàng)目在排煙天窗增設(shè)隔塵設(shè)施，可對(duì)煙氣進(jìn)行初步氣固分離，使得氣體中60%的固態(tài)污染物沉降；廠房天窗外增設(shè)煙氣集氣管道，可將天窗逸散煙氣的50%收集至付排煙管道，減少氟化物等污染物無(wú)組織排煙量。

（3）項(xiàng)目配置了3套煙氣凈化系統(tǒng)，每套凈化系統(tǒng)配備一座60 m高煙囪。經(jīng)捕集的電解槽煙氣通過(guò)排煙支管進(jìn)入主、付排煙管道，其中天窗收集的煙氣進(jìn)入付排煙管道，煙氣匯入總煙道，進(jìn)入凈化系統(tǒng)進(jìn)行處理。凈化工藝采用新型逆向兩段干法凈化工藝，逆向兩段干法凈化工藝是《國(guó)家鼓勵(lì)發(fā)展的環(huán)境保護(hù)技術(shù)目錄》 （環(huán)發(fā)〔2006〕130號(hào)）推薦的凈化技術(shù)，根據(jù)其介紹，凈化效率達(dá)99%以上。

4氟處理技術(shù)優(yōu)點(diǎn)及可行性分析

本項(xiàng)目采用新型逆向兩段干法凈化技術(shù)主要是除塵器分離出的一次載氟氧化鋁與高濃度氟化氫煙氣在反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，完成吸附反應(yīng)的二次載氟氧化鋁在進(jìn)入袋濾器前通過(guò)離心分離器與煙氣分離；與二次載氟氧化鋁分離后的低 HF 含量的煙氣，在除塵器內(nèi)被新鮮氧化鋁進(jìn)行二次吸氟，完成煙氣干法凈化的所有吸氟過(guò)程。離心分離器分離出的二次載氟氧化鋁被收集在除塵器底部的灰斗中，作為電解原料返回電解槽使用。除塵器分離的主要為新鮮氧化鋁吸氟后的一次載氟氧化鋁，該載氟氧化鋁進(jìn)入氟化氫吸附反應(yīng)器。凈化后煙氣由煙囪排放。

新型干法凈化系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：新型逆流兩段煙氣干法凈化工藝技術(shù)，充分利用了新鮮氧化鋁和載氟氧化鋁吸附氟化氫的反應(yīng)特性，克服了傳統(tǒng)干法凈化工藝存在的無(wú)法進(jìn)一步提高全氟凈化效率、載氟氧化鋁存在死循環(huán)、影響布袋清灰效果的問(wèn)題。新型逆向兩段干法凈化工藝流程見(jiàn)圖2。

凈化后煙氣經(jīng)3座60 m高煙囪排放，排放氣體中所含氟化物、粉塵和SO2濃度均滿足《鋁工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB25465-2010）中新建企業(yè)污染物排放濃度限值要求。

參考文獻(xiàn)：

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[5]王克勤.鋁冶煉工藝[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

[6]劉業(yè)翔.現(xiàn)代電解鋁[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2008.

[7]馮乃祥.電解鋁[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[8]邱靜茹，王飛，趙丹丹，等.電解鋁含氟煙氣的凈化技術(shù)[J].廣州化工，2015，43（1）：15～16.