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1　 現狀及分析

目前國內預焙陽極電解鋁含氟廢氣控制技術主要采用 “ 管道式 ”電解鋁含氟煙氣干法凈化技術 , 該技術做到了電解鋁含氟煙氣達標排放 , 但存在運行不穩定、吸附不均勻、氧化鋁破損大、操作控制難度大等缺陷 , 采用 “n型噴射兩級逆流吸附干法凈化技術 ”克服了 “管道式 ”電解鋁含氟煙氣干法凈化技術中的缺陷 , 不僅從根本上解決了電解鋁含氟廢氣污染治理問題 , 促進了電解鋁生產 , 同時進一步提高了含氟廢氣凈化效率 , 降低了噸鋁氟化鹽消耗及噸鋁氟化物排放量 , 實現了節能降耗減污和更低排放量的達標排放 , 在我國鋁電解含氟廢氣控制技術方面具有很好的推廣應用價值。

2　 鋁電解工藝

鋁電解工藝生產采用傳統的冰晶石 — 氧化鋁熔融電解法 , 將冰晶石、氟化鋁及其它添加劑等物質按要求的配比加入電解槽內 , 將一定量的沙狀氧化鋁及吸附了電解煙氣中氟化物的載氟氧化鋁原料溶解于熔融的冰晶石中 , 通過炭素陽極導入直流電流 , 發生電化學反應 , 在陰極上析出液態鋁。電解生產過程中析出的 O2 同陽極炭反應生成 CO和 CO2 , 這些氣體與氟化鹽水解產生的氟化氫、四氟化碳以及氟化鹽揮發、氟化鋁升華的凝聚物和含氟煙氣經電解槽的密閉罩收集后送往采用 Al 2O3為吸附劑的干法凈化系統處理 , 凈化后的煙氣排入大氣。

300K A大型預焙陽極電解槽共兩個車間 248 臺 , 建設有 n型噴射兩級逆流吸附干法凈化設施 3 套、連續計量 “ 組合式 ”輸送系統 6套。 ”工藝流程見圖 1。

3　 煙氣凈化

3.1　 煙氣凈化技術

鋁電解生產用原料氧化鋁具有較大的比表面積 , 對氟化氫氣體有較強的吸附能力。鋁電解生產過程中產生的含氟煙氣經密閉罩捕集后 , 經電解排煙支管匯入排煙總管 , 在進入脈沖噴吹袋式收塵器之前 , 將新鮮氧化鋁、載氟氧化鋁分別經過均勻分料后 , 加入排煙總管和 n型噴射反應器中 , 使氧化鋁和含氟煙氣氣固兩相充分接觸發生反應 , 氟化氫被氧化鋁吸附 , 形成載氟氧化鋁, 載氟氧化鋁和從電解槽中隨煙氣帶出的粉塵均在脈沖噴吹袋式收塵器內被分離下來 , 一部分循環進入 n型噴射反應器 , 一部分經風動溜槽和氣力提升送至載氟氧化鋁料倉 , 再輸送到各電解槽上料箱供電解槽生產作原料使用。凈化后的煙氣經排煙風機由 70m煙囪排放。在物料輸送過程中設置有相應的除塵設施 , 經除塵后排入大氣。

3.2　 工藝流程

n型噴射兩級逆流吸附煙氣干法凈化系統主要由: 排煙凈化和供、排料兩個系統組成。

3.2.1　 排煙凈化系統

所有電解槽均用小型活動蓋板和上部蓋板密閉 , 槽內煙氣通過集氣罩及上部的連接支管與排煙凈化系統連接。

每臺電解槽的支管均接在室外架空的水平干管上 , 干管接至排煙管道匯集在一起進入凈化系統的脈沖噴吹袋式收塵器 , 在這之前 , 采用兩級加料 , *級通過爪型加料裝置把含氟氧化鋁加入煙氣系統 , 載氟氧化鋁在煙道總管內與含氟濃度較高的煙氣混合進行預吸附反應; 第二級通過分料箱和 n型噴射反應器 , 將新鮮氧化鋁定量加入脈沖噴吹袋式收塵器前的各個煙道氣流中 , 使新鮮氧化鋁與煙氣中氟化物更充分混合 , 發生吸附反應。

3.2.2　 供、排料系統

干法凈化的供、排料系統包括新鮮氧化鋁和循環載氟氧化鋁兩部分的輸送。新鮮氧化鋁來自新鮮氧化鋁倉 , 經風動溜槽、沖板流量儀控制下料量 , 再經風動溜槽、均勻分料裝置、n型噴射反應器加到煙管內與氟化氫氣體進行充分反應。循環氧化鋁是從脈沖噴吹袋式收塵器回收下來的含氟氧化鋁 , 經風動溜槽、密封箱、渣皮捕集器、分料箱、空氣提升機等輸送設備 , 一部分重返煙氣總管 , 另一部分送至含氟氧化鋁倉供電解槽使用 (圖 2)。

3.2.3　 主要設計參數及指標:

電解槽排氟量: 1718kg/ t1Al ;

單槽排煙量: 11000m3 /h1;

氧化鋁輸送系統排煙量: 60000m3 /h1;

凈化系統總排煙量: 712000m3 /h1 × 3;

電解槽排塵量: 42kg/ t1Al ; 電解槽集氣效率: 98%;

吸附劑: 氧化鋁 , 比表面積 > 40m2 /g;

新鮮氧化鋁固氣比: 1515g/m3 ;

凈化效率: 9815%。

4　 運行效果

2005年 6月 27日 , 經中國有色金屬工業協會組織有關專家鑒定 , 在主要技術特點和創新方面得出 “300K A新型大型預焙電解槽技術采用連續計量 ‘ 組合式 ’輸送技術和 n型噴射兩級逆流吸附煙氣干法凈化技術 , 取得了國內的氟化物排放指標 ” 。經云南省環境監測中心站監測結果如表 1。

根據以上監測結果 , 有組織排放的氟 5.67kg/ h, 折合 0.248kg/ tAl, 其余是無組織從天窗及陽極系統排放的。

對 300KA新型大型預焙電解槽技術作了氟平衡 , 加入到電解槽中的氟有三部分: 一是添加的氟化鹽; 二是煙氣凈化回收的氟; 三是陽極中帶回的氟。300KA大型預焙陽極電解槽生產技術 , 每生產 1 t鋁 , 消耗氟化鹽 27kg, 折純氟 15.644kg。在電解生產過程中 , 電解槽氟的支出主要有四部分: 一是隨電解煙氣排出; 二是槽內襯吸附 , 隨電解槽大修渣排出; 三是原料運輸、殘極加工帶出等造成的機械損失; 四是殘極帶走。電解煙氣中的氟大部分由煙氣凈化系統回收 , 返回電解槽 , 少量排入環境空氣; 殘極帶出的氟大部分以電解質的形式回收 , 少量由殘極帶至陽極焙燒系統 , 焙燒時經煙氣凈化系統處理后 , 一部分進入凈化收下的焦油和粉塵中 , 少部分凈化后經煙囪排入大氣。以噸鋁產品計算氟平衡 , 電解槽氟的總收入為 30.734kg/ t1Al, 其中補充的氟化鹽中氟為 15.644kg/ t1Al, 占總氟量的 50.90%; 干法凈化系統回收返回的氟量為 14.058kg/ t1Al, 占總氟量的 45.74%; 陽極中返回的氟量為 1.032kg/ tAl, 占總氟量的 3136%。在支出中槽內襯吸收 11.406kg/ t1Al, 占總氟量的 37.11%; 電解煙氣排出的氟 14.565kg/ t1Al, 占總氟量的 47.39%; 運輸等機械損失、鑄造撈渣、殘極等帶出的氟分別為 3.470kg/ t1Al、0.196kg/ t1Al、 1.097kg/ t1Al, 占氟量的比例分別為 11.29%、0.64%、3.57%。電解生產氟平衡見表 2及圖 3。

根據氟平衡圖可知 , 噸鋁排氟量為 0.534kg, < 1.0kg/ t1Al, 達到了國內水平。該技術克服了 “ 管道式 ”電解鋁含氟煙氣干法凈化技術存在運行不穩定、吸附不均勻、氧化鋁破損大、操作控制難度大等缺陷 , 采用 n型噴射兩級逆流吸附干法凈化技術 , 管道布置合理 , 吸附更加均勻 , 不僅從根本上解決了電解鋁含氟廢氣污染治理問題 , 促進電解鋁生產 , 同時進一步提高了含氟廢氣凈化效率 , 降低噸鋁氟化鹽消耗及噸鋁氟化物排放量 , 具有很好的環保效益、經濟效益和社會效益。

5　 運行效益分析

5.1　 經濟效益

減少氟化鹽添加量 , 從原來的 32kg/ t1Al降低至 20kg/ t1Al, 按年產電解鋁 20萬 t計算 , 年節約氟化鹽 1600 t, 按 5200元 / t計 , 合 830萬元; 此外 , 年可回收利用氧化鋁粉塵 3200 t, 按 3000元 / t 計 , 合 960萬元 , 具有良好的經濟效益。

5.2　 環保效益

噸鋁排氟量從原來的 110kg/ t1Al 降低至 01544kg/ t1Al, 按年產電解鋁 20萬 t計算 , 年削減排氟總量 91 t, 大大改善環境狀況 , 取得顯著的環保效益 , 為公司開展節能減排奠定了良好的基礎。

5.3　 社會效益

公司通過 “ 九五 ” 、“ 十五 ”環境治理、節能技術改造工程 , 2004年 4月*淘汰了污染嚴重、能耗高的 60K A自焙陽極電解槽 , 大大降低了污染物的排放量 , 極大地改善了廠區周圍的環境質量, 樹立了一個上市公司良好的社會形象。公司先后通過了清潔生產及 ISO14001論證 , 2005年 11月榮獲 “ 國家環境友好企業 ”稱號 , 為企業參與競爭 , 促進企業可持續發展創造良好條件。

6　 存在的問題及改進措施

(1) 由于濾料器的原因 , 反應器內壓力分布不均勻 , 進入煙道內的氧化鋁料難于均衡控制 , 從而使凈化的效果不穩定 , 待與濾料器生產廠家共同研究改進;

(2) 干法吸附反應后的煙氣進入除塵器后, 由于壓力不均衡 , 煙氣對濾袋的沖刷程度不同 , 導致濾袋的使用壽命長短不同 , 對濾袋的更換管理造成不便。

(3) 載氟氧化鋁由空氣提升機送至料倉, 在輸送過程中易產生氧化鋁結塊, 影響了氧化鋁的輸送。