摘要：指出了電解鋁在我國(guó)發(fā)展迅速，但由于其屬于高能耗、高污染行業(yè)而備受關(guān)注。以某電解鋁企業(yè)為例分析了電解鋁煙氣處理措施及煙氣治理應(yīng)關(guān)注的主要問題，探索可行的處理方案，以期提供參考。  

1引言  

隨著國(guó)家鋁行業(yè)準(zhǔn)入條件的出臺(tái)，某電解鋁企業(yè)從企業(yè)自身長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展考慮，通過大量考察論證，充分利用當(dāng)?shù)赝恋?、資源、能源和勞動(dòng)力等方面的優(yōu)勢(shì)，在各級(jí)政府的大力支持下，將列入國(guó)家火炬計(jì)劃項(xiàng)目的電解法生產(chǎn)鋁硅鈦多元合金技術(shù)做為企業(yè)發(fā)展方向，建設(shè)20萬(wàn)t／年鋁基合金項(xiàng)目，同時(shí)淘汰現(xiàn)有電解鋁生產(chǎn)線。  

項(xiàng)目采用具有國(guó)際先進(jìn)水平的高效節(jié)能環(huán)保型400kA大型電解槽進(jìn)行鋁基合金生產(chǎn)，通過電解法直接生產(chǎn)鋁硅鈦多元合金。該工藝使用的原料主要為兩部分：氧化鋁和硅鈦鋁土礦粉。采用電解的方法是生產(chǎn)新型鋁硅系鑄造合金——鋁硅鈦多元合金的一種新的工藝方法，充分利用鋁礦中有用元素，具有生產(chǎn)流程短、成本能耗低等特點(diǎn)，并獲得國(guó)家發(fā)明專利。該工藝早在1998年河南登封電廠集團(tuán)有限公司得以示范建設(shè)使用，在近幾年的不斷研究完善基礎(chǔ)上，工藝現(xiàn)已相當(dāng)成熟，能夠在大型預(yù)焙槽中穩(wěn)定使用。  

2工藝技術(shù)方案  

2.1反應(yīng)原理  

電解法直接生產(chǎn)鋁硅鈦多元合金其生產(chǎn)原理是在電解槽中通人強(qiáng)大的直流電，將氧化鋁及硅鈦鋁土礦粉置于熔融的冰晶石作為電解質(zhì)的電解槽中，在陰極和陽(yáng)極發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，鋁、鈦金屬在陰極析出，與原料中的硅混合形成鋁硅鈦合金液，并定期由真空抬包抽出，送往鑄造車間，陽(yáng)極析出CO氣體以及少量有害的氟化物。在電解過程中，由于冰晶石熔液溫度高，具有很大侵蝕性，因此通常使用炭素材料作陰、陽(yáng)極，陽(yáng)極在電解過程中不斷消耗。  

電化學(xué)反應(yīng)方程式為；  

2.2工藝過程  

外購(gòu)冶金級(jí)氧化鋁粉及硅鈦鋁土礦粉，氧化鋁一部分用于陽(yáng)極更換時(shí)表面覆蓋料用，另一路送入袋式除塵系統(tǒng)的反應(yīng)器內(nèi)供吸附煙氣中的氟化氫用。從煙氣凈化返回的載氟氧化鋁以及外購(gòu)硅鈦鋁土礦粉、冰晶石、氟化鋁以超濃相輸送方式分別送入電解槽上的各自加料箱，通過計(jì)算機(jī)分析各槽況后酌量添加各種原輔料。生產(chǎn)過程中定期加入氟化鋁目的是為了調(diào)整電解質(zhì)成分。電解所需的炭陽(yáng)極是由外購(gòu)陽(yáng)極炭塊經(jīng)陽(yáng)極組裝車間組裝后供給，電解殘極返回陽(yáng)極組裝車間，經(jīng)收集殘極上電解質(zhì)后，殘極碳素材料返回陽(yáng)極炭塊生產(chǎn)廠家。電解槽生產(chǎn)的合金鋁硅鈦液，通過多功能機(jī)組配合真空抬包抽出，經(jīng)平板拖車送至鑄造車間混合爐經(jīng)化驗(yàn)調(diào)配，鑄成合金鑄錠。  

3電解煙氣治理措施分析  

電解槽排出煙氣，主要含氟、二氧化硫和粉塵，通過集氣裝置引入煙氣凈化系統(tǒng)除氟及粉塵，后由煙囪排空，未被收集的煙氣排至電解車間屋頂天窗，在天窗安裝隔塵設(shè)施，上部安裝集氣管，對(duì)逸散氣體再次收集，未被收集的部分煙氣經(jīng)天窗無(wú)組織排放。電解槽的煙氣凈化方法分為干式和濕式兩類。將兩類煙氣凈化系統(tǒng)作對(duì)比分析，結(jié)果見表1。  

由表1可以看出干法凈化系統(tǒng)在凈化效果和資源利用上具有很大的優(yōu)勢(shì)。結(jié)合國(guó)內(nèi)外電解煙氣凈化技術(shù)發(fā)展及環(huán)保要求，項(xiàng)目采用干法凈化系統(tǒng)是可行的。  

干法凈化技術(shù)是利用設(shè)置于電解槽上部的集氣罩捕集煙氣進(jìn)入凈化設(shè)施，在凈化設(shè)施中利用電解原料氧化鋁吸附煙氣中的氟化氫，再通過布袋除塵器實(shí)現(xiàn)氣固分離，達(dá)到凈化煙氣，同時(shí)去除氣態(tài)氟和固態(tài)氟的目的，凈化之后的干凈煙氣通過煙囪排人大氣。吸附氟之后的氧化鋁作為電解生產(chǎn)的原料返回電解槽使用，氧化鋁吸附的氟回補(bǔ)了電解過程所需要的氟化鹽電解質(zhì)，無(wú)廢棄物和二次污染產(chǎn)生，且實(shí)現(xiàn)了氟化物的有效回收利用。為提高氧化鋁對(duì)氟化氫的吸附效率，載氟氧化鋁進(jìn)人生產(chǎn)原料輸送系統(tǒng)之前有一部分返回凈、化系統(tǒng)重復(fù)使用。目前，國(guó)內(nèi)鋁行業(yè)電解煙氣干法凈化技術(shù)的基本工藝流程是一致的，但由于其采用的工藝細(xì)節(jié)及凈化效果則有所不同，大致分為3種類型。  

(1)傳統(tǒng)干法凈化工藝。傳統(tǒng)干法凈化工藝流程為電解煙氣干法凈化工程最早使用的工藝流程，其特點(diǎn)為新鮮氧化鋁與載氟氧化鋁同時(shí)加入反應(yīng)器內(nèi)(文丘里、VRI、管道)，反應(yīng)后通過布袋進(jìn)行氣固分離。該工藝缺點(diǎn)：①?zèng)]有充分利用新鮮氧化鋁和載氟氧化鋁對(duì)氟化氫不同的吸附反應(yīng)特性，致使全氟凈化效率不夠高；②由于采用新鮮氧化鋁與載氟氧化鋁同時(shí)進(jìn)入除塵器的工藝流程，致大量的載氟氧化鋁在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行無(wú)功死循環(huán)，粉化嚴(yán)重，加之氧化鋁吸附氟化氫之后粘性增加，造成大量的粉化氧化鋁粘附在布袋上，清灰困難，增大系統(tǒng)負(fù)荷，降低除塵器的凈化效率。同時(shí)由于清灰困難，也導(dǎo)致除塵器運(yùn)行阻力不斷增大，風(fēng)機(jī)抽風(fēng)能力降低，電解槽的集氣效率降低，增加了天窗的無(wú)組織排放。  

(2)兩段干法凈化工藝。兩段干法凈化工藝與傳統(tǒng)工藝流程的不同之處在于，在反應(yīng)器上游約20m的煙氣總管處加載氟氧化鋁，吸附煙氣中的高濃度氟化氫；在反應(yīng)器內(nèi)加新鮮氧化鋁(傳統(tǒng)兩段反應(yīng)工藝)，吸附煙氣中的低濃度氟化氫；反應(yīng)后通過布袋進(jìn)行氣固分離。  

(3)新型兩段逆流干法凈化工藝。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，克服了上述兩種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題。新型兩段逆流干法凈化工藝技術(shù)與原有兩段凈化工藝相比，其特點(diǎn)是兩個(gè)反應(yīng)階段相互分離。即：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)入袋濾器前通過動(dòng)力分離器與煙氣分離；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程。動(dòng)力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。此干法凈化的工藝流程主要優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在：提高全氟凈化效率、降低除塵器運(yùn)行阻力、延長(zhǎng)布袋使用壽命。  

三種電解煙氣干法處理措施效率及優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比見表2。新型逆向兩段干法凈化工藝處理效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)干法凈化工藝和兩段干法凈化工藝。  

4電解煙氣處理關(guān)注的主要問題  

電解槽煙氣的無(wú)組織排放對(duì)環(huán)境有較大影響，因此，集氣效率的高低對(duì)擬建項(xiàng)目大氣污染物排放與電解槽集氣效率有很大關(guān)系。  

集氣罩及方式：本項(xiàng)目電解槽集氣罩結(jié)構(gòu)形式為多區(qū)上部集氣方式，該方式改變了電解槽密閉排煙罩結(jié)構(gòu)，改水平罩板下的排煙道為水平罩板上的排煙道，且分為多區(qū)多煙道集氣；使集氣罩內(nèi)負(fù)壓分布均勻，合理利用罩內(nèi)氣體溫度產(chǎn)生的壓差，可以有效的提高煙氣捕集效率。  

雙排煙技術(shù)：本項(xiàng)目采用雙煙管排煙技術(shù)，控制電解槽操作時(shí)污染物的排放，提高電解槽集氣效率。正常生產(chǎn)時(shí)，煙氣通過主排煙支管排到車間外的主排煙管，并通過控制設(shè)在主排煙支管上的氣動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥調(diào)節(jié)排煙量，實(shí)現(xiàn)槽罩內(nèi)的負(fù)壓控制目標(biāo)。當(dāng)對(duì)電解槽進(jìn)行工藝操作時(shí)，需打開部分槽罩，控制系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉主排煙支管，并啟動(dòng)輔助排煙系統(tǒng)，此時(shí)每臺(tái)電解槽的排煙量為正常操作時(shí)的2倍。采用電解槽雙排煙技術(shù)可以穩(wěn)定未打開槽罩部分電解槽的負(fù)壓，并減少打開槽罩板時(shí)排入車間的煙氣量，達(dá)到提高電解槽煙氣捕集效率的目的。  

控制系統(tǒng)：擬建項(xiàng)目通過采用PLC作為主控制器，上位計(jì)算機(jī)為管理機(jī)，通過人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)對(duì)凈化系統(tǒng)的監(jiān)視、控制。要實(shí)現(xiàn)凈化系統(tǒng)高效、平穩(wěn)地運(yùn)行，就必須對(duì)系統(tǒng)主要的工藝參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)視設(shè)備的運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵被控參數(shù)的自動(dòng)控制。  

通過上述措施，能夠保證電解槽煙氣集氣效率大于99。  

5結(jié)語(yǔ)  

本項(xiàng)目電解煙氣采用新型逆向兩段干法凈化工藝，氟化物的凈化效率大于99，粉塵捕集效率達(dá)到99.9，均滿足GB25465—2010(鋁工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》表5規(guī)定：達(dá)到氟化物排放濃度3.0mg／Nm3、粉塵排放濃度20mg／Nm3、SO2排放濃度200mg／Nm3的要求。因此項(xiàng)目采取電解煙氣治理措施是合理可行的。

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