電解鋁含氟廢氣治理技術(shù)探討
1 現(xiàn)狀及分析
目前國(guó)內(nèi)預(yù)焙陽(yáng)極電解鋁含氟廢氣控制技術(shù)主要采用 “ 管道式 ”電解鋁含氟煙氣干法凈化技術(shù) , 該技術(shù)做到了電解鋁含氟煙氣達(dá)標(biāo)排放 , 但存在運(yùn)行不穩(wěn)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(jí)逆流吸附干法凈化技術(shù) ”克服了 “管道式 ”電解鋁含氟煙氣干法凈化技術(shù)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(wèn)題 , 促進(jìn)了電解鋁高效生產(chǎn) , 同時(shí)進(jìn)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(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗減污和更低排放量的達(dá)標(biāo)排放 , 在我國(guó)鋁電解含氟廢氣控制技術(shù)方面具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。
2 鋁電解工藝
鋁電解工藝生產(chǎn)采用傳統(tǒng)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(zhì)按要求的配比加入電解槽內(nèi) , 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(guò)炭素陽(yáng)極導(dǎo)入直流電流 , 發(fā)生電化學(xué)反應(yīng) , 在陰極上析出液態(tài)鋁。電解生產(chǎn)過(guò)程中析出的 O2 同陽(yáng)極炭反應(yīng)生成 CO和 CO2 , 這些氣體與氟化鹽水解產(chǎn)生的氟化氫、四氟化碳以及氟化鹽揮發(fā)、氟化鋁升華的凝聚物和含氟煙氣經(jīng)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(tǒng)處理 , 凈化后的煙氣排入大氣。
300K A大型預(yù)焙陽(yáng)極電解槽共兩個(gè)車(chē)間 248 臺(tái) , 建設(shè)有 n型噴射兩級(jí)逆流吸附干法凈化設(shè)施 3 套、連續(xù)計(jì)量 “ 組合式 ”輸送系統(tǒng) 6套。 ”工藝流程見(jiàn)圖 1。
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3 煙氣凈化
3.1 煙氣凈化技術(shù)
鋁電解生產(chǎn)用原料氧化鋁具有較大的比表面積 , 對(duì)氟化氫氣體有較強(qiáng)的吸附能力。鋁電解生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的含氟煙氣經(jīng)密閉罩捕集后 , 經(jīng)電解排煙支管匯入排煙總管 , 在進(jìn)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(jīng)過(guò)均勻分料后 , 加入排煙總管和 n型噴射反應(yīng)器中 , 使氧化鋁和含氟煙氣氣固兩相充分接觸發(fā)生反應(yīng) , 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(nèi)被分離下來(lái) , 一部分循環(huán)進(jìn)入 n型噴射反應(yīng)器 , 一部分經(jīng)風(fēng)動(dòng)溜槽和氣力提升送至載氟氧化鋁料倉(cāng) , 再輸送到各電解槽上料箱供電解槽生產(chǎn)作原料使用。凈化后的煙氣經(jīng)排煙風(fēng)機(jī)由 70m煙囪排放。在物料輸送過(guò)程中設(shè)置有相應(yīng)的除塵設(shè)施 , 經(jīng)除塵后排入大氣。
3.2 工藝流程
n型噴射兩級(jí)逆流吸附煙氣干法凈化系統(tǒng)主要由: 排煙凈化和供、排料兩個(gè)系統(tǒng)組成。
3.2.1 排煙凈化系統(tǒng)
所有電解槽均用小型活動(dòng)蓋板和上部蓋板密閉 , 槽內(nèi)煙氣通過(guò)集氣罩及上部的連接支管與排煙凈化系統(tǒng)連接。
每臺(tái)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(jìn)入凈化系統(tǒng)的脈沖噴吹袋式收塵器 , 在這之前 , 采用兩級(jí)加料 , 第一級(jí)通過(guò)爪型加料裝置把含氟氧化鋁加入煙氣系統(tǒng) , 載氟氧化鋁在煙道總管內(nèi)與含氟濃度較高的煙氣混合進(jìn)行預(yù)吸附反應(yīng); 第二級(jí)通過(guò)分料箱和 n型噴射反應(yīng)器 , 將新鮮氧化鋁定量加入脈沖噴吹袋式收塵器前的各個(gè)煙道氣流中 , 使新鮮氧化鋁與煙氣中氟化物更充分混合 , 發(fā)生吸附反應(yīng)。
3.2.2 供、排料系統(tǒng)
干法凈化的供、排料系統(tǒng)包括新鮮氧化鋁和循環(huán)載氟氧化鋁兩部分的輸送。新鮮氧化鋁來(lái)自新鮮氧化鋁倉(cāng) , 經(jīng)風(fēng)動(dòng)溜槽、沖板流量?jī)x控制下料量 , 再經(jīng)風(fēng)動(dòng)溜槽、均勻分料裝置、n型噴射反應(yīng)器加到煙管內(nèi)與氟化氫氣體進(jìn)行充分反應(yīng)。循環(huán)氧化鋁是從脈沖噴吹袋式收塵器回收下來(lái)的含氟氧化鋁 , 經(jīng)風(fēng)動(dòng)溜槽、密封箱、渣皮捕集器、分料箱、空氣提升機(jī)等輸送設(shè)備 , 一部分重返煙氣總管 , 另一部分送至含氟氧化鋁倉(cāng)供電解槽使用 (圖 2)。
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3.2.3 主要設(shè)計(jì)參數(shù)及指標(biāo):
電解槽排氟量: 1718kg/ t1Al ;
單槽排煙量: 11000m3 /h1;
氧化鋁輸送系統(tǒng)排煙量: 60000m3 /h1;
凈化系統(tǒng)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(yùn)行效果
2005年 6月 27日 , 經(jīng)中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)組織有關(guān)專(zhuān)家鑒定 , 在主要技術(shù)特點(diǎn)和創(chuàng)新方面得出 “300K A新型大型預(yù)焙電解槽技術(shù)采用連續(xù)計(jì)量 ‘ 組合式 ’輸送技術(shù)和 n型噴射兩級(jí)逆流吸附煙氣干法凈化技術(shù) , 取得了國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的氟化物排放指標(biāo) ” 。經(jīng)云南省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站監(jiān)測(cè)結(jié)果如表 1。
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根據(jù)以上監(jiān)測(cè)結(jié)果 , 有組織排放的氟 5.67kg/ h, 折合 0.248kg/ tAl, 其余是無(wú)組織從天窗及陽(yáng)極系統(tǒng)排放的。
對(duì) 300KA新型大型預(yù)焙電解槽技術(shù)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(yáng)極中帶回的氟。300KA大型預(yù)焙陽(yáng)極電解槽生產(chǎn)技術(shù) , 每生產(chǎn) 1 t鋁 , 消耗氟化鹽 27kg, 折純氟 15.644kg。在電解生產(chǎn)過(guò)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(nèi)襯吸附 , 隨電解槽大修渣排出; 三是原料運(yùn)輸、殘極加工帶出等造成的機(jī)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(tǒng)回收 , 返回電解槽 , 少量排入環(huán)境空氣; 殘極帶出的氟大部分以電解質(zhì)的形式回收 , 少量由殘極帶至陽(yáng)極焙燒系統(tǒng) , 焙燒時(shí)經(jīng)煙氣凈化系統(tǒng)處理后 , 一部分進(jìn)入凈化收下的焦油和粉塵中 , 少部分凈化后經(jīng)煙囪排入大氣。以噸鋁產(chǎn)品計(jì)算氟平衡 , 電解槽氟的總收入為 30.734kg/ t1Al, 其中補(bǔ)充的氟化鹽中氟為 15.644kg/ t1Al, 占總氟量的 50.90%; 干法凈化系統(tǒng)回收返回的氟量為 14.058kg/ t1Al, 占總氟量的 45.74%; 陽(yáng)極中返回的氟量為 1.032kg/ tAl, 占總氟量的 3136%。在支出中槽內(nèi)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(yùn)輸?shù)葯C(jī)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(chǎn)氟平衡見(jiàn)表 2及圖 3。
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根據(jù)氟平衡圖可知 , 噸鋁排氟量為 0.534kg, < 1.0kg/ t1Al, 達(dá)到了國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。該技術(shù)克服了 “ 管道式 ”電解鋁含氟煙氣干法凈化技術(shù)存在運(yùn)行不穩(wěn)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(jí)逆流吸附干法凈化技術(shù) , 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(wèn)題 , 促進(jìn)電解鋁高效生產(chǎn) , 同時(shí)進(jìn)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(huán)保效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
5 運(yùn)行效益分析
5.1 經(jīng)濟(jì)效益
減少氟化鹽添加量 , 從原來(lái)的 32kg/ t1Al降低至 20kg/ t1Al, 按年產(chǎn)電解鋁 20萬(wàn) t計(jì)算 , 年節(jié)約氟化鹽 1600 t, 按 5200元 / t計(jì) , 合 830萬(wàn)元; 此外 , 年可回收利用氧化鋁粉塵 3200 t, 按 3000元 / t 計(jì) , 合 960萬(wàn)元 , 具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。
5.2 環(huán)保效益
噸鋁排氟量從原來(lái)的 110kg/ t1Al 降低至 01544kg/ t1Al, 按年產(chǎn)電解鋁 20萬(wàn) t計(jì)算 , 年削減排氟總量 91 t, 大大改善環(huán)境狀況 , 取得顯著的環(huán)保效益 , 為公司開(kāi)展節(jié)能減排奠定了良好的基礎(chǔ)。
5.3 社會(huì)效益
公司通過(guò) “ 九五 ” 、“ 十五 ”環(huán)境治理、節(jié)能技術(shù)改造工程 , 2004年 4月徹底淘汰了污染嚴(yán)重、能耗高的 60K A自焙陽(yáng)極電解槽 , 大大降低了污染物的排放量 , 極大地改善了廠(chǎng)區(qū)周?chē)沫h(huán)境質(zhì)量, 樹(shù)立了一個(gè)上市公司良好的社會(huì)形象。公司先后通過(guò)了清潔生產(chǎn)及 ISO14001論證 , 2005年 11月榮獲 “ 國(guó)家環(huán)境友好企業(yè) ”稱(chēng)號(hào) , 為企業(yè)參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng) , 促進(jìn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造良好條件。
6 存在的問(wèn)題及改進(jìn)措施
(1) 由于濾料器的原因 , 反應(yīng)器內(nèi)壓力分布不均勻 , 進(jìn)入煙道內(nèi)的氧化鋁料難于均衡控制 , 從而使凈化的效果不穩(wěn)定 , 待與濾料器生產(chǎn)廠(chǎng)家共同研究改進(jìn);
(2) 干法吸附反應(yīng)后的煙氣進(jìn)入除塵器后, 由于壓力不均衡 , 煙氣對(duì)濾袋的沖刷程度不同 , 導(dǎo)致濾袋的使用壽命長(zhǎng)短不同 , 對(duì)濾袋的更換管理造成不便。
(3) 載氟氧化鋁由空氣提升機(jī)送至料倉(cāng), 在輸送過(guò)程中易產(chǎn)生氧化鋁結(jié)塊, 影響了氧化鋁的輸送。
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