广西百矿铝业有限公司 广西百色 王通远 533000
摘要：随着我国电解铝行业的迅速发展,铝产品产量及质量都得到大幅提高,铝及铝合金广泛应用于航空、航天、汽车、轨道交通、机械制造、船舶等行业,在满足国内铝消费需求的同时,还能部分出口。但电解铝生产过程中会产生多种形式的污染物,对环境造成严重污染。因此,在发展电解铝行业的同时,也要重视污染防治和环境保护的问题,相关企业要严格控制生产过程中各种污染物的排放,制定合理的解决方案,采取有效的防治措施,以实现我国电解铝行业的绿色、健康和可持续发展。
关键词：电解铝；环境污染；治理措施
1.电解铝污染物危害
电解铝企业在生产过程中,主要污染物分为废渣污染、废气污染、废水污染、和噪声污染。
废渣主要是电解槽大修渣,其次为碳渣、铝灰、残极及污水处理站污泥等。电解槽大修渣、碳渣、铝灰等固废均属于工业危险废物,其危害主要在于电解槽大修渣中含有大量的可溶性氟化物和氰化物。残极和污水处理站污泥等一般工业固废,长期堆存不仅占用大量土地,而且会造成对水系和大气的污染和危害。
废弃的主要污染物是电解烟气中所含的氟化物、粉尘及SO2,其中最主要的污染物是氟化物,对电解烟气的治理是控制该项目空气污染物的关键。电解原料：冰晶石和氧化铝中含有大量的氟化物,在电解槽高温和电流作用下,氟化物发生化学反应生成氟化氢、氟化碳和氟化硅等氟化物气体;在电解槽内,部分含氟颗粒随电解质挥发和氟化物升华而散出,这部分含氟颗粒形成粉尘散布于生产车间直至随空气排出,以游离态存在的氟离子与阳极炭结合生成的氟化物气体也会对环境造成污染。
电解铝企业涉及的废水包括生产废水和生活污水,废水污染在电解铝企业的污染排放中所占的比例相对较轻,废水经处理后可在企业内部循环利用。生产废水主要来自空压站、铸造车间及阳极组装车间等工序的零星生产废水、各种设备的冷却用水及厂区初期雨水。生活污水主要来自于办公楼、食堂、宿舍、浴室、各厂房及仓库卫生间等生活排水噪声污染:除水、气、渣三类污染外,电解铝生产企业生产中的另一类污染———噪声污染,往往被人们所忽略。电解铝企业产生的噪声污染主要表现为企业内部污染,对操作人员的健康有很大的危害。噪声污染源主要有:铸造机、空压机、鼓风机、排烟风机、高压离心风机、各类输送泵等,噪声性质属于机械性噪声和动力性噪声。这些噪声对人体均可产生不良影响,如损伤耳膜、听力下降,严重时引起耳聋。
2.电解铝污染物产生分析
氟化物和粉尘是电解生产过程中产生的主要污染物,同时,随着电解槽生产中阳极的消耗,阳极中含有的硫被氧化成SO2,所以烟气中还含有SO2。电解烟气弥漫在电解车间内部会使操作劳动条件恶化,影响生产工人的身体健康。
电解烟气扩散到厂区周围,也会对大气环境造成经常性污染。同时,由于电解生产过程中会消耗炭素阳极,所以需要定期需要更换残阳极以补充消耗的炭素阳极,以保证电化学反应过程持续稳定进行。而更换出来的高温残极和电解质也会散发出含氟烟气,并在冷却的过程中仍会持续的散发,这就成为了除电解槽以外的另一个污染源。
此外,电解槽一般工作4-7年后将对其进行大修,拆除电解槽内衬的过程中产生大量的废阴极炭块、废耐火材料等大修渣。电解槽大修渣中含有氟化物和氰化物,属于危险废物,须严格按国家危险废物管理的有关要求和规定进行专门的处理。众所周知,以上这些物质都是电解铝生产过程中产生的特征污染物,若得不到有效处理,将会产生严重的环境和生态问题。因此,企业生产管理人员一定要从严把控电解铝工艺过程的各个环节,以减少污染物的产生,降低环境污染。
3.相应的治理措施
电解铝企业的废渣主要分为五块:电解槽大修渣、碳渣、铝灰、残极及污水处理站污泥。按照GB50850—2013《铝电解厂工艺设计规范》中废渣处理要求,“电解固体废渣应进行综合回收利用,应包括回收氟盐、废阴极碳块、钢棒等;对不能利用的固体废渣应首先选择无害化处理,再设置专用渣场填埋。"
电解槽大修渣的处置方式主要有:填埋法、湿法处理技术、火法处理技术。填埋法是国内铝厂普遍采用的固废处理方法,但因大修渣中有害物质的毒性和腐蚀性大,填埋法对渣场防渗层的抗腐蚀性要求很高,施工难度大,成本高,并造成了大量资源浪费。湿法在处理过程中会析出剧毒的HCN、HF气体,造成设备严重腐蚀,污染操作环境,危害人类健康,少数电解铝企业研究湿法工艺对废槽衬进行处理,但未能实现大规模工业化化应用。
铝电解过程中产生最多的污染物就是气体污染物。一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫以及氟化物等等,不仅污染环境还危害人体健康。首先,企业应该提高环保意识,采用先进的工艺技术,提高反应效率,使电解反应发生充分,减少残留物,从源头上减少污染物排放。其次,加强电解槽的密闭操作是减少污染物无组织排放的重要措施之一。电解槽散发的含氟、含尘及 SO2烟气最成熟最有效的治理技术就是采用氧化铝干法净化回收技术治理，烟气经密闭排烟罩集气后由管道引入袋式除尘器前部的反应器，烟气中的 HF 被反应器中的氧化铝吸附下来并在其表面发生化学反应生成氟化铝，净化后的烟气由排气筒排放。
电站锅炉烟气中主要含有烟尘、SO2、NOx。目前我国电站锅炉烟气中烟尘的去除使用电除尘器居多，除尘效率可达到 99% 以上; 烟气脱硫使用最多也最成熟的技术，就是石灰石湿法烟气脱硫，脱硫效率可达到 90% 以上; 烟气脱硝目前主要用选择性催化还原法和选择性非催化还原法，SCR 法投资高，脱硝效率可达到 70% ～90% ，SNCR 法投资低，脱硝效率可达到 30% ～ 70% 。针对电解铝厂SO2和氟化物同时治理的要求,最直接有效的方式就是电解铝厂采用优化的烟气脱氟、脱硫净化系统,即传统的氧化铝化学吸附氟化氢的干法净化技术+脱硫技术。
电解铝生产中产生的氟化物和氰化物会污染水质。在排放各类废水之前,应该对废水进行净化处理,在达到国家标准规范要求之后才能排放。目前,多数企业为充分利用水资源,同时响应国家绿色环保号召,减少对环境的危害,在对各类废水进行净化处理后,不再外排,而作为生产、生活用水再次使用。根据铝电解企业废水规模和水质特点,通常情况下采用综合自动化控制成套设备更为合适。整个处理过程和设备是投加系统、混合反应、气浮、过滤、活性炭吸附和自动控制的结合。处理后的废水可达标排放或在植物绿化、喷淋、循环水再水化等方面进行再利用。
在电化学反应过程中，碳素阳极与氧反应生产 CO2和 CO 而不断消耗，通过定期更换预焙阳极块进行补充，更换下来的残阳极上附着有阳极泥( 电解质) ，氟化物含量很高，属于危险废物，残阳极的产生量约为生阳极的 10% ～ 30% 。残阳极分别通过残极抛丸处理、残极压脱、磷铁环压脱后，经残极清理站清理下的电解质由破碎系统破碎至 10mm 以下，返回电解槽使用。经残极压脱机压下的残极炭块返回碳素车间作为阳极生产的配料，残阳极可实现循环再利用。
在电解、熔铸过程中会产生的灰渣等铝灰，对于二次铝灰则是一种危险物质，处理该物质首选资源化工艺，指脱除有毒有害物质后，二次铝灰经过高温或冷加工制成不同的产品如钢爪保护环、棕刚玉磨料、精炼剂和净水剂等，或是返回电解槽作为电解铝原料。或进行无害化工艺，通过酸浸、碱浸、洗涤等方式，去除二次铝灰中的氮化物、氟化物、盐分等杂质后得到无害化的铝灰再进行安全填埋。
在铝电解过程捞出的阳极碳渣中主要成分是碳和电解质，这类物质为碳渣，处理该物质主要用焙烧法和浮选法，焙烧法的主要原理是通过高温焙烧,使碳渣中的碳氧化,所得焙烧残渣即为电解质。采用焙烧法对碳渣进行处理,碳渣反应率和电解质回收率较高,且电解质纯度高于99%,可以直接返回电解槽使用。而浮选法传统工艺处理碳渣回收的碳精粉及电解质纯度较低,不能直接返回利用。通过对浮选药剂及工艺不断进行优化实验,改善浮选指标,在特定浮选条件下,浮选产品碳粉则可以直接用作预焙阳极或阴极生产的配料,而电解质亦可以直接返回电解槽使用,无需进一步加工。
针对电解铝企业产生的噪声污染源,在设计中应根据产生噪声的实际情况采用隔声、消声、减振等措施,以改善操作工人的劳动环境。一般生活污水处理站产生的污泥定期清除作为农家肥使用;生产废水处理产生的污泥排至污泥池浓缩后,再经压滤机脱水后运往渣场填埋。
4.结语
在电解铝生产中我们必须采取有效的措施对其加以控制和处理，否则就可能会对自然环境造成十分严重的污染，所以在这一过程中，我们一定要按照国家的要求对污染物的排放加以严格的控制，同时它也成为了提升电解铝生产企业发展的一个有效的方法，在对电解铝废弃物进行回收和利用的过程中可以很好的提升企业的运行效率，同时也减少了企业生产中的成本投入，对环保性生产企业的建设有着重要的意义。
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作者信息:王通远，男（1986.09-），汉族，广西百色，专科，研究方向：电解铝企业的环境污染问题及治理措施研究