铝电解烟气净化

二、烟气净化产生的背景

1、电解铝生产中产生的有害气体成分 1.1 工业铝电解槽的冰晶石—氧化铝熔体为电解质，以碳 素材料为电极进行电解，在阴极上析出液态的金属铝，在 阳极上产生大量的CO2与CO气体，另外在阳极气体中还含 有氟化物：电解质蒸发，阳极气体带走氟化物固体颗粒， 由于氧化铝含水0.2%-0.5%，原料中的水分及大气水蒸气， 对固态氟化盐在高位（400-600度）条件下反应，生成HF 气体：
2Na3AlF6+3H2O=2Al2O3+6NaF+6HF ↑
2AlF3+3H2O=Al2O3+6HF ↑ 2NaF+H2O=Na2O+2HF↑

1.2在发生阳极效应时，在高电压作用下析出的初 生态氟原子与阳极作用生成CF4： C+4〔F〕＝ CF4/C2F6。这二种产物排放量取决于阳极效应的频 率，阳极效应延续时间。
项成本可以占到总成本的40%，因此改进电解槽设备降低
能耗，减少生产成本是企业间竞争的重点。电解铝生产中 会产生氟化物污染，随着国家对环境保护的重视，对电解 铝企业废物排放的指标也将越来越严格。
由于我国铝矿资源稀缺，目前自给率仅在40%左右，
而中国作为全球制造业中心，对于铝金属的需求在长期 来看还将保持高速增长，因此对于铝矿的控制也将是电 解铝企业竞争的重点。除了争夺国内的铝矿资源外，还 将积极的利用国外优质铝土矿资源。

铝工业中氟化物对人体影响可分为两部分：对工人影响， 以及对居住在铝厂周围人群的危害。老式自焙槽铝厂的操 作工人在车间空气中氟化物浓度超过3mgF／m3空气时， 并未出现损坏性的变化，但有25％工人经X光检查发现他 们骨骼异常。

众所周知CO2被称为温室气体。而CF4／C2F6全氟乙烷使全 球变暖趋势分别是CO2的6500～9200倍，因此在电解铝 生产中应尽量减少阳极效应次数，法国彼施涅公司， 300kA预焙槽，基本达到无效应操作。
2、吸附规律
吸附为表面作用，吸附剂的比表面积越大其吸附能力 越强。吸附剂的比表面积的大小取决吸附剂的孔隙率的 大小及其颗粒的粗细。吸附质的沸点越高越易被吸附， 相反则难于被吸附。 HF的吸附一般分为物理吸附和化学吸附。产生物理吸 附的作用力为范德华力，产生化学吸附的作用力为化学 键力。物理吸附可以向化学吸附转化。
近年来国内电解铝企业的盲目扩张，产能 过剩严重，在经济危机来临，需求大幅下降的 情况下一批企业破产倒闭已不可避免。企业间 竞争加剧，由于电解铝行业的规模效应，行业 集中度有望进一步提高。资金雄厚，在行业中 处于龙头地位的央企更容易得到国家的支撑， 将成为这波行业洗牌过程中最大的赢家。
电解铝产业属于高耗能高污染的行业，能耗高的企业这一
Al(OH)3量按理论计算值加入。
冰晶石合成时间16-48小时(以烟气中酸性气体而定)。

湿法净化主要设备
湿法净化系统的主要设备是：引风机：洗涤 塔(塔体内包括喷淋装置)；泵；各种溶液槽； 自动板框过滤机；烘干回转窑等。

湿法净化工艺的净化效率 气氟 93％ 固氟 85％ 粉尘 80％ 沥青挥发物 42％

湿法净化原理及参数控制
湿法净化工艺的原理是用Na2CO3，NaOH的溶液与电解烟气中的HF反 应，最终生成冰晶石，然后返回到电解生产使用。其主要反应式如下： HF+Na2CO3=NaF+NaHCO3
HF+NaHCO3=NaF+CO2+H2O CO2+Na2CO3+H2O=2NaHCO3 SO2+Na2CO3=Na2SO3+CO2 NaOH+Al(OH)3=NaAlO2+2H2O 6NaF+NaAlO2+2CO2=Na2AlF6+2Na2CO3 洗涤液的pH值控制在8．5-10．5。 洗涤液吸收反应后的NaF浓度最终控制在20-25g／l。 NaOH的浓度在35％-45％范围内，过量值为1．2-1．3。
五、电解烟气干法净化工艺
1、干法净化原理： 干法净化就是以某种固体物质吸附另一种气体物质所完成的 净化过程。具有吸附作用的物质称吸附剂，被吸附的物质叫 吸附质。铝电解含氟烟气的干法净化是使用电解铝生产用的 Al2O3，做为吸附剂吸附烟气中的HF等大气污染物来完成对 烟气的净化。
Al2O3吸附HF是由它们的性质和吸附规律决定的。
弥漫在电解车间电解烟气，恶化劳动生产条件，严重影响 生产工人的身体健康，电解烟气不净化处理扩散到大气中， 对生态有一定的危害。 环保要求日益严格，世界各国都颁发了铝厂氟化物排放量 的法规。牧草和干草中含有过量氟化物对生畜有危害，特 别是那些工作和居住在排放源周围的人们，铝厂的污染是 一个严重的问题。多数氟化物毒性是由氟化物离子，而不 是由分子中所含其它元素来决定的，氟化钠比冰晶石和氟 化铝这些低水溶性物质毒性更大些。因某些情形下吸入的 含氟化物的粉尘已被证明跟吸入的相同浓度氟化氢气体在 生理上同样起作用。
电解铝行业方面，严禁落后的自焙槽项目死灰复燃，报请核准的 电解铝淘汰落后生产能力置换项目及环保改造项目，必须采用 200KA及以上大型预焙槽工艺，并且力争在“十一五”末期电解 铝行业全部采用160KA以上大型预焙槽冶炼工艺。公告还禁止建 设10万吨/年以下的独立铝用碳素项目，对于没有自己碳素项目的 电解铝企业也将因为辅料短缺而陷入困境。在能源消耗方面，公 告规定新改造的电解铝生产能力综合交流电耗必须低于14300千瓦 时/吨铝，电流效率必须高于94%，并且要求阳极效应系数要小于 0.08个/槽日；现有的电解铝企业综合交流电耗应低于14450千瓦 时/吨铝，电流效率必须高于93%，并且要求十一五末现有电解铝 综合交流电耗达到新改造项目水平，这对电解铝企业的工艺水平 提出了更高的要求。

2)二次集气系统 由于一次集气系统的密闭程度不能达到100％，再加上还有大量的热从 电解槽散发出来，所以电解厂房内部必须有良好的通风，让外部的新鲜 空气通过墙壁上的百叶窗进入电解厂房，流经电解槽的操作地带，然后 上升至天窗。
边部加工预焙槽在阳极侧部和端部打壳和加料，槽上虽然有密闭罩，由
于打开罩子的次数多，故控制系统仅能收集80～90％的污染物。 上插自焙槽的裙式集气罩，可收集50～85％的污染物，氟的收集效率为

氧化铝分粉状氧化铝和砂状氧化铝。 特性见下表：
真比重 比表面 g/cm3 积m3/g 安息角 （度） 38 0-20um 粒度 20-60um 大于 60um

粉状 氧化 铝 砂状 氧化 铝
3.88
20-35
3.59
90
35
18.1%
41.8%
40.1%

氧化铝的比表面积的大小，不仅影响氧化铝的熔解性能，而 且也影响对HF的吸附效率。氧化铝是一种多孔结构的物质， 具有很大的内表面积，这给吸附物和吸附剂之间提供了接触 机会。所以氧化铝的比表面积越大，接收吸附物的能力就越 大，吸附量也随比表面积的增加而增加。从上表中可以看出 砂状氧化铝的比表面积比粉状氧化铝的比表面积大的多，所 以砂状氧化铝是理想的吸附剂。国内几个氧化铝厂生产的氧 化铝都基本接近砂状氧化铝，所以都可以做为较好的吸附剂 使用。向铝电解烟气中投入的氧化铝数量称为气固比，在预 焙槽烟气净化回收系统中的气固比为35～55g／m3，在自焙 槽烟气净化回收系统中的气固比为45～80g／m3。
名称
固态氟 化物 8-11
HF 7-12
CF4 C2F6
CO2
CO 280330
SO2 7.9-15
数量
Kg/T-AL
0.1-0.2 9001000
电解槽烟气的粉尘和沥青挥发物含量（Kg/T-AL）
60 50 40 30 20 10 0 侧插槽 上插槽 预焙槽 沥青挥发物 粉尘


2、电解烟气的危害


从近十几年的发展趋势看，湿法净化回收大部分已被干法 净化回收所取代。这不但是因为干法净化易于控制、流程 简单、环境好、操作容易，而且干法净化回收过程中产生 的二次污染小、净化效果好。湿法净化回收系统已逐渐不 适应环保的要求，而趋于被淘汰。
湿法净化工艺

湿法净化系统 电解槽烟气经槽集气罩密封收集经过排烟支管汇集到电 解厂房侧面总管中，再由引风机送到洗涤塔内，由循环泵将 洗涤液打到洗涤塔上部，经喷咀喷淋，与烟气充分接触使烟 气中的HF等酸性气体被吸收，同时，烟气中的粉尘沥青挥 发等有害物质也被洗涤下去。洗涤后的烟气经气水分离器除 去雾沫后排入大气。洗涤液在循环洗涤过程中消耗的碱由回 收部及时供给补充。当洗涤液中的NaF浓度达到20～25g/l时， 进行冰晶石合成。冰晶石过滤烘干后返回到电解生产使用。

1)一次集Leabharlann Baidu系统 三种槽型(预焙槽、上插槽和旁插槽)各有不同的一次集气 系统：预焙槽通常采用平板式罩子或圆弧式罩子使其密闭， 上插棒槽的一次集气系统是由安装在阳极下部周围的裙式 集气罩所构成，旁插槽通常是用槽罩或槽帘来使其密闭。
在这三种型式电解槽上，都有导气支管把罩子内的气体排送 入导气总管内，然后送一次净化系统(干法或湿法净化)一 次集气系统的密闭程度通常是75～98％。这就是说，还有 相当数量的烟气泄漏入厂房空气中，当然也有相当数量的 空气进入槽罩之内。中间点式下料预焙槽，设计的排烟风 量约为12万M3／tAl。

1、集气系统 铝电解槽散发出来的烟气，由槽上集气罩收集下来的， 称为一次烟气；未经集气罩收集而直接进入电解厂房空气中 的烟气，称为二次烟气。一次烟气的体积较小，其中氟化物 浓渡较大；二次烟气的体积较大，其中氟化物浓渡较小。收 集一次烟气的设备系统，称为一次集气系统；收集二次烟气 的设备系统，称为二次集气系统。

3、对废气治理的必要性
按照国家环保标准GB1297—1996《大气污染物综合排放 标准》的要求，必须对电解烟气加以治理，进行达标排放。
国家提高对电解铝行业准入的门槛，如：产能消耗（电
能）厂址外部环境、技术指标等进行限制。
强制对治理效果进行监测，定期复检、在线监测、环保
局设置终端监测等。
三、烟气收集系统
80％。须二次净化(天窗与地面)旁插自焙槽采用全密闭的罩子，集气系
统可收集80～90％的污染物，氟的收集效率为86％。须二次净化(天窗 与地面)。 中间下料预焙槽，打壳下料不打开罩子集气效率为98％氟的捕集效率98 ％，因此可采用一次集气地面系统净化即可在标排放。
四、烟气净化方法

铝电解烟气净化工艺主要有湿法净化和干法净化回收两种。 (1)干法。用氧化铝作吸附剂，使之产生含氟氧化铝，直接返 回电解槽使用。此法多用于预焙槽和上插自焙槽，是一种较 新的方法。我国于1977年4月开始试验这一技术，现在已掌 握了工艺流程和技术条件控制等问题。 (2)湿法。湿法净化回收有多种方法，如用清水洗涤、碱水 洗涤、海水洗涤等。洗液再通过碱法、氨法和酸法流程加以 回收，制取冰晶石、氟化钠、氟化铝等。一般多用于制造冰 晶石。虽然烟气净化最简单经济的方法是用水洗涤，但由于 水溶解氟化氢后变为氢氟酸，最容易腐蚀设备，所以目前各 国多采用碱法净化回收。
铝电解烟气净化 培训教案
曹广洲
培训内容
第一部分 工艺篇 电解铝行业形势分析 烟气净化产生的背景 烟气收集系统 烟气净化方法 电解烟气干法净化工艺 除尘装置介绍
培训内容
第二部分 技术规范篇
净化操作规程介绍
环境相关法律法规
第一部分
工艺篇
一、电解铝行业形势分析
近年新建的氧化铝厂起步规模都在80 万吨以上，采 用能耗较低的拜耳法工艺。电解铝槽容也趋于大型化。 一批新增生产能力基本上完全采用400KA 大型预焙槽， 世界上最先进、槽容量最大的600KA 预焙槽也与2007 年 进入工业化试验阶段。


氟化物离子是一种普通的细胞毒素。所以人体中所有的细 胞和器官系统都会受到影响。当氟化物进入人的肌体内时， 大部分氟化物便被胃肠道吸收，进入血液中。沉积于骨骼 的磷灰石无机物中。氟化物离子对钙和磷有很强的亲和力 是其沉积骨骼、牙齿、指甲和头发的硬组织中的原因。人 体中99％以上氟化物滞留在骨骼中。
电解用Al2O3和HF的性质 Al2O3根据焙烧状况的不同，各结晶构造的比例也不一样，一般为r型与α 型及少量的中间型。α型活性较差，约占总量的40～50％，r型及中间型 Al2O3孔隙率较高，比表面积较大，且Al2O3是一个典型的两性化合物。 HF沸点为19．54℃,活性大，具有同自身以及其他化合物相结合的特点。 氧化铝与烟气中的HF接触后，吸附反应速度很快，几乎是在0．25~1.5秒 钟完 成。干法净化回收的吸附效率主要取决于氧化铝的物理性能和投入到烟气 中的数量。