電解車間及凈化系統(tǒng)中氟化物及粉塵環(huán)境影響分析

何愛玲

【摘 要】 電解鋁生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的氟化物及粉塵對周圍的環(huán)境影響頗大。因此對電解車間及凈化系統(tǒng)的氟化物及粉塵從環(huán)保角度進(jìn)行系統(tǒng)研究，對提高電解鋁行業(yè)整體環(huán)保技術(shù)水平，有著極其重要的意義。

【關(guān)鍵詞】 電解鋁 凈化 氟化物 粉塵

1 概述

電解鋁行業(yè)因其生產(chǎn)工藝的特殊性，對周圍環(huán)境影響較大。電解鋁生產(chǎn)過程中會排放以CO2和氣固氟化物為主的污染物。CO2、CF4及C2F6是造成全球氣候變暖的主要因素；而HF則是劇毒氣體，易對人體健康造成危害。

目前，國內(nèi)外電解鋁行業(yè)均采用氧化鋁干法技術(shù)處理電解含氟煙氣，其凈化效率可達(dá)99.5%以上，可以有效控制電解含氟煙氣的排放。而要實現(xiàn)減少電解煙氣中有害物質(zhì)排放的目的，其關(guān)鍵在于提高電解槽的集氣效率。在電解槽集氣效率為98.5%的情況下，電解槽無組織散發(fā)的氟化物一般占最終總排氟量的55%左右。而根據(jù)有關(guān)研究資料表明：目前國內(nèi)電解槽集氣效率一般很難達(dá)到98.5%。

因此在正常生產(chǎn)的電解車間內(nèi)，就凈化系統(tǒng)以及天窗排放的氟化物、粉塵進(jìn)行測試，了解凈化系統(tǒng)的工作狀態(tài)，可以對電解煙氣凈化系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行校驗，對提高工藝設(shè)計水平有著重要的意義。

2 含氟煙氣的產(chǎn)生

電解鋁生產(chǎn)目前仍采用傳統(tǒng)的冰晶石-氧化鋁熔融電解法，通過碳素材料導(dǎo)入直流電，在槽內(nèi)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，在陰極上析出液態(tài)鋁，鋁液送往鑄造車間，進(jìn)行澆注。

在電解槽正常生產(chǎn)情況下，電解槽發(fā)生以下電化學(xué)反應(yīng)：

2Al2O3+3C=4Al+3CO2

Al2O3+3C=2Al+3CO

在960-970℃溫度條件下，陽極氣體的組分為82%～92%的CO2，18%～8%的CO，CO2和CO的產(chǎn)生量及比例與電解槽電流效率以及陽極消耗有關(guān)。目前電解槽CO2的排放量在1.75t/t-Al左右，而CO的排放量則在130-345kg/t-Al的范圍之間。而當(dāng)電解液中缺少氧化鋁（濃度小于0.25%～0.5%時），碳陽極附近的電解槽通常會發(fā)生陽極效應(yīng)：

4Na3AlF6+3C（g）=4Al+12NaF+3CF4

2Na3AlF6+2C（g）=2Al+6NaF+3C2F6

此時陽極氣體成分為3%～10%的CO2，95%～70%的CO，2%～20%的CF4以及少量的CF6。全氟化碳?xì)怏w只有在電解槽發(fā)生陽極效應(yīng)時才會產(chǎn)生，實踐表明：只有降低陽極效應(yīng)系數(shù)及陽極效應(yīng)持續(xù)時間，才可能降低全氟化碳的產(chǎn)生。

3 電解煙氣的凈化

伴隨著嚴(yán)峻環(huán)保形勢，近年來鋁電解生產(chǎn)企業(yè)普遍加大了對環(huán)保的投入力度。目前氧化鋁干法吸附凈化技術(shù)是業(yè)內(nèi)公認(rèn)并普遍采用的鋁電解煙氣凈化技術(shù)。

干法凈化技術(shù)是指直接用鋁電解的生產(chǎn)原料新鮮氧化鋁作為吸附劑去吸附電解煙氣中的氟化物的凈化技術(shù)。發(fā)生吸附反應(yīng)后的生成物是電解鋁生產(chǎn)的原料，符合循環(huán)利用的清潔生產(chǎn)理念。自干法凈化技術(shù)面世以來，由于其在技術(shù)上的優(yōu)越性，很快就被廣泛的應(yīng)用于電解鋁煙氣凈化領(lǐng)域。

4 電解鋁污染物的排放指標(biāo)

4.1 氟化物

目前《車間空氣中氟化物衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16228-1996）中規(guī)定車間空氣中氟化物最高容許濃度為1.0mg/Nm3?！豆ぷ鲌鏊泻σ蛩芈殬I(yè)接觸限值 化學(xué)有害因素》（GB Z2.1-2007）中規(guī)定氟化氫的最高容許濃度為2.0mg/Nm3，氟化物的時間加權(quán)平均容許濃度為2.0mg/Nm3。

在國家最新頒布的《鋁工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 25465-2010）中規(guī)定了現(xiàn)有企業(yè)電解煙氣中氟化物最高允許排放濃度為4.0mg/Nm3，新建企業(yè)和現(xiàn)有企業(yè)（自2012年起）電解煙氣中氟化物最高允許排放濃度為3.0mg/Nm3?，F(xiàn)有和新建企業(yè)邊界大氣污染物氟化物濃度（任何1小時平均濃度）限值是0.002mg/Nm3。

4.2 粉塵顆粒物

《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值化學(xué)有害因素》（GB Z2.1-2007）中規(guī)定了氧化鋁粉塵的時間加權(quán)平均容許濃度為4.0mg/Nm3?！朵X工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 25465-2010）中規(guī)定了現(xiàn)有企業(yè)電解槽煙氣凈化中顆粒物最高允許排放濃度為30.0mg/Nm3，新建企業(yè)和現(xiàn)有企業(yè)（自2012年起）電解槽煙氣凈化顆粒物最高允許排放濃度20.0mg/Nm3?，F(xiàn)有和新建企業(yè)邊界大氣污染物總懸浮顆粒物濃度（任何1小時平均濃度）限值是1.0mg/Nm3。

5 測試內(nèi)容和依據(jù)

5.1 測試內(nèi)容

參照我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)規(guī)范，對電解槽煙氣凈化系統(tǒng)進(jìn)行多工況系統(tǒng)測試。測試內(nèi)容應(yīng)包括通過天窗（無組織）排放氟化物的量、進(jìn)入凈化系統(tǒng)的氟化物的量、顆粒物排放的量、單槽平均排煙量、排煙溫度、槽內(nèi)負(fù)壓等參數(shù)，為了確定噸鋁氟化物的排放量及組成，也包括粉塵的排放量、集氣效率、單槽平均排煙量、排煙溫度、槽內(nèi)負(fù)壓等參數(shù)。

5.2 參考標(biāo)準(zhǔn)

針對測試的具體需要，參照國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和美國環(huán)保局（EPA）推薦的測試方法，主要參考的法律法規(guī)如下：

（1）GB 25465-2010鋁工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)；

（2）GB 16228-1996車間空氣中氟化物衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)；

（3）GBZ/T 160.63-2004工作場所空氣有毒物質(zhì)測定氟化物；

（4）GBZ2.1-2007工作場所有害因素職業(yè)接觸限值化學(xué)有害因素；

（5）GB/T15432-1995環(huán)境空氣總懸浮顆粒物的測定重量法；

（6）GB/T 16157-1996固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態(tài)污染物采樣方法；

（7）HJ 480-2009環(huán)境空氣氟化物的測定濾膜采樣氟離子選擇電極法；

（8）HJ 481-2009環(huán)境空氣氟化物的測定石灰濾紙采樣氟離子選擇電極法；

（9）HJ/T 67-2001固定污染源排氣氟化物的測定離子選擇電極法；

（10）HJ 480-2009環(huán)境空氣氟化物的測定，濾膜采樣氟離子選擇電極法；

（11）HJ_T187-2006清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)電解鋁業(yè)；

（12）美國環(huán)境保護(hù)局（EPA：Environmental Protection Agency）測試方法。

6 結(jié)語

通過上述介紹，我們從電解鋁生產(chǎn)中產(chǎn)生的氟化物及粉塵產(chǎn)生的背景，以及凈化處理的技術(shù)，到國家環(huán)保要求以及測試內(nèi)容作了簡單分析與介紹，對于了解其環(huán)境影響有著重要意義，對后續(xù)工作打下堅實基礎(chǔ)。endprint