铝电解槽产生的污染物有气态和固态两种物质,气态物质的主要成分是氟化氢(HF)、四氟化碳、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫等。固态物质分两类:一类大颗粒物质(直径大于5μm),主要是氧化铝炭粒和冰晶石粉尘,由于氧化铝吸附了一部分气态氟化物,一般大颗粒物质中总氟含量约为15%;另一类是细颗粒物质(亚微米颗粒),由电解质蒸气凝结而成,其中氟含量高达45%。在大型预焙槽生产中,气态氟占50%左右,氟化盐是电解生产的重要熔剂,每生产1t铝需要消耗的氟化盐量一般是25~30kg,其中被烟气带走的约50%~60%。
2.4.2.1 铝电解槽烟气中污染物的来源
铝电解槽烟气中污染物的来源有:
(1)铝电解过程中产生的HF和CF4。HF是主要气态污染物,CF4是在阳极效应临近时以及发生时产生的,临近阳极效应时气体中的CF4量只有1.5%~2%,而在阳极效应时高达20%~40%。
(2)铝电解生产过程中阳极气体带出的电解质液滴。冰晶石-氧化铝熔盐电解过程中,在阴极上析出铝,在阳极上生成大量的CO2与CO气体,在这些阳极气体排出的过程中,将带出部分熔融的电解质液滴,进入到烟气中。
(3)熔融电解质的蒸气主要是NaAlF4和AlF3。NaAlF4在920℃以上分解成NaF和AlF3,在920℃以下分解成亚冰晶石和氟化铝。
(4)生产过程中加料作业时产生的原料粉尘。包括固态的氧化铝、冰晶石和氟化铝等生产原材料颗粒。
(5)原料中杂质二氧化硅与氟化盐发生的反应生成SiF4气体。
2.4.2.2 对电解烟气中HF等有害气体的净化
含氟烟气的净化,还可以按净化装置的不同分为湿法净化和干法净化两种。利用清水、海水、碱溶液或某些盐类溶液洗涤和吸收烟气中的氧化物,这种净化装置和方法称为湿法净化。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,被吸附的物质称吸附质,此方法称为干法净化。
A 铝电解含氟烟气的干法净化(www.xing528.com)
铝电解含氟烟气的干法净化是使用电解铝生产用的Al2O3作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。向铝电解烟气中投入的氧化铝重量与烟气体积的比值为固气比,在预焙槽电解生产的烟气净化采用的固气比在35~55g/m3对烟气中氟化氢的净化效率最高。
铝电解烟气干法净化的反应原理,可用如下化学反应形式来表示:
B 铝电解含氟烟气的湿法净化
一般均采用液体吸收法,即利用液体洗涤含氟烟气,达到净化回收的目的。由于吸收过程伴随有化学反应,所以属于化学吸收。吸收液一般采用碱液,如氢氧化钠、碳酸钠、氨或石灰等。若在净化工艺中使用pH值为7~8的低浓度碳酸钠溶液,则可能生成氟化钠和碳酸氢钠。
当吸收液中氟化钠浓度上升到约20g/L时,加入偏铝酸钠,利用烟气中的二氧化碳,在洗涤塔内合成冰晶石,反应如下:
净化系统所用的洗涤器形式很多,如空心喷淋塔、填料塔、筛板塔及文氏管等。但为了增加气液接触面积,一般多选用填料塔。
湿法净化可单独用于地面或屋顶排烟处理,也可用于地面与屋顶联合排烟系统的烟气净化。湿法净化设备体积小,可回收氟化物,且净化效率高,但易造成水体的二次污染,设备和管道易被腐蚀,并且在寒冷地区需要解决保温防冻问题。
2.4.2.3 对电解烟气中氟化物、氧化铝等的回收利用
电解烟气经过干法净化后,烟气中的气体污染物转化为固态的污染物,其稳定性就得到很大的提高,而且氟化氢与氧化铝发生吸附反应后生成的AlF3是电解生产的助熔剂,同时氧化铝又是电解生产的重要原材料,因此对电解烟气中氟化物、氧化铝的生产所用的原材料进行回收就显得特别重要,由于载氟氧化铝的粒径小,采用袋式除尘器是最好的方法,利用袋式除尘器可达到99.8%的除尘效率,既有效地回收利用了原材料,又能最大限度地降低铝电解生产对环境的污染和破坏。
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