電解車間及凈化系統中氟化物及粉塵環境影響分析

何愛玲

【摘 要】 電解鋁生產過程中產生的氟化物及粉塵對周圍的環境影響頗大。因此對電解車間及凈化系統的氟化物及粉塵從環保角度進行系統研究，對提高電解鋁行業整體環保技術水平，有著極其重要的意義。

【關鍵詞】 電解鋁 凈化 氟化物 粉塵

1 概述

電解鋁行業因其生產工藝的特殊性，對周圍環境影響較大。電解鋁生產過程中會排放以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，國內外電解鋁行業均采用氧化鋁干法技術處理電解含氟煙氣，其凈化效率可達99.5%以上，可以有效控制電解含氟煙氣的排放。而要實現減少電解煙氣中有害物質排放的目的，其關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，電解槽無組織散發的氟化物一般占最終總排氟量的55%左右。而根據有關研究資料表明：目前國內電解槽集氣效率一般很難達到98.5%。

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

2 含氟煙氣的產生

電解鋁生產目前仍采用傳統的冰晶石-氧化鋁熔融電解法，通過碳素材料導入直流電，在槽內發生電化學反應，在陰極上析出液態鋁，鋁液送往鑄造車間，進行澆注。

在電解槽正常生產情況下，電解槽發生以下電化學反應：

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的產生量及比例與電解槽電流效率以及陽極消耗有關。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生陽極效應：

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。全氟化碳氣體只有在電解槽發生陽極效應時才會產生，實踐表明：只有降低陽極效應系數及陽極效應持續時間，才可能降低全氟化碳的產生。

3 電解煙氣的凈化

伴隨著嚴峻環保形勢，近年來鋁電解生產企業普遍加大了對環保的投入力度。目前氧化鋁干法吸附凈化技術是業內公認并普遍采用的鋁電解煙氣凈化技術。

干法凈化技術是指直接用鋁電解的生產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。發生吸附反應后的生成物是電解鋁生產的原料，符合循環利用的清潔生產理念。自干法凈化技術面世以來，由于其在技術上的優越性，很快就被廣泛的應用于電解鋁煙氣凈化領域。

4 電解鋁污染物的排放指標

4.1 氟化物

目前《車間空氣中氟化物衛生標準》（GB 16228-1996）中規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接觸限值 化學有害因素》（GB Z2.1-2007）中規定氟化氫的最高容許濃度為2.0mg/Nm3，氟化物的時間加權平均容許濃度為2.0mg/Nm3。

在國家最新頒布的《鋁工業污染物排放標準》（GB 25465-2010）中規定了現有企業電解煙氣中氟化物最高允許排放濃度為4.0mg/Nm3，新建企業和現有企業（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有和新建企業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接觸限值化學有害因素》（GB Z2.1-2007）中規定了氧化鋁粉塵的時間加權平均容許濃度為4.0mg/Nm3。《鋁工業污染物排放標準》（GB 25465-2010）中規定了現有企業電解槽煙氣凈化中顆粒物最高允許排放濃度為30.0mg/Nm3，新建企業和現有企業（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有和新建企業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 測試內容和依據

5.1 測試內容

參照我國現行標準及相關規范，對電解槽煙氣凈化系統進行多工況系統測試。測試內容應包括通過天窗（無組織）排放氟化物的量、進入凈化系統的氟化物的量、顆粒物排放的量、單槽平均排煙量、排煙溫度、槽內負壓等參數，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、槽內負壓等參數。

5.2 參考標準

針對測試的具體需要，參照國家標準、行業標準和美國環保局（EPA）推薦的測試方法，主要參考的法律法規如下：

（1）GB 25465-2010鋁工業污染物排放標準；

（2）GB 16228-1996車間空氣中氟化物衛生標準；

（3）GBZ/T 160.63-2004工作場所空氣有毒物質測定氟化物；

（4）GBZ2.1-2007工作場所有害因素職業接觸限值化學有害因素；

（5）GB/T15432-1995環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污染物采樣方法；

（7）HJ 480-2009環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清潔生產標準電解鋁業；

（12）美國環境保護局（EPA：Environmental Protection Agency）測試方法。

6 結語

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