電解鋁廠大修渣污染分析與防治對策

高康寧 晁波陽 申文斌 延雄華（陜西省現代建筑設計研究院陜西西安710048）

電解鋁廠大修渣污染分析與防治對策

高康寧 晁波陽 申文斌 延雄華
（陜西省現代建筑設計研究院陜西西安710048）

電解鋁工業中電解槽大修過程中產生大修廢渣，氟化物浸出濃度可達4000 mg/L左右，屬于危險廢物，通過水泥窯協同處置方法，可有實現對廢渣的徹底無害化處置。

電解鋁；大修渣；污染防治

引言

電解鋁工業中電解槽使用壽命約1800天，每5年進行一次大修，大修過程中產生大修廢渣，主要包括廢陰極碳塊、耐火材料、保溫磚和吸收與附著的電解質。大修渣中氟化物含量很高。

1 電解槽內襯吸收及吸附氟機理

氟進入電解槽內襯的吸收及吸附機理主要如下：

（1）陰極炭塊中含有約16%—20%的孔隙率，在電解槽啟動通電后，氧化鋁中帶入的鈉會析出，向碳素內襯的快速滲透，鈉的滲入改善了電解質熔體對碳素陰極的濕潤性，隨后電解質熔體隨著孔隙向內襯中滲入，氟化鹽、金屬、碳化鋁等熔結，在碳素陰極與耐火磚之間形成灰白層[1]。

（2）炭內襯在長期使用中不可避免地存在破損和裂隙，導致電解質由外向內滲透及滲漏，在炭內襯中形成條塊狀電解質物體。

（3）當碳素陰極材料吸附電解質飽和后，在化學與電化學力的作用下，電解質滲透通過炭素陰極后，逐漸滲入到耐火磚層，并與耐火磚反應生成霞石[2]；電解質滲透通過耐火磚后逐漸滲入到保溫層。

（4）電解槽大修前雖然要抽干金屬鋁液和電解質液，但因槽膛的不規則性及槽膛槽幫與炭內襯的緊密結合，極難將電解質液全部抽出，也極難將炭內襯附著的電解質槽幫剝離干凈，使得在大修過程中附著的電解質與炭內襯一起被清理出來。

2 大修槽渣廢物屬性判別

大修渣中氟化物含量很高，根據相關研究，大修渣浸出液中的氟化物濃度可達4000 mg/L左右[3]，根據《危險廢物鑒別標準.浸出毒性鑒別》（GB5085.3-2007），電解槽大修渣屬危險廢物。另外根據《國家危險廢物名錄》（2016年版），電解鋁過程中電解槽維修及廢棄產生的廢渣屬于危險廢物，危險代碼為HW48-321-023-48。

3 大修槽渣處理處置技術

大修渣的處理處置技術主要有：回轉窯焙燒處理、水泥窯協同處置、鋁土礦燒結、浮選處理、石灰水浸泡處理等。鋁土礦燒結一般只能處理大修渣中炭質廢料，不能對大修渣進行徹底處理，浮選處理、石灰水浸泡處理會產生大量的氫化氰等有毒有害廢氣，環境影響較大。

3.1 自建回轉窯焙燒處理

廠區自建回轉窯，將一定量石灰石加入廢槽內襯中破碎到一定粒度，與一定量的粉煤灰充分混合均勻，加入到回轉窯中，通過900℃~1100℃高溫焙燒，氟化物與石灰石反應生成氟化鈣或氟硅酸鈣。該工藝氟化物轉化率大于95%。該工藝回收的固體渣約含有20%的氟化鈣，可用作水泥生產輔料。使用該方法需要建設回轉窯，在處理處置大修廢渣的過程中會有破碎粉塵、焙燒煙氣等污染物產生，需要對上述污染物進行治理。

3.2 水泥廠協同處置

將電解槽大修渣通過專業危險廢物運輸車輛，運至具有危險廢物處理運營資質的水泥廠，利用新型干法水泥窯對大修渣進行協同處置。大修渣先經配料車間與其他危險廢物配料，然后加入新型干法水泥窯焙燒，新型干法水泥窯具有廣闊的空間和熱力場，處理溫度高，爐內火焰溫度高達1650~1800℃。大修渣中的氟在燒成過程形成的HF會與CaO，Al2O3形成氟鋁酸鈣固熔于熟料中帶出窯外，約90~95%的F元素會隨熟料帶出窯外，剩余的F元素以CaF2的形式凝結在窯灰中在窯內進行循環，極少部分隨尾氣排放。該方法與自建回轉窯處理原理相似，但協同處置企業均會建有完善的污染物防治設施，無需再建相關治理設施。

3.3 實例分析

以采用中間點式下料預焙陽極大型電解槽的某年產20萬噸電解鋁廠為例，每年大修渣產生量約0.7萬噸。若不進行合理的處理與處置，會存在較大的環境安全隱患。該企業采用水泥窯協同處置方法處理產生的大修渣，可使得大修渣實現資源化與無害化處置，對促進資源節約型、環境友好型社會發展具有重要意義。

結語

電解鋁工業中電解槽大修過程中產生大量氟化物含量很高的大修廢渣，屬于危險廢物，通過水泥窯協同處置方法，可有實現對廢渣的徹底無害化處置。

[1]劉業翔.《現代電解鋁》,冶金工業出版社，2008.

[2]陳喜平.電解鋁廢槽襯處理技術的最新研究[J].輕金屬,2011年第12期;

[3]邱竹賢.《預焙槽冶煉》，冶金工業出版社，2005;