電解鋁大修渣中總氟含量分析

趙 亮 宋興寬 路齊英 唐俊巖 李亞平

(濟南浩宏偉業技術咨詢有限公司，山東 濟南 250101)

電解鋁大修渣中總氟含量分析

趙 亮 宋興寬 路齊英 唐俊巖 李亞平

(濟南浩宏偉業技術咨詢有限公司，山東 濟南 250101)

通過測定500kA高能效電解原液槽產生的各大修渣中總氟含量，結合各種大修渣產生量，確定大修渣中總氟含量。結果表明，大修渣中氟含量在3.16～367g/kg(wt：0.03%～36.7%)范圍內。根據某企業運行情況，噸鋁氟消耗量為9.53kg/t·Al，大修渣中總氟含量為2.78kg/t·Al，大修渣中帶出的總氟占進入系統的總氟比例為29.2%。

電解鋁；大修渣；總氟含量

鋁電解生產采用冰晶石-氧化鋁熔鹽法，溶解在熔融氟化鹽電解質中的氧化鋁在直流電作用下，在陰極析出金屬鋁液。鋁電解生產所需主要原材料為氧化鋁，輔助原料有氟化鋁、冰晶石。電解槽陰極內襯是鋁電解槽的重要組成部分，電解鋁過程中不可避免受高溫熔融電解質的浸泡和腐蝕[1]，以及腐蝕過程中產生應力的作用而發生槽變形和破損。電解槽大修時要清除陰極炭塊等陰極內襯材料，形成大修渣[2]。這種廢渣對環境危害較大，由于其中含有一定量氟，若不能妥善處置可能會污染地下水[3]。

以往研究主要針對電解槽大修渣中可溶性氟化物濃度，確定大修渣為危險廢物[4]，而針對大修渣中總氟含量的研究較少。左學敏[5]以160kA預焙鋁電解槽為例開展了鋁電解槽氟平衡的研究，胡穎[7]以75kA預焙鋁電解槽為例進行了槽襯氟吸附情況研究，但隨著鋁電解工藝的發展，鋁電解槽的電流強度已逐步以500kA、600kA替代160kA、60kA。本研究通過測定500kA高能效電解原液槽產生各大修渣中總氟含量，結合各大修渣產生量，確定大修渣中總氟含量，可為大修渣的分類處置提供參考，并為電解鋁氟元素物料平衡的研究提供數據支撐。

1 內容與方法

1.1 電解槽組成

電解槽基本結構由上部結構和陰極結構組成。陰極結構由槽殼結構和陰極內襯結構組成，其中電解槽槽殼主體可回收利用，因此電解槽大修渣主要為陰極內襯結構。以某企業電解槽(500kA)為例，其陰極內襯結構及大修渣情況見表1。

1.2 分析方法

(1)樣品制取

采用四分法采集電解槽產生的各類大修渣樣品后，研磨過篩后放入鎳坩堝中，加入3g氫氧化鈉，蓋住樣品。將坩堝放入600℃～650℃馬弗爐內10min，取出坩堝旋轉數秒鐘后再放回爐內熔融5min。取出坩堝冷卻后置于200mL塑料杯中，加60mL水浸取熔融物。熔融液冷卻后移入100mL塑料容量瓶，以水稀釋至刻度混勻。過濾棄去初始濾液，濾液收集于塑料燒杯，收集濾液約40nL，待測。

表1 電解槽陰極內襯結構說明

(2)樣品分析

采用氟離子選擇電極法測定，參照GB/T 6730.28-2006中分析方法測定大修渣中總氟含量。

2 結果與分析

2.1 大修渣產生量

該企業電解鋁年產30萬噸液態原鋁，電解槽共設置144臺。根據運行經驗鋁電解槽一般在使用5年后進行大修，本次選取五年期電解槽為研究對象。單槽一次大修渣產生量約為240t，大修渣產生量約6912t/a(折合23.0kg/t·Al)。大修渣產生量見表2。

表2 大修渣產生量及總氟含量

2.2 大修渣總氟含量檢測結果

由表2可知，大修渣中氟含量在3.16～367g/kg(wt：0.03%～36.7%)范圍內，總氟含量由高到低依次為：陰極糊料、陰極炭塊、高鋁耐火磚、粘土耐火磚、氮化硅磚、高強澆注料、干式防滲料、硅酸鈣板、異型炭塊。其中陰極糊料、陰極碳塊廢渣中總氟含量高于100g/kg(即wt>10%)，異型炭塊、干式防滲料、硅酸鈣板廢渣中總氟含量低于10g/kg(即wt<1%)。大修渣作為危險廢物，后續處置過程可根據其總氟含量高低分類處理。

2.3 大修渣中總氟物料分析

(1)根據各大修渣產生量以及大修渣中總氟含量，可知每年產生的大修渣中總氟含量為834.5t/a，折合2.78kg/t·Al。

(2)根據企業運行情況，采用電解槽(500kA)生產鋁液，噸鋁消耗氟化鋁15kg，折成純氟9kg；噸鋁消耗冰晶石1kg，折成純氟0.53kg，共計氟消耗量為9.53kg/t·Al。氟支出為：一是進入電解槽撈渣，二是進入電解煙氣中，三是由電解槽體(大修渣)吸收，四是殘陽極帶出，五是陽極車間加工過程排放等。根據對大修渣中總氟含量分析，可知大修渣帶出的氟占總氟的29.2%。這與胡穎[6]研究結果中大修渣中總氟占系統總氟的13.45%(電解槽氟消耗量為26.65kg/t·Al)，二者不同在于電解槽電流、系統中總氟消耗量均相差較大，不具可比性。

3 結 論

(1)大修渣中氟含量在3.16～367g/kg(wt：0.03%～36.7%)范圍內，其中陰極糊料、陰極碳塊廢渣中總氟含量較高，異型炭塊、干式防滲料、硅酸鈣板廢渣中總氟含量較低。大修渣作為危險廢物，后續處置可根據總氟含量高低分類處理。

(2)噸鋁氟消耗量為9.53kg/t·Al，大修渣中總氟含量為2.78kg/ t·Al，大修渣中帶出的總氟占進入系統的總氟比例為29.2%。

[1]曹成山，楊瑞祥.預焙陽極鋁電解槽氟平衡[J].輕金屬2003，(11)：42-44.

[2]邱竹賢.預焙槽煉鋁(修訂版)[M]，北京：冶金工業出版社，1998.

[3]仇振琢，趙恒勤，王立卓.鋁工業廢渣的綜合利用.礦產保護與利用[J].2000 (5)：50-54.

[4]李樹恩，李向紅，滕萍等.甘肅電解鋁廠大修槽廢渣排放現狀的調查研究[J].甘肅冶金，2001，2：28-30.

[5]左學敏.160kA預焙鋁電解槽氟平衡研究.第四屆全國輕金屬冶金學術會議論文集[C]，2001，611-614.

[6]胡穎.電解鋁廠槽襯氟吸附情況研究.河南冶金[J].2003，11(1)：12-13.

Analysis of Total Fluorine in Oberhaul Waste Residues from Electrolytic Aluminium

ZHAO Liang SONG Xingkuan LU Qiying TANG Junyan LI Yaping

(Jinan Haohong Weiye Technical Consulting Co.，Ltd，Jinan 250101，China)

The amount of total fluorine in oberhaul waste residues from electrolyzer was determined，according to analysising the total fluorine of 500kA high efficiency electrolyzer，with the amount produced of oberhaul waste residues.The results show that the total fluorine in oberhaul waste residues was in the range of 3.16～367 g/kg (weight percent：0.03%～36.7%).The consumption of total fluorine with every ton aluminum was 9.53kg/t·Al，and the total fluorine in oberhaul waste residues was 2.78kg/t·Al，so that the total fluorine which the output amnont in oberhaul waste residues was 29.2% of the total fluorine in the system according to the operation of an enterprise.

Electrolytic Aluminium；Oberhaul waste residues；The amount of total fluorine

趙亮，碩士，工程師，主要從事環境污染、環境檢測技術的研究

文獻格式：趙 亮 等.電解鋁大修渣中總氟含量分析[J].環境與可持續發展，2017，42(4)：114-115.

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A

1673-288X(2017)04-0114-02