电解槽大修渣的处理

1、电解槽大修渣的处理1 前言铝电解槽是在高温熔盐状态下生产纯铝的生产设备, 电解铝生产主要以氧化铝为原料 , 氟化盐为熔剂, 电能为热源, 在高温熔盐状态下进行的电化学反应中, 铝液沉积在阴极的表面, 由于电解质中钠离子浓度较高, 在阴极表面析出的还有金属钠。由于碳素阴极对电解质熔盐的湿润性较好, 阴极内衬不可避免地受到电解质、金属钠、铝液的浸蚀, 由于不断遭到浸蚀, 电解槽的内衬破坏, 故铝电解槽的寿命一般只有2,5 年。2 电解氧化铝工业上大规模生产电解铝的主要工艺过程是一个熔盐电化学过程, 主要生产原理是氧化铝与炭阳极在电流作用下于冰晶石熔融盐中生成铝和碳的氧化物.熔盐电解:主反应:AlO

2、+2C ? 2Al+CO+CO 232副反应:AlF+C ? Al+CF 33NaAlF+C ? Al+NaF+CF+F 3342NaF+C ? Na+CF4电解过程中，炭素阳极与氧反应生成CO和CO而不断消耗，通过定期更换阳极块进行补充。2电解槽散发的烟气中含有大量氟化物（ 含气态氟化氢和固态氟化物） 、二氧化硫及粉尘等大气污染物, 是电解铝企业最主要的大气污染源。其产生量约为总氟20,40 kg/t ， Al 粉尘量也较大, 大气污染负荷占整个电解铝生产系统的99%以上。另外 , 电解车间有一定量的无组织排放烟气及少量的粉尘污染等。电解铝生产中的流程及主要污染源排放点（ 见图2）婴也 案化

3、拄 ET8 J , |±甚学生系至KESffi省邛£一1右国化铝r在口.林痘母布利器. . 一£ 江一:懒加电神斗一邈整%蝠2迈姆印 梭工之f 9*-utt mt费* E* T*至*Taai ，机化*E 2电舞铝生产工艺流程及污染产生示意BB阳极生产工序相对较多，其生产过程中的污染源也相对较多，主要包括：石油 焦煨烧窑，含SO及少量粉尘烟气；沥青熔化器产生的沥青烟；生阳极焙烧烟气包 括残极氟气化挥发逸2出，填充焦及沥青所含硫燃烧生成SO沥青挥发性未完全燃烧部分以及填充焦 细粉等；实践2证明，阳极焙烧炉的大气污染负荷占阳极生产系统的2 /3以上。阳极生产工艺流程及污

4、染物排放治理流程（见图3）。M一正“士山Ti称船Ji 尻化® 3阳极生产工艺流程及污染物产生示意图3废渣的组成铝电解槽散发的污染物有气态与固态物质，气态主要成分是氟化氢 （HF）。固态 物质有大颗粒物质（主要是氧化铝，碳和冰晶石粉尘）和电解槽大修废料，主要为阴极 碳块、耐火砖、扎糊、保温砖等,吸附氟化物属危险固废；阳极废渣属一般固废.4废渣的处理国外电解槽大修法的处置大多采用防渗卫生堆埋 ,、卫生填埋是固体废弃物的 最终处理方法，卫生填埋要求堆场底层采取防渗处理，固体废物分层作无害化填埋 压实后顶层覆盖土层，实现还林（耕）的方法。卫生填埋要求做到安全堆存，无塌 陷，不留隐患，并做到无

5、害化，不污染土地及地下水。-7（1） 堆场的防渗处理。电解大修法堆场防渗系数 K ?1xi0cm /s 2 ,而平果县-8天然粘土防渗系数达到1xi0cm/s,天然粘土经夯实后即可满足要求。为了 进一步防止氟离子向下渗透，渣场底部可铺一层石灰渣。为了防雨水浸泡，应在渣 场周围开挖雨水导流明渠。（2）大修法的分层堆放。平果铝氧化铝厂采用拜尔法 生产工艺，生石灰化浆后石灰渣较多，石灰渣的主要成分为CaO ,潮解后生成氢氧化钙，含有大量的有效钙。将石灰渣与电解大修法混合堆存，大修法中的可溶氟与石灰渣中的钙发生如下反应：2F- +Ca2+ = CaF? K sp = 22.7 X10-11,反应较彻底

6、，达到固氟的目的,实现电解渣堆存的无害化。由于大修法含氟360 kg/t （渣），可溶性氟达到16.4,56 kg/t（ 渣），按可溶性氟计算，每吨 渣需要100 kg石灰渣（有效成分30% ）,由于堆存时混合不均匀，不均匀系数最 大达10以上，实际采用石灰渣渗入量为1t大修法掺入1t石灰渣。（3）大修法的顺序堆存。为了充分利用土地资源，在堆场堆存管理中，应采用 分格填埋的方法，即将整个堆场分成若干部分，分别堆放，每分格堆满后分别覆 土、种草、种树或还耕但也有对电解渣采用焚烧处理或利用余热或用于发电厂代替 部分燃煤，目前，在国内的电解铝厂还未有采用上述措施的成功实例。盘,学名臬!但“要谢度乙蛆

7、的靖房；比*耳粘土像I填埋场别的示意图防渗材料通常采用高密度聚乙烯防渗膜（HDPE 膜 ）, 在铺设防渗膜之前, 应首先对自然地面进行整平处理, 为了便于渗入渣场内的雨水能有效的收集, 整平后的地面坡度应不小于2.0%, 在防渗膜与地面之间还需设置粘土保护层。防渗液的处理在防渗膜上铺设集水管道将渗滤液汇入渗滤液池内, 在集水管道上方铺设导水砂砾层 , 以便于雨水汇集, 收集到的渗滤液内含有大量的有害成分, 由于其数量不大 , 对其进行专门处理又不经济我们的做法是将这些收集到的渗滤液用水泵将其喷撒到渣场的表面, 使其水分自然4蒸发 , 这样处理渣场的渗滤液既经济又实用, 在砂砾层的上方堆存废渣,

8、 待废渣堆满后 , 尚需对渣场进行封场处理, 以确保雨水不再进入渣场内部, 并在上面植草绿化 , 改善环境。设置挡渣坝由于该渣场簸箕口处已有废矿石堆积而成的土坝, 坝高约 30 m, 只须对其加固,并在靠渣场的一面用水泥砂浆敷砌表面, 可满足挡渣需要。开挖截洪沟根据当地多年统计的气象资料, 其多年降水量在1 000,1100 mm, 年均蒸发量在 1151.9 mm 左右 , 阴雨多 , 晴天少的特点, 工程为减少渣场内汇水量, 提高库区的利用率, 沿渣场北、东、南3 面的设计库容标高以上开挖3 条截洪沟 , 将渣场外的雨水引出库区, 减少电解渣浸泡机会。固体废弃物渣场是长期堆存固体废弃物的场

9、所。由于堆存数量大, 容易流失和飞扬 , 对周围环境尤其是地下水环境存在着潜在的威胁。为防止在堆存期内对环境产生不利影响, 从渣场的选址开始, 就应认真考虑场址条件, 宜选择库容大、工程量小、地质条件好的山谷地形, 尽量避开河流冲积而成的松散土质地、河流阶地、岩溶较发育的喀斯特地貌区域或汇水面积较大的冲沟等。同时, 还应考虑堆场的地基条件 , 防止堆场处理费用过高。对有害固体废弃物应该采用成熟的处理工艺, 加上切实可行的防渗措施, 既可减少有毒渣中淋溶出来的有毒物质, 又可有效地防止淋溶液渗入地层, 污染地下水, 起到保护环境的作用。堆场入口处按规定应设置明显的标志牌, 并搞好堆场周围的绿化,

10、 做好水土保持, 防止水土流失。废渣的运输方式由于电解槽大修废渣是由耐火材料及碳素材料组成的电解槽内衬, 在电解槽进行大修时, 从槽壳内清理出来, 均为固体废料, 通常采用汽车运输, 在运输的过程中需对运输车辆进行遮盖处理, 避免粉尘飘散到空气中污染环境。渣场运行管理?在填埋场投入运行之前, 要制订一个运行计划。此计划不但要满足常规运行,而且要提出应急措施, 以便保证填埋场的有效利用和环境安全。?填埋场运行中应进行每日覆盖, 并视情况进行中间覆盖。?废物堆填表面要维护最小坡度, 一般为 1 :3（ 垂直 : 水平 ） 。?通向填埋场的道路应设栏杆和大门加以控制, 必须设有醒目的标志牌, 标示正

11、确的交通路5线。?填埋场的运行不能暴露在露天进行, 必须有遮雨设备, 以防止雨水与未进行最终覆盖的固体废物接触。5 废渣综合利用电解铝厂产生的电解槽大修废渣, 目前直接运至渣场填埋, 未作任何处理。电解槽大修废渣的无毒化研究与开发将对于保护环境, 促进电解铝生产的健康发展具有重要意义，在铝厂长期的生产经营过程中, 废渣带来的负面影响越来越大, 它不仅要占用大量的土地、威胁周边环境, 而且还要支付大量维护费用, 令企业不堪重负。基于以上原因, 现在很多铝厂已将生产废渣的再利用研究提到日程上来，目前国内主要采用以下几种方法，对废渣进行处理; 1 、 对废渣进行人工选捡;对废渣进行人工选捡, 主要就

12、是分捡出渗铝、电解质块等有价物, 返回生产系统,回收利用。2、 废阴极碳块用于烧结法氧化铝生产;将废碳块破碎到25mm以下，与无烟煤一同进入氧化铝生产流程，可改善溶出条件 ; 此方法在山东铝厂取得了成功，3、 将废阴极碳块破碎后加入水泥熟料窑中代替部分燃料;由于碳块硬度较大, 破碎磨粉消耗较多, 应用受到一定的限制4、 作为小锅 （ 茶 ） 炉燃料 ;将碳块破碎到25,50mm , 与煤混合加入到锅（茶 ） 炉中 , 火力较旺。在燃烧过程中 ,煤先燃尽，碳块中的NaF与煤中含CaO的灰分反应生成氟化钙，不会污染环境；5、 废渣和闽侯粘土合成莫来石质保温材料;6、 废炭块用作水泥生产的补充原料.

13、水泥工业二次燃料的选用必须符合下列标准:1、代替常规能源后能产生经济效益。这些废料必须有足够的热值，使用的部分取代常规燃料后多节省的燃料费用足以支付废料的收集、分类、加工、贮运的成本，显然热值越高，被应用的可能性越大，通常应在4000kcal/kg（ 干基 ）以上2、必须适应水泥窑的工艺流程需要。3、符合环保的要求电解槽大修时,排出废阴极炭块、废耐火砖及填充料等称为大修法,电解槽大 修法主要组成及产生量如表1表I电解槽大修清各部分组成表庞鸵 块耐火 畴保掌特.7根引火 颗励上沉队 屋46 yX 2丸fi6.3乩3币：门1 1” .匕11 "0拧23217S1911522-J(J2?从

14、电解槽大修法的组成看，其中并不含对环境有特别危害的物质，但电解过程 中大量的氟被吸收到槽内衬中，成为对环境造成危害的主要因素。据同类铝厂测定 ， 除耐火材料外，电解槽大修法浸出液中氟浓度均超过 50mg/L。根据有色金属工业 固体废弃物污染控制标准，属于有害固体废弃物，应设置防渗堆场集中堆放。但 铝电解槽大修渣是一种有价值的物料，不能轻易弃置不用，因为其中废阴极炭块含 有高达70%勺碳，而且有价值的化合物氟盐占30%£右，从经济效益测算1 kg废炭 块发热量估计为7 000, 12 000 kJ/ kg 。下面以一个公司为例进行进一步说明， 每年产生废炭块及扎糊2 269 t ,折合

15、为标准煤约700 t,价值84万元左右，减去收集、破碎、运输等费用20万元，每年可产生直接经济效益约64万元。公司 获利以60%计为38.4万元。此外，掩埋大修75成本为50元/t ,减少掩埋费11.4万元，大修渣场使用周期可延长一倍。公司直接经济效益50万元，大修法场使用周期延长一倍，等于节省建设一个大修法场的费用。这个公司通过与水泥厂 的合作，一方面实现效益共享，使废物资源化、无害化，避免了约680.7 t氟化 物对生态环境的污染隐患，同时，由于避免了填埋，延长了渣厂使用周期、减少了 维护投入。从以上材料可以看出，炭块完全符合水泥厂二次燃料的选料标准，所以这是一种很好的处理废渣的方法，国外

16、利用二次燃料生产水泥已成趋势, 电解槽大修废渣可作为水泥生产的补充燃料。其中的碱金属氟化物可在炉料烧结反应中作为催化剂因此可降低熟料烧结温度, 并减少燃料用量。废炭块破碎后加入水泥熟料窑中可以代替部分燃料, 节省能源 , 炭块中所含的氟可以作为矿化剂改善窑内烧成条件, 氟生成固态CaF进到水泥中,不会污染环境.2电解铝的环境污染治理在电解铝企业中, 污染源包括大气污染、水污染、噪音污染、固体废物污染,而众多环保设施是治理这些污染的重要保障, 因此做好这些环保设施的管理工作是电解铝企业环境管理的重中之重。电解铝企业环境管理在其它方面可以归纳为以下几点 :1) 电解铝企业主要的环境污染源为电解铝阳

17、极烟气和阳极焙烧炉的烟气等气态污染源,7含氟气体是铝电解企业的标志性污染物, 因此 , 首先应该保证这两套烟气净化系统的高效运转, 不断提高系统的集气效率、净化效率, 这样不仅能减少铝电解生产过程中氟化物的排放量, 减少生产过程对环境的污染而且还能最大限度地减少电解生产中氟化盐的消耗, 为降本增盈工作提供有效的途径。2) 为保证电解铝企业的环保达标排放, 应有完善的监测制度和监测机构加大对环保设施的监测力度, 做好监测结果的统计分析。3) 维护部门做好对环保设施的维护工作, 设备是工艺的载体, 没有好的运行条件 , 达标排放是很难实现的。各环保设施的工作人员在生产运行过程中要加强巡检、点检基础

18、工作, 在运行中发现问题, 把问题解决在萌芽状态, 也要根据具体情况对各设施的运行参数做出正确的调整。4)倡导开展清洁生产、QHSET作，使电解铝企业的环保工作在国家环保法律法规、行业标准的要求下走上健康发展的轨道。5) 现有环保设施不能满足国家要求的电解铝企业, 需投入一定的资金对除尘、净化设施进行更新并建设污水处理厂及大修渣场。6) 绿化在防治污染、保护和改善环境方面起着重要作用。它不仅美化环境,还具有较好的调温、调湿、降低污染等功能, 尤其是它具有净化空气、减弱噪声的特殊作用, 因而应加强绿化工作, 电解铝企业绿化时应选择对氟化物吸附能力强的植物。7) 炭渣的处理利用与减排在电解生产过程中, 槽内将产生一定量的炭渣, 目前大部分厂家对炭渣没有进行处理或回收利用, 而是作为垃圾直接遗弃。据相关资料表明, 炭渣电解质含量在58% 左右 , 炭含量在42%左右。公司每年产生