电解槽大修渣的处理

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：Al
2O
3
+2C → 2Al+CO+CO
2
副反应：AlF
3+C → Al+CF
3
Na
3AlF
3
+C → Al+NaF+CF
4
+F
2
NaF+C → Na+CF
4
电解过程中, 炭素阳极与氧反应⽣成CO
2
和CO ⽽不断消耗, 通过定期更换阳极块进⾏补充。

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)
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: ⽯油焦煅烧窑, 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含SO
2
、沥青挥发性未完全燃烧部分以及填充焦细粉等; 实践出, 填充焦及沥青所含硫燃烧⽣成SO
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染物
排放治理流程(见图3)。

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
国外电解槽⼤修渣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, 并做到⽆害化, 不污染⼟地及地下⽔。

(1) 堆场的防渗处理。

电解⼤修渣堆场防渗系数K ≤1×10- 7cm /s [ 2 ] , ⽽平果县天然粘⼟防渗系数达到1×10-8cm/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) ⼤修渣的分层堆放。

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
渣混合堆存, ⼤修渣中的可溶氟与⽯灰渣中的钙发⽣如下反应: 2F- +Ca2+ = CaF
↓K sp =
2
2. 7×10- 11, 反应较彻底, 达到固氟的⽬的, 实现电解渣堆存的⽆害化。

由于⼤修渣含氟
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⼤修渣掺⼊1t⽯灰渣。

(3) ⼤修渣的顺序堆存。

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。

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
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,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, 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
①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。

②填埋场运⾏中应进⾏每⽇覆盖,并视情况进⾏中间覆盖。

③废物堆填表⾯要维护最⼩坡度,⼀般为1 :3(垂直:⽔平) 。

④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,标⽰正确的交通路。