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,

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

、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