電解槽大修渣的處理

1、電解槽大修渣的處理1 前言鋁電解槽是在高溫熔鹽狀態(tài)下生產(chǎn)純鋁的生產(chǎn)設(shè)備 , 電解鋁生產(chǎn)主要以氧化鋁 為原料, 氟化鹽為熔劑 , 電能為熱源, 在高溫熔鹽狀態(tài)下進(jìn)行的電化學(xué)反應(yīng)中 , 鋁 液沉積在陰極的表面 , 由于電解質(zhì)中鈉離子濃度較高 , 在陰極表面析出的還有金屬 鈉。由于碳素陰極對(duì)電解質(zhì)熔鹽的濕潤(rùn)性較好 , 陰極內(nèi)襯不可避免地受到電解質(zhì)、 金屬鈉、鋁液的浸蝕 , 由于不斷遭到浸蝕 , 電解槽的內(nèi)襯破壞 , 故鋁電解槽的壽命 一般只有 2,5 年。2 電解氧化鋁 工業(yè)上大規(guī)模生產(chǎn)電解鋁的主要工藝過(guò)程是一個(gè)熔鹽電化學(xué)過(guò)程 , 主要生產(chǎn)原 理是氧化鋁與炭陽(yáng)極在電流作用下于冰晶石熔融鹽中生成鋁和碳

2、的氧化物 .熔鹽電解 :主反應(yīng):AI0+2C ? 2AI+C0+C0 232副反應(yīng):AIF+C ? AI+CF 33NaAIF+C ? AI+NaF+CF+F 3342NaF+C ? Na+CF4電解過(guò)程中，炭素陽(yáng)極與氧反應(yīng)生成CO和CO而不斷消耗，通過(guò)定期更換陽(yáng) 極塊進(jìn)行補(bǔ)充。 2電解槽散發(fā)的煙氣中含有大量氟化物 （ 含氣態(tài)氟化氫和固態(tài)氟化物 ） 、二氧化硫 及粉塵等大氣污染物 , 是電解鋁企業(yè)最主要的大氣污染源。其產(chǎn)生量約為總氟 20,40 kg/t ，AI 粉塵量也較大 ,大氣污染負(fù)荷占整個(gè)電解鋁生產(chǎn)系統(tǒng)的 99%以上。 另外, 電解車間有一定量的無(wú)組織排放煙氣及少量的粉塵污染等。電解鋁

3、生產(chǎn)中的 流程及主要污染源排放點(diǎn) （ 見(jiàn)圖 2） P.T.S應(yīng)串比雖茫xm.IKO&哪41人粗化帕燉一訂A-*FJSL竺WEgiS8Z-HfiM3 蜀I耶一桃剋一ffifigMiai amutt牛貳此翡 *7）世“軋吒比辺叫曲圖:電會(huì)鋁生產(chǎn)工藝流程及污柴產(chǎn)主示就嵐陽(yáng)極生產(chǎn)工序相對(duì)較多，其生產(chǎn)過(guò)程中的污染源也相對(duì)較多，主要包括：石油 焦煅燒窯，含SO及少量粉塵煙氣；瀝青熔化器產(chǎn)生的瀝青煙；生陽(yáng)極焙燒煙氣包 括殘極氟氣化揮發(fā)逸2出，填充焦及瀝青所含硫燃燒生成SO瀝青揮發(fā)性未完全燃燒部分以及填充焦 細(xì)粉等；實(shí)踐2證明，陽(yáng)極焙燒爐的大氣污染負(fù)荷占陽(yáng)極生產(chǎn)系統(tǒng)的2 /3以上。陽(yáng)極生產(chǎn)工藝流程及污染物排放

4、治理流程（見(jiàn)圖3）。2M r4- tiTi KH?ViJi 竄出*崖車芳 3陽(yáng)極生產(chǎn)工藝流程&污染物產(chǎn)生示蕙團(tuán)3廢渣的組成鋁電解槽散發(fā)的污染物有氣態(tài)與固態(tài)物質(zhì)，氣態(tài)主要成分是氟化氫 （HF）。固態(tài) 物質(zhì)有大顆粒物質(zhì)（主要是氧化鋁，碳和冰晶石粉塵）和電解槽大修廢料，主要為陰極 碳?jí)K、耐火磚、扎糊、保溫磚等,吸附氟化物屬危險(xiǎn)固廢；陽(yáng)極廢渣屬一般固廢.4廢渣的處理國(guó)外電解槽大修渣的處置大多采用防滲衛(wèi)生堆埋，、衛(wèi)生填埋是固體廢棄物的最終處理方法，衛(wèi)生填埋要求堆場(chǎng)底層采取防滲處理，固體廢物分層作無(wú)害化填埋 壓實(shí)后頂層覆蓋土層，實(shí)現(xiàn)還林（耕）的方法。衛(wèi)生填埋要求做到安全堆存，無(wú)塌 陷，不留隱患，并做到無(wú)害

5、化，不污染土地及地下水。-7（1） 堆場(chǎng)的防滲處理。電解大修渣堆場(chǎng)防滲系數(shù)K ?1 x 10cm /s 2 ,而平果縣-8天然粘土防滲系數(shù)達(dá)到1x 10cm/s,天然粘土經(jīng)夯實(shí)后即可滿足要求。為了 進(jìn)一步防止氟離子向下滲透，渣場(chǎng)底部可鋪一層石灰渣。為了防雨水浸泡，應(yīng)在渣 場(chǎng)周圍開(kāi)挖雨水導(dǎo)流明渠。（2）大修渣的分層堆放。平果鋁氧化鋁廠采用拜爾法 生產(chǎn)工藝，生石灰化漿后石灰渣較多，石灰渣的主要成分為CaO ,潮解后生成氫氧化鈣，含有大量的有效鈣。將石灰渣與電解大修渣混合堆存 ，大修渣中的可溶氟 與石灰渣中的鈣發(fā)生如下反應(yīng)：2F-+Ca2+ = CaF? K sp = 22. 7 x 10- 11,

6、反應(yīng)較徹底，達(dá)到固氟的目的，實(shí)現(xiàn)電解渣堆存的無(wú)害化。由于大修渣含氟3360 kg/t （渣）,可溶性氟達(dá)到16.4,56 kg/t（ 渣）,按可溶性氟計(jì)算，每噸 渣需要100 kg石灰渣（有效成分30% ）,由于堆存時(shí)混合不均勻，不均勻系數(shù)最 大達(dá)10以上，實(shí)際采用石灰渣滲入量為1t大修渣摻入1t石灰渣。（3）大修渣的順序堆存。為了充分利用土地資源，在堆場(chǎng)堆存管理中，應(yīng)采用 分格填埋的方法，即將整個(gè)堆場(chǎng)分成若干部分，分別堆放，每分格堆滿后分別覆 土、種草、種樹(shù)或還耕但也有對(duì)電解渣采用焚燒處理或利用余熱或用于發(fā)電廠代替 部分燃煤，目前，在國(guó)內(nèi)的電解鋁廠還未有采用上述措施的成功實(shí)例。圖圖I填坤場(chǎng)岀

7、 1面示意圖防滲材料通常采用高密度聚乙烯防滲膜 （HDPE 膜）, 在鋪設(shè)防滲膜之前 , 應(yīng)首先 對(duì)自然地面進(jìn)行整平處理 , 為了便于滲入渣場(chǎng)內(nèi)的雨水能有效的收集 , 整平后的地 面坡度應(yīng)不小于 2.0%, 在防滲膜與地面之間還需設(shè)置粘土保護(hù)層。防滲液的處理 在防滲膜上鋪設(shè)集水管道將滲濾液匯入滲濾液池內(nèi) , 在集水管道上方鋪設(shè)導(dǎo)水 砂礫層 , 以便于雨水匯集 , 收集到的滲濾液內(nèi)含有大量的有害成分 , 由于其數(shù)量不 大, 對(duì)其進(jìn)行專門處理又不經(jīng)濟(jì)我們的做法是將這些收集到的滲濾液用水泵將其噴 撒到渣場(chǎng)的表面 , 使其水分自然4蒸發(fā), 這樣處理渣場(chǎng)的滲濾液既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用 ,在砂礫層的上方堆存廢渣 ,

8、待廢渣 堆滿后, 尚需對(duì)渣場(chǎng)進(jìn)行封場(chǎng)處理 , 以確保雨水不再進(jìn)入渣場(chǎng)內(nèi)部 ,并在上面植草綠 化, 改善環(huán)境。 設(shè)置擋渣壩由于該渣場(chǎng)簸箕口處已有廢礦石堆積而成的土壩 , 壩高約 30 m, 只須對(duì)其加固 , 并在靠渣場(chǎng)的一面用水泥砂漿敷砌表面 , 可滿足擋渣需要。開(kāi)挖截洪溝根據(jù)當(dāng)?shù)囟嗄杲y(tǒng)計(jì)的氣象資料 , 其多年降水量在 1 000,1100 mm, 年均蒸發(fā)量 在 1151.9 mm 左右, 陰雨多 , 晴天少的特點(diǎn) , 工程為減少渣場(chǎng)內(nèi)匯水量 , 提高庫(kù) 區(qū)的利用率 , 沿渣場(chǎng)北、東、南 3 面的設(shè)計(jì)庫(kù)容標(biāo)高以上開(kāi)挖 3 條截洪溝 , 將渣 場(chǎng)外的雨水引出庫(kù)區(qū) , 減少電解渣浸泡機(jī)會(huì)。固體廢棄

9、物渣場(chǎng)是長(zhǎng)期堆存固體廢棄物的場(chǎng)所。由于堆存數(shù)量大 , 容易流失和 飛揚(yáng) , 對(duì)周圍環(huán)境尤其是地下水環(huán)境存在著潛在的威脅。為防止在堆存期內(nèi)對(duì)環(huán)境 產(chǎn)生不利影響 , 從渣場(chǎng)的選址開(kāi)始 , 就應(yīng)認(rèn)真考慮場(chǎng)址條件 , 宜選擇庫(kù)容大、工程 量小、地質(zhì)條件好的山谷地形 , 盡量避開(kāi)河流沖積而成的松散土質(zhì)地、河流階地、 巖溶較發(fā)育的喀斯特地貌區(qū)域或匯水面積較大的沖溝等。同時(shí) , 還應(yīng)考慮堆場(chǎng)的地 基條件 , 防止堆場(chǎng)處理費(fèi)用過(guò)高。對(duì)有害固體廢棄物應(yīng)該采用成熟的處理工藝 , 加 上切實(shí)可行的防滲措施 , 既可減少有毒渣中淋溶出來(lái)的有毒物質(zhì) , 又可有效地防止 淋溶液滲入地層 , 污染地下水 , 起到保護(hù)環(huán)境的

10、作用。堆場(chǎng)入口處按規(guī)定應(yīng)設(shè)置明 顯的標(biāo)志牌 , 并搞好堆場(chǎng)周圍的綠化 , 做好水土保持 , 防止水土流失。廢渣的運(yùn)輸方式 由于電解槽大修廢渣是由耐火材料及碳素材料組成的電解槽內(nèi)襯 , 在電解槽進(jìn) 行大修時(shí) ,從槽殼內(nèi)清理出來(lái) ,均為固體廢料 , 通常采用汽車運(yùn)輸 , 在運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中需 對(duì)運(yùn)輸車輛進(jìn)行遮蓋處理 , 避免粉塵飄散到空氣中污染環(huán)境。渣場(chǎng)運(yùn)行管理?在填埋場(chǎng)投入運(yùn)行之前 , 要制訂一個(gè)運(yùn)行計(jì)劃。此計(jì)劃不但要滿足常規(guī)運(yùn)行 , 而且要提出應(yīng)急措施 , 以便保證填埋場(chǎng)的有效利用和環(huán)境安全。?填埋場(chǎng)運(yùn)行中應(yīng)進(jìn)行每日覆蓋 , 并視情況進(jìn)行中間覆蓋。?廢物堆填表面要維護(hù)最小坡度 , 一般為 1 :3

11、（ 垂直: 水平） 。 ?通向填埋場(chǎng)的道路應(yīng)設(shè)欄桿和大門加以控制 , 必須設(shè)有醒目的標(biāo)志牌 ,標(biāo)示正 確的交通路5線。?填埋場(chǎng)的運(yùn)行不能暴露在露天進(jìn)行 , 必須有遮雨設(shè)備 , 以防止雨水與未進(jìn)行最 終覆蓋的固體廢物接觸。5 廢渣綜合利用電解鋁廠產(chǎn)生的電解槽大修廢渣 , 目前直接運(yùn)至渣場(chǎng)填埋 , 未作任何處理。電 解槽大修廢渣的無(wú)毒化研究與開(kāi)發(fā)將對(duì)于保護(hù)環(huán)境 , 促進(jìn)電解鋁生產(chǎn)的健康發(fā)展具 有重要意義，在鋁廠長(zhǎng)期的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)過(guò)程中 , 廢渣帶來(lái)的負(fù)面影響越來(lái)越大 , 它不 僅要占用大量的土地、威脅周邊環(huán)境 , 而且還要支付大量維護(hù)費(fèi)用 ,令企業(yè)不堪重 負(fù)?；谝陨显?, 現(xiàn)在很多鋁廠已將生產(chǎn)廢渣

12、的再利用研究提到日程上來(lái)，目前 國(guó)內(nèi)主要采用以下幾種方法，對(duì)廢渣進(jìn)行處理 ; 1 、 對(duì)廢渣進(jìn)行人工選撿 ;對(duì)廢渣進(jìn)行人工選撿 , 主要就是分撿出滲鋁、電解質(zhì)塊等有價(jià)物 ,返回生產(chǎn)系統(tǒng) , 回收利用。2、廢陰極碳?jí)K用于燒結(jié)法氧化鋁生產(chǎn) ;將廢碳?jí)K破碎到25mm以下，與無(wú)煙煤一同進(jìn)入氧化鋁生產(chǎn)流程，可改善溶出條件; 此方法在山東鋁廠取得了成功，3、將廢陰極碳?jí)K破碎后加入水泥熟料窯中代替部分燃料 ;由于碳?jí)K硬度較大 , 破碎磨粉消耗較多 , 應(yīng)用受到一定的限制4、作為小鍋 （茶） 爐燃料;將碳?jí)K破碎到 25,50mm , 與煤混合加入到鍋 （ 茶） 爐中, 火力較旺。在燃燒過(guò) 程中,煤先燃盡，碳?jí)K

13、中的NaF與煤中含CaO的灰分反應(yīng)生成氟化鈣，不會(huì)污染環(huán)境;5、廢渣和閩侯粘土合成莫來(lái)石質(zhì)保溫材料 ;6、廢炭塊用作水泥生產(chǎn)的補(bǔ)充原料 . 水泥工業(yè)二次燃料的選用必須符合下列標(biāo)準(zhǔn) :1、代替常規(guī)能源后能產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。這些廢料必須有足夠的熱值，使用的部 分取代常規(guī)燃料后多節(jié)省的燃料費(fèi)用足以支付廢料的收集、分類、加工、貯運(yùn)的成本，顯然熱值越高，被應(yīng)用的可能性越大，通常應(yīng)在 4000kcal/kg（ 干基）以上2、必須適應(yīng)水泥窯的工藝流程需要。3、符合環(huán)保的要求電解槽大修時(shí)，排出廢陰極炭塊、廢耐火磚及填充料等稱為大修渣，電解槽大 修渣主要組成及產(chǎn)生量如表16* 1電輝槽大修漬各部分組成表*衛(wèi)匱觀耐試

14、_佬於H k越庭沉駅決磚帶視竜槍 上層含孑岳4ft.5.54, 192,3 S. ft 63 N.Jr a J j23217s 話4時(shí)1522楠 1 Q25從電解槽大修渣的組成看，其中并不含對(duì)環(huán)境有特別危害的物質(zhì)，但電解過(guò)程 中大量的氟被吸收到槽內(nèi)襯中，成為對(duì)環(huán)境造成危害的主要因素。據(jù)同類鋁廠測(cè)定,除耐火材料外，電解槽大修渣浸出液中氟濃度均超過(guò) 50mg/L。根據(jù)有色金屬工業(yè) 固體廢棄物污染控制標(biāo)準(zhǔn)，屬于有害固體廢棄物，應(yīng)設(shè)置防滲堆場(chǎng)集中堆放。但 鋁電解槽大修渣是一種有價(jià)值的物料，不能輕易棄置不用，因?yàn)槠渲袕U陰極炭塊含 有高達(dá)70%勺碳，而且有價(jià)值的化合物氟鹽占30流右，從經(jīng)濟(jì)效益測(cè)算1 kg

15、廢炭 塊發(fā)熱量估計(jì)為7 000, 12 000 kJ/ kg。下面以一個(gè)公司為例進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明，每年產(chǎn)生廢炭塊及扎糊2 269 t ,折合為標(biāo)準(zhǔn)煤約700 t,價(jià)值84萬(wàn)元左右,減去收集、破碎、運(yùn)輸?shù)荣M(fèi)用20萬(wàn)元，每年可產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益約64萬(wàn)元。公司 獲利以60%計(jì)為38.4萬(wàn)元。此外，掩埋大修渣成本為50元/ t ,減少掩埋費(fèi)11.4萬(wàn)元，大修渣場(chǎng)使用周期可延長(zhǎng)一倍。公司直接經(jīng)濟(jì)效益50萬(wàn)元，大修渣場(chǎng)使用周期延長(zhǎng)一倍，等于節(jié)省建設(shè)一個(gè)大修渣場(chǎng)的費(fèi)用。這個(gè)公司通過(guò)與水泥廠 的合作，一方面實(shí)現(xiàn)效益共享，使廢物資源化、無(wú)害化，避免了約680.7 t氟化 物對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染隱患，同時(shí)，由于避免了填

16、埋，延長(zhǎng)了渣廠使用周期、減少了 維護(hù)投入。從以上材料可以看出，炭塊完全符合水泥廠二次燃料的選料標(biāo)準(zhǔn)，所以這是 種很好的處理廢渣的方法，國(guó)外利用二次燃料生產(chǎn)水泥已成趨勢(shì) , 電解槽大修廢渣 可作為水泥生產(chǎn)的補(bǔ)充燃料。其中的堿金屬氟化物可在爐料燒結(jié)反應(yīng)中作為催化劑 因此可降低熟料燒結(jié)溫度 , 并減少燃料用量。廢炭塊破碎后加入水泥熟料窯中可以 代替部分燃料 , 節(jié)省能源 , 炭塊中所含的氟可以作為礦化劑改善窯內(nèi)燒成條件 , 氟生 成固態(tài)CaF進(jìn)到水泥中,不會(huì)污染環(huán)境.2電解鋁的環(huán)境污染治理在電解鋁企業(yè)中 , 污染源包括大氣污染、水污染、噪音污染、固體廢物污染 , 而眾多環(huán)保設(shè)施是治理這些污染的重要保

17、障 , 因此做好這些環(huán)保設(shè)施的管理工作是 電解鋁企業(yè)環(huán)境管理的重中之重。電解鋁企業(yè)環(huán)境管理在其它方面可以歸納為以下 幾點(diǎn):1) 電解鋁企業(yè)主要的環(huán)境污染源為電解鋁陽(yáng)極煙氣和陽(yáng)極焙燒爐的煙氣等氣態(tài)污染源 ,7含氟氣體是鋁電解企業(yè)的標(biāo)志性污染物 , 因此 , 首先應(yīng)該保證這兩套煙氣凈化 系統(tǒng)的高效運(yùn)轉(zhuǎn) , 不斷提高系統(tǒng)的集氣效率、凈化效率 , 這樣不僅能減少鋁電解生 產(chǎn)過(guò)程中氟化物的排放量 , 減少生產(chǎn)過(guò)程對(duì)環(huán)境的污染而且還能最大限度地減少電 解生產(chǎn)中氟化鹽的消耗 , 為降本增盈工作提供有效的途徑。2) 為保證電解鋁企業(yè)的環(huán)保達(dá)標(biāo)排放 , 應(yīng)有完善的監(jiān)測(cè)制度和監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)加大 對(duì)環(huán)保設(shè)施的監(jiān)測(cè)力度 ,

18、 做好監(jiān)測(cè)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析。3) 維護(hù)部門做好對(duì)環(huán)保設(shè)施的維護(hù)工作 , 設(shè)備是工藝的載體 , 沒(méi)有好的運(yùn)行 條件, 達(dá)標(biāo)排放是很難實(shí)現(xiàn)的。各環(huán)保設(shè)施的工作人員在生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中要加強(qiáng)巡 檢、點(diǎn)檢基礎(chǔ)工作 , 在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題 ,把問(wèn)題解決在萌芽狀態(tài) , 也要根據(jù)具體情 況對(duì)各設(shè)施的運(yùn)行參數(shù)做出正確的調(diào)整。4) 倡導(dǎo)開(kāi)展清潔生產(chǎn)、QHSE工作,使電解鋁企業(yè)的環(huán)保工作在國(guó)家環(huán)保法律法規(guī)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求下走上健康發(fā)展的軌道。5) 現(xiàn)有環(huán)保設(shè)施不能滿足國(guó)家要求的電解鋁企業(yè) , 需投入一定的資金對(duì)除 塵、凈化設(shè)施進(jìn)行更新并建設(shè)污水處理廠及大修渣場(chǎng)。6) 綠化在防治污染、保護(hù)和改善環(huán)境方面起著重要作用。它不僅美化環(huán)境 , 還具有較好的調(diào)溫、調(diào)濕、降低污染等功能 , 尤其是它具有凈化空氣、減弱噪聲的 特殊作用 , 因而應(yīng)加強(qiáng)綠化工作 , 電解鋁企業(yè)綠化時(shí)應(yīng)選擇對(duì)氟化物吸附能力強(qiáng)的 植物。7) 炭渣的處理利用與減排在電解生產(chǎn)過(guò)程中 , 槽內(nèi)將產(chǎn)生一定量的炭渣 , 目前大部分廠家對(duì)炭渣沒(méi)有進(jìn) 行處理或回收利用 , 而是作為垃圾直接遺棄。據(jù)相關(guān)資料表明 , 炭渣電解質(zhì)含量在 58% 左右, 炭含量在 42%左右。公司每年產(chǎn)生炭渣約 600 t , 通