电解车间及净化系统中氟化物及粉尘环境影响分析

何爱玲

【摘 要】 电解铝生产过程中产生的氟化物及粉尘对周围的环境影响颇大。因此对电解车间及净化系统的氟化物及粉尘从环保角度进行系统研究，对提高电解铝行业整体环保技术水平，有着极其重要的意义。

【关键词】 电解铝 净化 氟化物 粉尘

1 概述

电解铝行业因其生产工艺的特殊性，对周围环境影响较大。电解铝生产过程中会排放以CO2和气固氟化物为主的污染物。CO2、CF4及C2F6是造成全球气候变暖的主要因素；而HF则是剧毒气体，易对人体健康造成危害。

目前，国内外电解铝行业均采用氧化铝干法技术处理电解含氟烟气，其净化效率可达99.5%以上，可以有效控制电解含氟烟气的排放。而要实现减少电解烟气中有害物质排放的目的，其关键在于提高电解槽的集气效率。在电解槽集气效率为98.5%的情况下，电解槽无组织散发的氟化物一般占最终总排氟量的55%左右。而根据有关研究资料表明：目前国内电解槽集气效率一般很难达到98.5%。

因此在正常生产的电解车间内，就净化系统以及天窗排放的氟化物、粉尘进行测试，了解净化系统的工作状态，可以对电解烟气净化系统设计进行校验，对提高工艺设计水平有着重要的意义。

2 含氟烟气的产生

电解铝生产目前仍采用传统的冰晶石-氧化铝熔融电解法，通过碳素材料导入直流电，在槽内发生电化学反应，在阴极上析出液态铝，铝液送往铸造车间，进行浇注。

在电解槽正常生产情况下，电解槽发生以下电化学反应：

2Al2O3+3C=4Al+3CO2

Al2O3+3C=2Al+3CO

在960-970℃温度条件下，阳极气体的组分为82%～92%的CO2，18%～8%的CO，CO2和CO的产生量及比例与电解槽电流效率以及阳极消耗有关。目前电解槽CO2的排放量在1.75t/t-Al左右，而CO的排放量则在130-345kg/t-Al的范围之间。而当电解液中缺少氧化铝（浓度小于0.25%～0.5%时），碳阳极附近的电解槽通常会发生阳极效应：

4Na3AlF6+3C（g）=4Al+12NaF+3CF4

2Na3AlF6+2C（g）=2Al+6NaF+3C2F6

此时阳极气体成分为3%～10%的CO2，95%～70%的CO，2%～20%的CF4以及少量的CF6。全氟化碳气体只有在电解槽发生阳极效应时才会产生，实践表明：只有降低阳极效应系数及阳极效应持续时间，才可能降低全氟化碳的产生。

3 电解烟气的净化

伴随着严峻环保形势，近年来铝电解生产企业普遍加大了对环保的投入力度。目前氧化铝干法吸附净化技术是业内公认并普遍采用的铝电解烟气净化技术。

干法净化技术是指直接用铝电解的生产原料新鲜氧化铝作为吸附剂去吸附电解烟气中的氟化物的净化技术。发生吸附反应后的生成物是电解铝生产的原料，符合循环利用的清洁生产理念。自干法净化技术面世以来，由于其在技术上的优越性，很快就被广泛的应用于电解铝烟气净化领域。

4 电解铝污染物的排放指标

4.1 氟化物

目前《车间空气中氟化物卫生标准》（GB 16228-1996）中规定车间空气中氟化物最高容许浓度为1.0mg/Nm3。《工作场所有害因素职业接触限值 化学有害因素》（GB Z2.1-2007）中规定氟化氢的最高容许浓度为2.0mg/Nm3，氟化物的时间加权平均容许浓度为2.0mg/Nm3。

在国家最新颁布的《铝工业污染物排放标准》（GB 25465-2010）中规定了现有企业电解烟气中氟化物最高允许排放浓度为4.0mg/Nm3，新建企业和现有企业（自2012年起）电解烟气中氟化物最高允许排放浓度为3.0mg/Nm3。现有和新建企业边界大气污染物氟化物浓度（任何1小时平均浓度）限值是0.002mg/Nm3。

4.2 粉尘颗粒物

《工作场所有害因素职业接触限值化学有害因素》（GB Z2.1-2007）中规定了氧化铝粉尘的时间加权平均容许浓度为4.0mg/Nm3。《铝工业污染物排放标准》（GB 25465-2010）中规定了现有企业电解槽烟气净化中颗粒物最高允许排放浓度为30.0mg/Nm3，新建企业和现有企业（自2012年起）电解槽烟气净化颗粒物最高允许排放浓度20.0mg/Nm3。现有和新建企业边界大气污染物总悬浮颗粒物浓度（任何1小时平均浓度）限值是1.0mg/Nm3。

5 测试内容和依据

5.1 测试内容

参照我国现行标准及相关规范，对电解槽烟气净化系统进行多工况系统测试。测试内容应包括通过天窗（无组织）排放氟化物的量、进入净化系统的氟化物的量、颗粒物排放的量、单槽平均排烟量、排烟温度、槽内负压等参数，为了确定吨铝氟化物的排放量及组成，也包括粉尘的排放量、集气效率、单槽平均排烟量、排烟温度、槽内负压等参数。

5.2 参考标准

针对测试的具体需要，参照国家标准、行业标准和美国环保局（EPA）推荐的测试方法，主要参考的法律法规如下：

（1）GB 25465-2010铝工业污染物排放标准；

（2）GB 16228-1996车间空气中氟化物卫生标准；

（3）GBZ/T 160.63-2004工作场所空气有毒物质测定氟化物；

（4）GBZ2.1-2007工作场所有害因素职业接触限值化学有害因素；

（5）GB/T15432-1995环境空气总悬浮颗粒物的测定重量法；

（6）GB/T 16157-1996固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法；

（7）HJ 480-2009环境空气氟化物的测定滤膜采样氟离子选择电极法；

（8）HJ 481-2009环境空气氟化物的测定石灰滤纸采样氟离子选择电极法；

（9）HJ/T 67-2001固定污染源排气氟化物的测定离子选择电极法；

（10）HJ 480-2009环境空气氟化物的测定，滤膜采样氟离子选择电极法；

（11）HJ_T187-2006清洁生产标准电解铝业；

（12）美国环境保护局（EPA：Environmental Protection Agency）测试方法。

6 结语

通过上述介绍，我们从电解铝生产中产生的氟化物及粉尘产生的背景，以及净化处理的技术，到国家环保要求以及测试内容作了简单分析与介绍，对于了解其环境影响有着重要意义，对后续工作打下坚实基础。endprint