电解铝厂大修渣污染分析与防治对策

高康宁 晁波阳 申文斌 延雄华（陕西省现代建筑设计研究院陕西西安710048）

电解铝厂大修渣污染分析与防治对策

高康宁 晁波阳 申文斌 延雄华
（陕西省现代建筑设计研究院陕西西安710048）

电解铝工业中电解槽大修过程中产生大修废渣，氟化物浸出浓度可达4000 mg/L左右，属于危险废物，通过水泥窑协同处置方法，可有实现对废渣的彻底无害化处置。

电解铝；大修渣；污染防治

引言

电解铝工业中电解槽使用寿命约1800天，每5年进行一次大修，大修过程中产生大修废渣，主要包括废阴极碳块、耐火材料、保温砖和吸收与附着的电解质。大修渣中氟化物含量很高。

1 电解槽内衬吸收及吸附氟机理

氟进入电解槽内衬的吸收及吸附机理主要如下：

（1）阴极炭块中含有约16%—20%的孔隙率，在电解槽启动通电后，氧化铝中带入的钠会析出，向碳素内衬的快速渗透，钠的渗入改善了电解质熔体对碳素阴极的湿润性，随后电解质熔体随着孔隙向内衬中渗入，氟化盐、金属、碳化铝等熔结，在碳素阴极与耐火砖之间形成灰白层[1]。

（2）炭内衬在长期使用中不可避免地存在破损和裂隙，导致电解质由外向内渗透及渗漏，在炭内衬中形成条块状电解质物体。

（3）当碳素阴极材料吸附电解质饱和后，在化学与电化学力的作用下，电解质渗透通过炭素阴极后，逐渐渗入到耐火砖层，并与耐火砖反应生成霞石[2]；电解质渗透通过耐火砖后逐渐渗入到保温层。

（4）电解槽大修前虽然要抽干金属铝液和电解质液，但因槽膛的不规则性及槽膛槽帮与炭内衬的紧密结合，极难将电解质液全部抽出，也极难将炭内衬附着的电解质槽帮剥离干净，使得在大修过程中附着的电解质与炭内衬一起被清理出来。

2 大修槽渣废物属性判别

大修渣中氟化物含量很高，根据相关研究，大修渣浸出液中的氟化物浓度可达4000 mg/L左右[3]，根据《危险废物鉴别标准.浸出毒性鉴别》（GB5085.3-2007），电解槽大修渣属危险废物。另外根据《国家危险废物名录》（2016年版），电解铝过程中电解槽维修及废弃产生的废渣属于危险废物，危险代码为HW48-321-023-48。

3 大修槽渣处理处置技术

大修渣的处理处置技术主要有：回转窑焙烧处理、水泥窑协同处置、铝土矿烧结、浮选处理、石灰水浸泡处理等。铝土矿烧结一般只能处理大修渣中炭质废料，不能对大修渣进行彻底处理，浮选处理、石灰水浸泡处理会产生大量的氢化氰等有毒有害废气，环境影响较大。

3.1 自建回转窑焙烧处理

厂区自建回转窑，将一定量石灰石加入废槽内衬中破碎到一定粒度，与一定量的粉煤灰充分混合均匀，加入到回转窑中，通过900℃~1100℃高温焙烧，氟化物与石灰石反应生成氟化钙或氟硅酸钙。该工艺氟化物转化率大于95%。该工艺回收的固体渣约含有20%的氟化钙，可用作水泥生产辅料。使用该方法需要建设回转窑，在处理处置大修废渣的过程中会有破碎粉尘、焙烧烟气等污染物产生，需要对上述污染物进行治理。

3.2 水泥厂协同处置

将电解槽大修渣通过专业危险废物运输车辆，运至具有危险废物处理运营资质的水泥厂，利用新型干法水泥窑对大修渣进行协同处置。大修渣先经配料车间与其他危险废物配料，然后加入新型干法水泥窑焙烧，新型干法水泥窑具有广阔的空间和热力场，处理温度高，炉内火焰温度高达1650~1800℃。大修渣中的氟在烧成过程形成的HF会与CaO，Al2O3形成氟铝酸钙固熔于熟料中带出窑外，约90~95%的F元素会随熟料带出窑外，剩余的F元素以CaF2的形式凝结在窑灰中在窑内进行循环，极少部分随尾气排放。该方法与自建回转窑处理原理相似，但协同处置企业均会建有完善的污染物防治设施，无需再建相关治理设施。

3.3 实例分析

以采用中间点式下料预焙阳极大型电解槽的某年产20万吨电解铝厂为例，每年大修渣产生量约0.7万吨。若不进行合理的处理与处置，会存在较大的环境安全隐患。该企业采用水泥窑协同处置方法处理产生的大修渣，可使得大修渣实现资源化与无害化处置，对促进资源节约型、环境友好型社会发展具有重要意义。

结语

电解铝工业中电解槽大修过程中产生大量氟化物含量很高的大修废渣，属于危险废物，通过水泥窑协同处置方法，可有实现对废渣的彻底无害化处置。

[1]刘业翔.《现代电解铝》,冶金工业出版社，2008.

[2]陈喜平.电解铝废槽衬处理技术的最新研究[J].轻金属,2011年第12期;

[3]邱竹贤.《预焙槽冶炼》，冶金工业出版社，2005;