鋁電解廢陰極碳?jí)K無害化與資源化利用

吳巧玉

鋁電解廢陰極碳?jí)K是鋁電解生產(chǎn)中電解槽大修時(shí)產(chǎn)生的工業(yè)廢渣，因其在使用過程中浸入大量電解質(zhì)，含氟量較高，且含有微量氰化物，被列入國家危險(xiǎn)廢物名錄［1］，屬危險(xiǎn)廢物。目前國內(nèi)的處置方法主要為堆存與焚燒兩種，其中堆存的方法占用土地資源，且為環(huán)境帶來安全隱患;焚燒處置費(fèi)用高，且無法綜合利用，造成資源浪費(fèi)［2］。中國鋁業(yè)貴州分公司廢陰極碳?jí)K成分見表1，由表1可見其含C量高達(dá)69.3%，另外Na、Al等有價(jià)值成分含量也在25%以上，發(fā)熱值超過4 000大卡，為將其綜合利用，公司探索出以廢陰極碳?jí)K在氧化鋁燒結(jié)法生產(chǎn)中代替部分脫硫煤這一途徑，并進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用。

隨著國家和社會(huì)對(duì)環(huán)境保護(hù)重視程度的加深，相關(guān)的法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)要求越來越嚴(yán)，2002年以來，與危險(xiǎn)廢物有關(guān)的一系列法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)陸續(xù)推出，《鋁工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》也于2011年開始實(shí)施，鑒于此，項(xiàng)目組開展了以陰極碳?jí)K在氧化鋁燒結(jié)法生產(chǎn)中代替脫硫煤的系列實(shí)驗(yàn)，以詳實(shí)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)廢陰極碳?jí)K中有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化的機(jī)理進(jìn)行分析，評(píng)價(jià)其對(duì)環(huán)境的影響，從而對(duì)這一綜合利用途徑的“無害化”展開探討。

1 試驗(yàn)方案

1.1 廢陰極碳?jí)K加工

電解槽大修刨槽的廢陰極碳?jí)K是與保溫砂、保溫磚、耐火磚等一起防雨堆放的，經(jīng)過人工的嚴(yán)格分選，挑出碳素廢料，由人工打大塊至150 mm以下，并避免粉塵的污染，用電動(dòng)打砂機(jī)粉碎至氧化鋁生產(chǎn)要求的10 mm以下碎料。

表1 廢陰極碳?jí)K成分分析表 %

1.2 試驗(yàn)過程

確定廢陰極碳?jí)K與無煙煤的添加比例為1:10;將廢陰極碳?jí)K用天車抓起均勻撒在無煙煤上，摻入氧化鋁生料中，送入氧化鋁燒成窯燃燒。

在加碳料前后分別對(duì)氧化鋁循環(huán)水和燒成窯外排廢氣中主要污染物進(jìn)行多次測(cè)定，并對(duì)氧化鋁生產(chǎn)的廢渣——赤泥的氟含量進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)。

1.3 監(jiān)測(cè)方法

GB/T 16157 固定污染源排氣中顆粒物測(cè)定與氣態(tài)污染物采樣方法

HJ/T 57 固定污染源排氣中二氧化硫的測(cè)定定電位電解法

HJ/T 67-2001 固定污染源排氣氟化物的測(cè)定離子選擇電極法

HJ/T 28-1999 固定污染源排氣中氰化物的測(cè)定異煙酸-吡唑酮比色法

GB/T 7484-1987 水質(zhì) 氟化物的測(cè)定 離子選擇電極法

GB 7487-1987 水質(zhì)氰化物的測(cè)定異煙酸-吡唑酮比色法

2 監(jiān)測(cè)結(jié)果及分析

2.1 機(jī)理分析

充分利用氧化鋁燒結(jié)法生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，將機(jī)械破碎≤5 mm的廢陰極碳?jí)K以≤10%無煙煤重量進(jìn)行配料加入燒結(jié)系統(tǒng)，與生料漿一起進(jìn)入燒成車間回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行熟料燒結(jié)，替代部分無煙煤脫硫，起到生料脫硫及改善熟料質(zhì)量的作用。其中所含微量氰化物在高溫煅燒下分解成無害的N和C排放，因此在氧化鋁循環(huán)水、燒成窯外排煙氣、赤泥中氰化物均未檢出;同時(shí)利用氧化鋁生料配料時(shí)添加石灰乳，與廢陰極碳?jí)K中的有害元素F反應(yīng)，將其安全轉(zhuǎn)化為CaF2這一可在自然條件下穩(wěn)定存放的物質(zhì)［3］。

2.2 利用設(shè)施分析

實(shí)驗(yàn)所用氧化鋁燒成窯為回轉(zhuǎn)窯，燃燒平均溫度在1 200℃左右，廢氣排氣筒高度為100 m，高于周圍200 m范圍內(nèi)最高建筑物5 m以上。符合國家《危險(xiǎn)廢物焚燒控制標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)焚燒爐的技術(shù)要求。

2.3 氧化鋁循環(huán)水測(cè)定結(jié)果

氧化鋁循環(huán)水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果見表2。

表2 氧化鋁循環(huán)水水質(zhì)監(jiān)測(cè)表

由表2中數(shù)據(jù)可見，進(jìn)行廢陰極碳?jí)K添加試驗(yàn)后，氧化鋁循環(huán)水中氟化物沒有富積現(xiàn)象，含量均值為1.94 mg/L，符合《鋁工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中廢水氟化物排放限值5.0 mg/L的要求，僅有一個(gè)數(shù)據(jù)高于5.0 mg/L，同時(shí)因?yàn)橹袖X貴州分公司已實(shí)現(xiàn)廢水“零排放”工藝，對(duì)外界水環(huán)境不會(huì)造成影響。

2.4 廢氣測(cè)定結(jié)果

燒成窯外排廢氣監(jiān)測(cè)結(jié)果見表3，由表3中數(shù)據(jù)可見，廢陰極碳?jí)K添加試驗(yàn)后，氧化鋁燒成窯排放廢氣中顆粒物、二氧化硫的含量，都符合《鋁工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中排放限值100 mg/m3、400 mg/m3的要求，氟化物的排放量小于《工業(yè)爐窯大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中15 mg/m3的要求，屬達(dá)標(biāo)排放。

表3 廢氣監(jiān)測(cè)表

2.5 赤泥跟蹤監(jiān)測(cè)結(jié)果

對(duì)氧化鋁生產(chǎn)排放的廢渣——赤泥連續(xù)兩月每周進(jìn)行一次監(jiān)測(cè)(表4)，由表4可見，廢陰極碳?jí)K添加試驗(yàn)后，赤泥中的氟化物并無明顯累積現(xiàn)象。

表4 赤泥污染物監(jiān)測(cè)值

4 結(jié)論

綜上所述，利用廢陰極碳?jí)K在氧化鋁燒結(jié)法生產(chǎn)中代替脫硫煤，對(duì)外環(huán)境不造成轉(zhuǎn)移排放，按照國家《危險(xiǎn)廢物污染防治技術(shù)政策》的要求，實(shí)現(xiàn)其無害化處置和資源化利用，符合國家倡導(dǎo)的清潔生產(chǎn)的思路，達(dá)成促進(jìn)環(huán)境保護(hù)、節(jié)約煤炭資源、創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益的“三贏”局面。

［1］環(huán)境保護(hù)部，國家發(fā)展和改革委員會(huì).國家危險(xiǎn)廢物名錄［S］.2008.

［2］環(huán)境保護(hù)部，危險(xiǎn)廢物污染防治技術(shù)政策(環(huán)發(fā)［2001］199號(hào))［S］.2001.

［3］李旺興.氧化鋁生產(chǎn)理論與工藝［M］.長沙:中南大學(xué)出版社，2010.