氧化鋁生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染物處理與利用

邢子聿

（沈陽鋁鎂設計研究有限公司，遼寧 沈陽 110001）

鋁工業(yè)是我國重要的基礎產(chǎn)業(yè)與戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)。隨著芯片、汽車等行業(yè)的高速發(fā)展，氧化鋁的需求量不斷升高，使近年來各地氧化鋁項目的建設和運行隨之增加。氧化鋁生產(chǎn)過程中需進行大量的化學反應及換熱，這個過程中會產(chǎn)生大量的煙氣、廢水及赤泥等污染物。為解決環(huán)境污染問題，提高對氧化鋁生產(chǎn)過程中產(chǎn)生工業(yè)三廢的處理方法勢在必行。

1 廢氣的處理與利用

氧化鋁生產(chǎn)過程中主要的廢氣有兩部分。第一為氫氧化鋁焙燒過程中所產(chǎn)生的煙氣，第二為溶出等裝置生產(chǎn)過程中各儲槽所產(chǎn)生的乏汽。目前對廢氣的處理與利用主要為煙氣除塵、脫硫與余熱利用兩方面。

氫氧化鋁焙燒是氧化鋁生產(chǎn)過程中很重要的一個環(huán)節(jié)。氫氧化鋁焙燒的生產(chǎn)過程中要通過煤氣或者天然氣進行燃燒升溫，完成對氫氧化鋁的脫水，此過程中會產(chǎn)生大量的水煙氣，水煙氣溫度基本在150℃～160℃之間，煙氣中含有一定的煤灰塵和含硫污染物。該股煙氣的排出對大氣環(huán)境存在一定的污染。

表1 焙燒爐煙氣的主要成分

從表1的煙氣組成可以看出，焙燒煙氣中含硫污染物主要為二氧化硫氣體，針對這一點，處理方式采取濕法脫硫。當二氧化硫的濃度較低時，可以使用堿性的赤泥附液進行吸收。煙氣與赤泥附液在噴淋塔內(nèi)逆流接觸完成脫硫。焙燒煙氣中粉塵污染物主要是氧化鋁兩性氧化物及微量的氫氧化鋁。對煙氣的除塵技術主要有兩種:袋式除塵器和電除塵器。由于焙燒煙氣的溫度較高，所以通常采用電除塵器對焙燒煙氣進行除塵凈化，凈化后的煙氣排塵濃度可控制在50mg/m3(N)內(nèi)。

對焙燒爐煙氣的余熱利用主要是將煙氣在換熱塔中直接與洗水進行熱交換，將洗水從20℃加溫至80℃，再通過熱水泵直接供給平盤洗水用。如此對煙氣進行余熱回收，每生產(chǎn)1t氧化鋁將多回收0.5t冷凝水。同時余熱利用所節(jié)省的熱量將降低氧化鋁的生產(chǎn)成本[1]。為保證煙氣與洗水在換熱塔內(nèi)的傳熱效率，洗水通過高效噴頭噴射進入換熱塔。洗水與煙氣在換熱塔內(nèi)充分接觸，完成熱量吸收。

溶出的礦漿包含很多乏汽，乏汽的主要成分為高溫的水蒸氣。此部分乏汽若直接排放，不僅會造成熱量的浪費，而且有一定安全隱患。為合理利用這股乏汽，在礦漿稀釋槽頂部設置洗水加熱器來回收乏汽中的熱量。稀釋礦漿中的乏汽由稀釋槽頂部排出直接進入洗水加熱器中。乏汽與赤泥洗水或濾液在洗水加熱器內(nèi)逆流接觸，完成熱量交換。在此過程中乏汽中水蒸氣的潛熱被充分利用，同時赤泥洗水或濾液被加熱到合適的溫度，熱量利用極為合理。

2 廢水的處理與循環(huán)再利用

氧化鋁工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水有許多來源，主要有以下幾種：車間生產(chǎn)過程中現(xiàn)場的含堿廢液、生產(chǎn)或檢修過程中設備的冷卻水、雨水、赤泥回水及其它生活污水等。為避免水資源浪費及環(huán)境污染，需要對廢水進行污染治理、循環(huán)利用。以實現(xiàn)氧化鋁廠廢水的“零排放”[2]。

設置完善的循環(huán)水系統(tǒng)，合理提高循環(huán)水濃縮倍率，減少循環(huán)水排污量。合理的將氧化鋁生產(chǎn)過程中循環(huán)水系統(tǒng)分類。分為凈循環(huán)水系統(tǒng)、生產(chǎn)循環(huán)水系統(tǒng)與濁循環(huán)水系統(tǒng)。其中凈循環(huán)水系統(tǒng)包括焙燒車間、空壓車間、鍋爐車間等，此類循環(huán)水均為設備間接換熱用水，基本不會受到污染。循環(huán)水可以經(jīng)冷卻后直接循環(huán)使用。生產(chǎn)循環(huán)水系統(tǒng)包括溶出車間、母液蒸發(fā)車間、種子分解車間、綜合過濾車間等。此類循環(huán)水由于在生產(chǎn)過程中可能遭到工藝物料污染，含堿較高。為改善此部分循環(huán)水的水質，需對10%的循環(huán)水進行分流澄清處理，保證循環(huán)水懸浮物含量符合循環(huán)水的水質標準。濁循環(huán)水系統(tǒng)主要是選礦車間所需的工藝用水，此部分水由于懸浮物與雜質含量較高，需要設置單獨的沉降池，將澄清的溢流水循環(huán)使用。

圖1 生產(chǎn)污水的處理流程圖

對生產(chǎn)工藝進行改進，減少生產(chǎn)過程中新鮮水的加入。全面采用蒸汽間接加熱代替直接加熱的溶出技術,新蒸汽冷凝水若其電導率合格可返回熱電系統(tǒng)鍋爐循環(huán)利用,溶出系統(tǒng)所產(chǎn)生的二次汽用于預熱進預脫硅工序之前的礦漿。在赤泥洗滌工序內(nèi)，采用逆向洗滌，同時洗滌后的溶液重新進入生產(chǎn)系統(tǒng)進行二次利用。

這樣既能最大程度減少新鮮水加入生產(chǎn)系統(tǒng)之中，用時可以減少廢水的排放[3]。

3 廢渣的處理與利用

表2 國內(nèi)氧化鋁廠赤泥化學成分[4] wt%

赤泥是氧化鋁制備過程中產(chǎn)生的固體廢渣，赤泥依照其來源分為燒結法赤泥、拜耳法赤泥、聯(lián)合法赤泥。

由表2可以看出當生產(chǎn)工藝不同的情況下，赤泥其化學組成也不同。

一般每生產(chǎn)1t氧化鋁大約產(chǎn)出0.5t～1.5t赤泥。目前的處理主要是對沉降工序排出的赤泥進行壓濾脫水，隨后將含水率較少的赤泥送至赤泥堆場繼續(xù)堆放。若經(jīng)壓濾后的赤泥僅僅采用堆場堆放的方式處理會造成堆場占地面積大，投資的運行維護成本提高。隨著研究的深入，赤泥更多利用方式被逐步認識。主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）赤泥生產(chǎn)建筑材料，由于燒結法赤泥中含有大量的CaO·SiO2,同時赤泥又具有較強的亞粘土特性。利用這些特性，赤泥作為一種添加劑在生產(chǎn)水泥、磚、混凝土、陶瓷等建筑材料上有廣泛應用。

（2）赤泥作為吸附劑，赤泥以其粒度細、比表面積大、孔隙率高、穩(wěn)定性好等特點，在污水處理過程中被廣泛作為吸附劑使用。目前赤泥作為吸附劑去除水中的污染物主要有三類:金屬陽離子、無機陰離子、有機物等。

（3）赤泥提取有價金屬，赤泥中含有鈧、鈦、鐵等有價金屬元素。目前有火法、濕法等較為成熟的提取工藝進行有價金屬的提取，效果良好。

（4）赤泥作為一種催化劑可廣泛用于催化氣化等反應過程中。赤泥中含有氧化鐵及部分堿金屬、堿土金屬元素，這些物質在煤氣化反應過程中均可以起到一定的抑制作用。當發(fā)生氣化反應時，可以通過加入部分赤泥的方式來適當降低氣化反應的活化能。從而降低反應的溫度?？梢愿纳茪饣磻旧頊囟雀摺⑾拇蟮膯栴}。

（5）赤泥在土壤修復方面也有著較為廣泛的應用。由于赤泥具有較強的吸附性能，可以利用赤泥吸附土壤中的銅、鋅、鎳、鉛等重金屬離子。使其由可交換態(tài)轉變?yōu)殒I合氧化態(tài)，從而降低重金屬離子的活動力和反應性，有利于土壤中微生物和植物的生長[5]。

4 結語

隨著研究的深入與科技的進步，氧化鋁生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢物逐步的得到合理的處理與利用。這不僅減少了氧化鋁生產(chǎn)過程中污染物的排放，改善了廠區(qū)周圍的環(huán)境。同時通過對赤泥等污染物的利用，可以提高企業(yè)的利潤。對氧化鋁過程可謂一舉多得，為氧化鋁產(chǎn)業(yè)更好的發(fā)展提供了有利條件。