關(guān)于電解鋁危險(xiǎn)廢物污染整治的探索

楊慧彬 ，馬曉娟

（1.云南鋁業(yè)股份有限公司,云南 昆明 650000；2.云南云鋁涌鑫鋁業(yè)有限公司，云南 建水 654399）

0 引言

我國是電解鋁生產(chǎn)大國，2021年我國鋁產(chǎn)量達(dá)到3751.4萬t，用大修渣產(chǎn)廢系數(shù)20kg/tAl測算，相當(dāng)于產(chǎn)生大修渣約75萬t，大修渣包括廢陰極炭塊和廢槽襯，廢陰極炭塊作為大修渣的主要成分，是電解鋁生產(chǎn)過程中主要的廢物，其原始組成為無煙煤和瀝青粘結(jié)劑。在電解過程中，需要氟化鋁、冰晶石、氟化鈉等作為電解質(zhì)[2]，以降低電解溫度、減少能源消耗，由于受到熱作用、化學(xué)作用、機(jī)械沖蝕作用、電作用、鈉和電解質(zhì)的滲透等引起熔鹽反應(yīng)、化學(xué)反應(yīng)，鋁電解槽中的陰極碳塊使用一段時(shí)間后會破損而報(bào)廢。報(bào)廢后需進(jìn)行電解槽大修，大修時(shí)清除的廢內(nèi)襯，含有大量的含氟廢渣，主要組成包括廢陰極碳塊和廢耐火材料等[3]，其主要成分除含炭以外，還有Al2O3、氟化物和少量的氰化物等，屬于危險(xiǎn)廢物。

目前電解鋁企業(yè)大修渣主要采用填埋處置方式[4]。大修渣堆存過程中，氟化物和少量氰化物因淋雨或吸收空氣中的水分而產(chǎn)生的滲濾液，由于控制措施不當(dāng)、監(jiān)管不到位，可能會導(dǎo)致含可溶氟化物和氰化物的滲濾液滲漏污染土壤和地下水，因此，大修渣的安全處置已成為影響我國鋁工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重大隱患之一，也是電解鋁行業(yè)亟待解決的一個(gè)難題。

1 電解鋁危險(xiǎn)廢物污染研究現(xiàn)狀

1.1 國外電解鋁工業(yè)危險(xiǎn)廢物處理處置技術(shù)

1946年，國外已經(jīng)開始對電解鋁生產(chǎn)過程中大修渣進(jìn)行研究，直到20世紀(jì)80年代初至90年代，國外不少電解鋁企業(yè)已經(jīng)開發(fā)了大量的危廢處理技術(shù)，在這一時(shí)期發(fā)展起來的技術(shù)，大部分都是基于火法，該方法一般分為3步，首先炭質(zhì)材料的燃燒，其次氰化物的氧化分解，最后為氟化物的轉(zhuǎn)化，具有炭燃燒耗盡和氟化物回收率低的特點(diǎn)，是一種環(huán)境友好型的處理方式，不會產(chǎn)生二次污染。這種方法是美國鋁業(yè)公司開發(fā)的Osmelt反應(yīng)器技術(shù)和美國雷諾茲金屬公司開發(fā)的閉環(huán)工藝，這項(xiàng)技術(shù)當(dāng)時(shí)應(yīng)用很廣泛，主要原因是使用的工藝操作簡單、快速且易于控制，因此對這項(xiàng)技術(shù)的需求也非常迫切。21世紀(jì)之后，人類對資源回收利用意識逐步提高，電解鋁工業(yè)危險(xiǎn)廢物中產(chǎn)生的大量炭和氟化物反復(fù)循環(huán)技術(shù)被廣泛關(guān)注，各國相關(guān)研究人員將目光聚焦在以濕法為主的處理技術(shù)上，主要以Lisbona和Ntuk為代表的研究人員從理論層面和分子水平上通過模型建立等方法精細(xì)控制反應(yīng)條件，大幅度提高了鋁和氟的回收率。

1.2 我國電解鋁工業(yè)危險(xiǎn)廢物處理處置技術(shù)

目前，我國對電解鋁行業(yè)危廢處理技術(shù)的關(guān)注度與日俱增，普遍采用的堆存法處理電解鋁行業(yè)產(chǎn)生的危險(xiǎn)廢物，造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)和土壤污染問題。近幾年來，我國供給側(cè)的深入和去庫存的腳步加快，也加快了電解鋁行業(yè)落后產(chǎn)能的節(jié)奏，但相關(guān)產(chǎn)能過剩的矛盾仍然十分巨大，因此需要強(qiáng)化工藝管理和技術(shù)革新。本文對2種我國最常見的電解鋁工業(yè)危險(xiǎn)廢物處理處置技術(shù)進(jìn)行分析。

1.2.1 焙燒工藝

中國鋁業(yè)公司開發(fā)了一種對電解鋁廢液罐內(nèi)襯無害的技術(shù)，是我國獨(dú)有的研發(fā)技術(shù)之一。 該技術(shù)工藝主要以含鈣-鈣礦物為反應(yīng)物，煙煤為輔助燃料，含硅材料SiO2為添加劑，在回轉(zhuǎn)窯中進(jìn)行熱處理，用氧化鋁作為廢氣吸附，在熱處理過程中用氫氧化鈣進(jìn)行熱處理，引起二次反應(yīng)，氫氧化鈣水可循環(huán)使用。將該技術(shù)應(yīng)用于電解鋁行業(yè)危廢處理時(shí)，廢罐內(nèi)襯中可溶性危廢（氰化物、氟化物）含量顯著降低，減少量達(dá)到95%以上，且煙氣中的污染物濃度可以達(dá)到我國的排放標(biāo)準(zhǔn)。

1.2.2 浮選-浸出工藝

北京礦冶研究總公司與中電投寧夏自治區(qū)青銅峽能源鋁業(yè)集團(tuán)有限公司聯(lián)合研發(fā)了一項(xiàng)技術(shù)，即廢SiC-Si3N4防火絕緣材料和廢陰極炭塊材料綜合回收利用技術(shù)。運(yùn)用該技術(shù)時(shí)，采用浮選工藝分解回收碳材料和電解質(zhì)，并結(jié)合物理和化學(xué)兩種方法回收碳化硅粉末和電解質(zhì)。該工藝步驟主要為4步：磨礦→浮選→酸浸→蒸發(fā)，但耐火保溫材料在制造過程中會產(chǎn)生相應(yīng)的廢水，假設(shè)加入氫氧化鈣便可轉(zhuǎn)化為氟化鈣，之后再經(jīng)過過濾和蒸發(fā)兩個(gè)步驟便可以轉(zhuǎn)化為無害的鈣渣，并在氟化鈣氣體生產(chǎn)過程中，采用干法回收。

2 電解鋁危險(xiǎn)廢物處置風(fēng)險(xiǎn)分析

電解鋁企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營過程中產(chǎn)生大量的危險(xiǎn)廢物，且廢物產(chǎn)生數(shù)量大，種類多，成分復(fù)雜，處理難度大，是生態(tài)環(huán)境保護(hù)管理工作中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。目前，各級政府不斷完善相關(guān)法律、法規(guī)、政策和標(biāo)準(zhǔn)，企業(yè)不斷完善各級危廢管理制度。但很多人對電解鋁產(chǎn)生的固體廢物的潛在危險(xiǎn)性，特別是危險(xiǎn)廢物的一次污染及其二次污染的嚴(yán)重性認(rèn)識還不夠深入，關(guān)于危險(xiǎn)廢物違法違規(guī)環(huán)境事件屢見不鮮，給社會造成了極大的危害，存在較大的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

2.1 管理層面風(fēng)險(xiǎn)

危險(xiǎn)廢物污染環(huán)境刑事案件通常涉及將危險(xiǎn)廢物交付給不遵守危險(xiǎn)廢物處置規(guī)定、未取得《危險(xiǎn)廢物經(jīng)營許可證》的單位或個(gè)人處置。當(dāng)事故發(fā)生時(shí)，牽涉到很多企業(yè)。固體廢物管理往往存在以下常見問題：一是危險(xiǎn)廢物生產(chǎn)單位未按照法律法規(guī)要求建設(shè)貯存場所或設(shè)施，儲存區(qū)域內(nèi)的危險(xiǎn)廢物會因溫度和壓力而揮發(fā)或分解有毒有害氣體，造成污染。二是危險(xiǎn)廢物隨意傾倒、處置，含有有毒物質(zhì)的危險(xiǎn)廢物會流入湖泊和河流，或隨雨水滲入地下水，對水體造成嚴(yán)重影響，影響水生動植物，并且會對人類健康造成嚴(yán)重后果。三是危險(xiǎn)廢物存放場所管理不規(guī)范，未按規(guī)定設(shè)置危險(xiǎn)廢物識別標(biāo)志，危險(xiǎn)廢物未按分類存放在存放場所。四是未按照國家有關(guān)規(guī)定制定危險(xiǎn)廢物管理方案，未按照有關(guān)要求建立和完成危險(xiǎn)廢物管理臺賬，相關(guān)記錄（種類、產(chǎn)量、流向、不能通過的信息）無明細(xì)的狀態(tài)（貯存、處置等），危險(xiǎn)廢物信息管理系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)向當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境主管部門申報(bào)危險(xiǎn)廢物信息。

2.2 刑事層面風(fēng)險(xiǎn)

根據(jù)《關(guān)于辦理環(huán)境污染刑事案件適用法律若干問題的解釋》（以下簡稱《解釋》）中的要求，“違法排放、傾倒及其他處置3t以上危險(xiǎn)廢物”被認(rèn)為是“嚴(yán)重污染環(huán)境”，這也構(gòu)成了污染環(huán)境罪，生態(tài)環(huán)境主管部門發(fā)現(xiàn)這種犯罪嫌疑的，由公安機(jī)關(guān)辦案。根據(jù)《刑法（修正案十一）》規(guī)定，污染環(huán)境罪最高可判處有期徒刑7年，并處罰款。根據(jù)《解釋》第7條規(guī)定危險(xiǎn)廢物轉(zhuǎn)包、違法處置或者處置企業(yè)不具備危險(xiǎn)廢物經(jīng)營資質(zhì)的許可、提供或者委托收集、儲存、使用、處置嚴(yán)重污染環(huán)境的危險(xiǎn)廢物，明知他人沒有危險(xiǎn)廢物而委托處置的，應(yīng)當(dāng)構(gòu)成共同犯罪。

3 電解鋁危險(xiǎn)廢物處理處置的措施與建議

3.1 優(yōu)化管理制度

電解鋁企業(yè)應(yīng)根據(jù)國家環(huán)保法律法規(guī)要求不斷完善危險(xiǎn)廢物管理制度，首先制定危險(xiǎn)廢物污染防治責(zé)任制度，明確危險(xiǎn)廢物管理部門和責(zé)任人，進(jìn)一步按要求制定危險(xiǎn)廢物管理計(jì)劃，嚴(yán)格做好危險(xiǎn)廢物產(chǎn)生、收集、貯存、轉(zhuǎn)移運(yùn)輸和利用處置相關(guān)工作。

3.2 建設(shè)與規(guī)范貯存場所

電解鋁行業(yè)產(chǎn)生的危險(xiǎn)廢物必須按照不同類別和性質(zhì)進(jìn)行儲存，一是從廢物性質(zhì)源頭進(jìn)行區(qū)分，對于不能直接確定危險(xiǎn)特性的工業(yè)廢棄物，嚴(yán)格按照《國家危險(xiǎn)廢物名錄》和環(huán)境影響評價(jià)文件認(rèn)定結(jié)果來確定，無法確定時(shí)，在通過危險(xiǎn)廢物鑒別之前首先參照危險(xiǎn)廢物管理，并非按照一般工業(yè)固廢管理。二是危險(xiǎn)廢物需嚴(yán)格按照《危險(xiǎn)廢物貯存污染控制標(biāo)準(zhǔn)》及環(huán)評要求專門指定收集、貯存設(shè)施設(shè)備和場所。三是不同性質(zhì)的危險(xiǎn)廢物實(shí)行分區(qū)分類存放，一般工業(yè)固體廢物不得存放在危險(xiǎn)廢物貯存場所。如需建設(shè)填埋場，一般工業(yè)固體廢物嚴(yán)格按照《一般工業(yè)固體廢物貯存和填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行建設(shè)和管理，危險(xiǎn)廢物嚴(yán)格按照《危險(xiǎn)廢物填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》要求進(jìn)行建設(shè)和管理。

3.3 加強(qiáng)監(jiān)督管理

企業(yè)應(yīng)嚴(yán)格按照工業(yè)固體廢物相關(guān)規(guī)范要求，對產(chǎn)生的危險(xiǎn)廢物量、貯存量和轉(zhuǎn)移情況進(jìn)行檢查，并將檢查情況如實(shí)記錄在危險(xiǎn)廢物管理臺賬中。發(fā)生危險(xiǎn)廢物遺失或被盜時(shí)，及時(shí)查明原因，采取預(yù)防和管理措施，防止發(fā)生環(huán)境污染事故，并及時(shí)向當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境主管部門報(bào)告。

電解鋁危險(xiǎn)廢物如需轉(zhuǎn)移時(shí)，需登錄固體廢物環(huán)境監(jiān)測信息平臺，詳細(xì)填寫危險(xiǎn)廢物電子轉(zhuǎn)移聯(lián)單。一是嚴(yán)格的危險(xiǎn)廢物交運(yùn)程序，同一集團(tuán)公司的兩家子公司也必須按照相關(guān)要求辦理轉(zhuǎn)讓方案報(bào)送和轉(zhuǎn)讓文件手續(xù)。二是嚴(yán)格的內(nèi)部轉(zhuǎn)移記錄，即從危險(xiǎn)廢物的產(chǎn)生源頭登記備案工作開始；對于廠內(nèi)車間的廢物轉(zhuǎn)移已登記備案，一些單位和機(jī)構(gòu)只記錄了廢物倉庫的出庫信息，車間產(chǎn)生的危險(xiǎn)廢物沒有按要求記錄，因此無法追溯到危險(xiǎn)廢物產(chǎn)生環(huán)節(jié)，導(dǎo)致整個(gè)過程符合危險(xiǎn)廢物轉(zhuǎn)移控制的過程無從追溯，企業(yè)應(yīng)嚴(yán)格要求轉(zhuǎn)移過程中每個(gè)環(huán)節(jié)的負(fù)責(zé)人，實(shí)行嚴(yán)格的簽字制度。

3.4 完善處理處置技術(shù)方法

為更好地分析危廢處理技術(shù)的發(fā)展方向，本文對國內(nèi)已經(jīng)開發(fā)出的焙燒工藝和浮選—浸出工藝技術(shù)進(jìn)行簡要分析：

焙燒工藝技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中的主要優(yōu)勢有：①在電解鋁行業(yè)的實(shí)際應(yīng)用過程中，不需要對危險(xiǎn)廢物進(jìn)行分類管理，且處理對象較廣；②破碎后可直接與燃燒爐用焙燒添加劑和氰化物在高溫條件下混合使用，氰化物可以被完全轉(zhuǎn)換；③在實(shí)際處理過程中，對產(chǎn)生的有組織廢氣進(jìn)行適當(dāng)凈化即可；④整個(gè)操作過程比較簡單，技術(shù)比較成熟，適合推廣應(yīng)用。但是該技術(shù)在應(yīng)用過程中也存在一些缺陷，具體情況為回轉(zhuǎn)窯在制造過程中消耗的能源多，轉(zhuǎn)化效率超過50%左右；其次制造過程中該項(xiàng)技術(shù)產(chǎn)生的含氟廢氣對設(shè)備和設(shè)施有明顯的腐蝕作用，在實(shí)際應(yīng)用過程中，氟化物回收率不高，且廢罐內(nèi)襯的木炭也不好作為燃料燃燒，很難做到再次回收再利用。

浮選—浸出工藝技術(shù)有效回收廢陰極炭塊和廢耐火材料，浮選藥劑不參與反應(yīng)，可循環(huán)使用。但該工藝對粉磨和浮選的技術(shù)要求比較高，且需要企業(yè)對產(chǎn)生的廢陰極物料進(jìn)行分類管理，分級浮選過程中會釋放氫氣、氰化氫等易燃有毒氣體，造成較大的安全隱患，經(jīng)過浮選工藝處理后的炭粉中含有氟化物，需要深度除氟后方可實(shí)現(xiàn)高效回收利用。

4 結(jié)論

與其他國家相比，中國電解鋁行業(yè)的危險(xiǎn)廢物處理技術(shù)研究起步較晚，但從國內(nèi)相關(guān)研究現(xiàn)狀中我們可以清楚地發(fā)現(xiàn)電解鋁工業(yè)危險(xiǎn)廢物處理技術(shù)的發(fā)展對資源和環(huán)境有直接的影響，若電解鋁行業(yè)在生產(chǎn)流程中對產(chǎn)生的污染物控制不當(dāng)，會對環(huán)境造成嚴(yán)重污染。因此，本文主要對我國現(xiàn)有的電解鋁危險(xiǎn)廢物處置技術(shù)和存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析，并從優(yōu)化管理制度、規(guī)范儲存場所、以及加強(qiáng)監(jiān)督管理和完善電解鋁危險(xiǎn)廢物的處理處置技術(shù)方法等四方面提出措施與建議，為我國未來電解鋁工業(yè)的綠色、健康和可持續(xù)發(fā)展提供參考建議。