電解鋁企業(yè)的環(huán)境污染問題及治理措施

李 偉

（焦作萬方鋁業(yè)股份有限公司，河南 焦作 454150）

隨著我國電解鋁企業(yè)生產技術的不斷提升，金屬鋁的純度和質量都獲得了很大程度的提高，極大地促進了相關領域的發(fā)展。但在利用電解法制造金屬鋁的過程中可能會產生各種各樣的污染物，這給我國現階段的環(huán)境污染防治帶來了一定的壓力。為了能夠促進電解鋁產業(yè)的現代化發(fā)展，需要不斷提高對電解鋁產業(yè)污染防治問題的重視，企業(yè)需要從生態(tài)經濟的角度出發(fā)，來嚴格管控生產過程中的各類污染物，將污染物進行無害化處理后再進行排放[1]。

1 電解鋁產業(yè)的主要環(huán)境污染來源和危害

1.1 電解鋁污染物的來源

在電解鋁產業(yè)中，最常用的金屬鋁制備方法為冰晶石-Al2O3熔鹽電解法，這種方法將電解鋁的制備當作一種電化學反應過程，同時將Al2O3，AlF3和AlF6Na3等原材料加入到電解池當中，將原材料加熱到950℃左右，并通過直流電來實現電化學反應。金屬鋁將會在電解池的陰極進行析出，隨后便可以通過真空抽吸等方式將金屬鋁提取出來。提取后的金屬鋁將會被送入鍛造車間，金屬鋁液將會在熔煉爐中進行工業(yè)調配，根據最終產品的需求被制作成為鋁錠或鋁合金。

Al2O3在電解池中被充分溶解，隨后便會和陽極元素發(fā)生氧化還原反應，陰極析出金屬鋁，陽極主要析出CO2氣體。由于原材料中含有AlF3等化學成分，在電解的過程中可能會生成氟化物等有毒有害粉塵，這些化學成分會以電解煙氣的形式析出。電解煙氣中的主要成分就是氟化物，氟化物可以分為氣體和固體成分，氣體氟化物主要是HF，CF4和SiF4等物質，固體氟化物則主要為氟化物粉塵和AlF6Na3等固體成分。電解鋁過程中產生的氟化物是主要的環(huán)境污染物，同時隨著電解池中陽極成分的氧化，有可能會有部分的硫元素被氧化為SO2，因此所排放的氣體中可能會存在一定的SO2成分[2]。這些污染物會對電解鋁生產車間造成污染，影響技術人員的生命健康。如果這些廢氣被直接排放，將會對當地的大氣環(huán)境造成不可逆的損傷。

1.2 電解鋁污染物對自然環(huán)境的危害

電解鋁的生產過程中產生的物質可以按照種類進行劃分，具體分為空氣污染、廢水污染、工業(yè)殘渣污染和噪聲污染。電解鋁生產過程中的廢氣對于環(huán)境的污染程度最為嚴重，主要的廢氣成分為氟化物粉塵和SO2等。氟化物對于環(huán)境的污染程度最深，氟化物中主要包括HF，CF4和SiF4等氣體物質和粉塵物質。在電解過程中，這些物質都會隨著電解質一起揮發(fā)，大部分將會被排放到大氣環(huán)境之中。此外，由于電解程度的不充分，可能會形成CO氣體，CO會和人體的血紅蛋白結合，造成人體氧含量不足，嚴重的會危及生命。SO2則是酸雨的主要成分，對于植物和建筑的損害較重。

工業(yè)殘渣污染主要是電解池中的殘留物質，可以分為陰極碳材料、鋁化合物和污泥等。這些工業(yè)殘渣成分中含有大量的氟化物和氰化物，因此電解鋁企業(yè)的工業(yè)殘渣被視為工業(yè)危險廢物[3]。氟化物在工業(yè)殘渣中的占比較大，一般可達50%以上，同時工業(yè)殘渣中鋁化合物的含量也嚴重超出我國工業(yè)排放標準。傳統(tǒng)電解鋁產業(yè)的工業(yè)殘渣處理方式不科學，很多企業(yè)直接將工業(yè)殘渣進行填埋操作，其中部分的可溶性物質會隨著雨水混入到當地的河流體系中，對動植物乃至人類造成長期的危害，將會破壞當地的生態(tài)環(huán)境。如果工業(yè)殘渣不能得到有效處理，將會造成當地生態(tài)環(huán)境的不可逆損傷，影響當地農業(yè)和用水安全。此外，采取填埋操作還會占用大量的土地空間，這些工業(yè)殘渣普遍需要較長時間來進行分解，不利于人類社會的可持續(xù)發(fā)展。

2 電解鋁企業(yè)的污染防治措施

2.1 空氣污染的防治措施

電解鋁產業(yè)中主要的污染來源是空氣污染，空氣污染物主要分為CO，SO2和各種氟化物?？諝馕廴疚锊粌H會對生態(tài)環(huán)境造成破壞，還會危害人體的健康。為了實現理想的空氣污染防治效果，首先，企業(yè)的管理人員需提高環(huán)境保護意識，不斷優(yōu)化生產流程，提高電解鋁制備的效率，將各種氟化物進行充分反應，減少中間反應物質的生成，這樣能夠有效減少空氣污染物的產生；其次，電解鋁企業(yè)需要加強電解池的結構研究，確保電解池裝置的密閉性，這也是減少空氣污染物的有效措施，但是很多情況下需要打開電解池進行操作，為了能夠減少電解池打開后的空氣污染排放，就需要設計更為高效的電解池排煙裝置，對排出的氣體進行回收處理。此外，電解池需要進行點擊更換等操作，技術人員需要在電解池中布置合理的煙氣回收系統(tǒng)，對電解過程中生成的污染物進行無害化處理后再進行排放。目前很多電解鋁企業(yè)都應用了Al2O3來吸收HF氣體，這種凈化方式的轉化率較高，HF氣體能夠被Al2O3充分吸收，是一項毒害轉化的高效技術。HF氣體被Al2O3吸收后，Al2O3會被轉化為氟氧化鋁，這部分物質能在經過凈化系統(tǒng)后，被電解池二次利用，有效提高了電解鋁制備的效率。隨后氣體物質在經過處理后，經過檢測能夠符合國家污染物排放標準，這時才能夠經過煙囪排放到大氣中。

隨著電解鋁制備的流程升級，我國的污染物排放標準也逐漸發(fā)生改變，對于電解鋁產業(yè)的空氣污染排放標準變得越來越嚴格。在以往的污染物排放標準中對于SO2氣體的容忍度較高，但是由于酸雨問題對生態(tài)環(huán)境的影響，我國提出了SO2排放的新標準。根據我國污染物排放標準，SO2的排放量應低于每立方米氣體35 mg，這對于電解鋁企業(yè)的生產制備流程提出了新的挑戰(zhàn)[4]。企業(yè)可以從控制原材料含硫量的角度入手，降低生產材料中的硫元素含量，同時盡可能采用清潔能源，避免采用傳統(tǒng)的燃料類型。企業(yè)還可以進一步升級生產流程，在排放物的處理系統(tǒng)中對SO2氣體進行針對性的處理。

考慮到電解鋁企業(yè)需要同時處理SO2氣體和氟化物，企業(yè)可以采用煙氣脫硫和脫氟技術，原有的傳統(tǒng)凈化系統(tǒng)中都是應用Al2O3來吸收HF氣體，企業(yè)可以將凈化系統(tǒng)進行整合。以往的脫硫技術主要在鋼鐵企業(yè)中應用，這些企業(yè)的燃料需求量較大，因此廢氣中SO2的占比較大。但是電解鋁產業(yè)和鋼鐵產業(yè)的脫硫技術需求不同，電解鋁產業(yè)的氣體排放物中的CO2濃度較低，但是煙氣量較大，同時煙氣的溫度相對較低。因此，電解鋁產業(yè)不能直接應用鋼鐵產業(yè)的脫硫技術，需要根據電解鋁產業(yè)的實際特點來選擇合適的脫硫技術，盡可能選擇性價比較高的技術方案。針對電解鋁行業(yè)的自身特點和污染物類型來選擇合適的空氣污染物處理方式，其也是解決電解鋁產業(yè)空氣污染的關鍵方式[5]。

2.2 廢水污染的防治措施

電解鋁在生產過程中可能會產生氰化物和氟化物等有毒有害物質，這些物質可能對水源造成一定的污染。電解鋁企業(yè)需提前對廢水進行中和處理，在符合國家排放標準后再將廢水排入處理管道中。目前，很多電解鋁企業(yè)已經應用了廢水處理的創(chuàng)新思路，工業(yè)廢水和生活廢水在處理后不再進行排放，在內部污水處理裝置處理后進行二次利用，有效提升了水資源的利用率。為了能夠提升廢水處理的效率，電解鋁企業(yè)需要根據自身的特點來選用自動化的廢水處理系統(tǒng)。污水處理系統(tǒng)主要分為混合反應、氣浮和過濾等，后續(xù)處理的廢水可以作為植物灌溉、冷卻水和噴淋裝置用水等。企業(yè)的生活廢水中可能含有過高的油性物質，因此也不能直接進行排放。生活廢水可以在污水處理后，進行園區(qū)的灌溉和清潔。綜上所述，電解鋁企業(yè)在進行廢水處理的過程中，需要嚴格減少廢水的排放量，加大企業(yè)內部水資源的循環(huán)力度，不斷提高水資源的重復利用率，這樣能夠在節(jié)省資源的情況下實現對生態(tài)環(huán)境的保護，實現電解鋁企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

2.3 工業(yè)殘渣污染的處理措施

電解鋁企業(yè)中生成的工業(yè)殘渣可以分為電解池殘渣、碳渣、鋁化合物、電極殘留和污泥等類型。按照我國電解鋁企業(yè)的管理規(guī)范，企業(yè)的工業(yè)殘渣需要進行回收利用，對于不可以利用的工業(yè)殘渣需要進行無害化處理，隨后殘渣便可以送到專門的處理廠進行填埋。針對電解池的殘渣主要可以利用填埋法和濕法處理技術等方式。填埋法需要填埋場地具有一定的抗腐蝕能力，因此相關場地的建設成本較高，也會造成部分成分的浪費。濕法處理技術可能會產生一定的HNO3和HF氣體，這些化學成分對于設備和管道都有一定的腐蝕，如果被人體吸入還會造成嚴重的健康問題。因此濕法處理技術不適合大規(guī)模的殘渣處理，也與生態(tài)保護的目標不適應。目前電解鋁企業(yè)可以應用水浸生產工藝，這種工藝能夠有效回收陽極所產生的碳質，回收的鈉鹽也能夠被用作金屬鋁鍛造的原材料。此外，部分殘渣在進行脫氟處理后，可以被用作電解池的防滲漏材料。部分化學材料在進行無害化處理后，可以被生產為無機肥料，這些肥料可以被周邊農業(yè)產業(yè)所使用。應用了水浸處理工藝后，能夠實現大部分殘渣的二次利用，資源利用率超過90%，有效實現了殘渣的無害化處理和工業(yè)內循環(huán)[6]。

在電解鋁的過程中，陽極會出現碳渣的脫落。碳渣中碳元素的含量大約占到30%，剩下的物質成分大多為電解質。電解質中主要包含氟化鹽和AlF6Na3，因此只有提高對電解質的應用，才能有效實現碳渣的二次回收。目前電解鋁企業(yè)普遍采用浮選法對碳渣進行處理，利用二者物理性質的差別，能將碳渣中碳元素和電解質成分進行分離，隨后便能實現不同物質的回收利用。經過實踐驗證，浮選法所能夠提取出的電解質成分的純度較低，無法直接實現電解質的直接利用。目前很多研究人員正在針對浮選法的工藝流程進行改進，進一步優(yōu)化浮選指標。電解鋁企業(yè)可以成立專門的實驗小組，對浮選法的技術實踐方法進行進一步研究。浮選法在具備良好的浮選指標的情況下，所得出的碳元素能夠被直接利用到電極的制備過程中，電解質也能獲得較高的純度，可以直接被電解池二次利用。

電解鋁企業(yè)在電解和鍛造過程中會產生一定的殘渣，這些殘渣大部分都是鋁化合物，因此這部分的殘渣被稱為鋁灰。鋁灰中鋁元素的含量較高，通常情況下鋁元素的質量能夠達到殘渣整體質量的80%左右，因此鋁灰具有較高的應用價值和再利用價值[7]。企業(yè)可以利用鋁灰處理系統(tǒng)來提取殘渣中的鋁成分，隨后可以通過細篩等方式進一步獲得鋁顆粒，這些鋁顆?？梢员环Q為是二次鋁灰。二次鋁灰的鋁含量進一步提高，但是其中含有大量的有毒有害物質，必須要對二次鋁灰進行無害化處理。二次鋁灰中主要含有氟化物和氰化物等有害物質，因此可以通過堿化和酸浸等方式進行處理。在去除掉有毒有害物質后，二次鋁灰可以進行高溫處理，得到電解鋁的原材料，同時企業(yè)也可以將二次鋁灰中的成分應用到其他工業(yè)耗材的生產中，進一步實現資源的優(yōu)化利用。鋁灰中雖然含有大量的有毒有害物質，但是其中也含有大量的鋁化合物，提升對鋁灰中鋁元素的應用能夠大幅度提高企業(yè)的資源利用率，進一步實現可持續(xù)發(fā)展的理念。

最后，電解鋁企業(yè)還存在著殘留電極與污泥這兩種物質。對于電極而言，企業(yè)可以在電解池清洗后，將部分陽極材料進行清洗，將可用部分用到電極制備當中。殘留電極的主要成分是C，因此在經過簡單處理后電極也可以充當電解燃料。污泥中除了有害物質外，還含有大量微量元素，這些元素對于作物生長都具有一定作用。電解鋁企業(yè)可以將污泥進行無害化處理后，將污泥轉交給肥料生產企業(yè)，可以有效提高資源的利用率。

2.4 噪聲污染的防治措施

電解鋁企業(yè)的噪聲來源集中于機械設備，因此企業(yè)可根據噪聲大小采用對應的噪聲處理裝置，減緩機械設備的振動情況，并在生產車間內進行消聲處理，不斷優(yōu)化車間的工作環(huán)境，切實保障工作人員的健康。部分技術人員在操作器械時，可以佩戴專業(yè)的降噪耳塞，或是在隔音控制室內進行操作。企業(yè)需要對工作環(huán)境進行噪聲測試，對于噪聲超過5 dB的機械設備進行進一步消聲處理。

3 結束語

金屬鋁是現代社會中必不可少的原材料之一，目前電解鋁仍是制備金屬鋁的有效途徑。但是在電解鋁的制備過程中會產生大量的有毒有害物質，如果沒有針對這些物質進行處理，將會對生態(tài)環(huán)境造成損害。電解鋁企業(yè)需要承擔起環(huán)境保護的責任，增強環(huán)境保護的意識，不斷優(yōu)化生產流程，在加大環(huán)境保護力度的基礎上，提高資源的利用率，充分實現企業(yè)內部資源的循環(huán)，這樣才能夠促進電解鋁企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，才能夠讓電解鋁企業(yè)更適合未來生態(tài)社會的發(fā)展目標。