再生鋁棒生產(chǎn)項(xiàng)目產(chǎn)污環(huán)節(jié)研究

付春梅，勾東東，韓小問(wèn)，李 青

（河北欣眾環(huán)保科技有限公司，河北滄州 061000）

通過(guò)深入再生鋁棒生產(chǎn)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地踏勘，并對(duì)項(xiàng)目典型工藝及主要環(huán)境問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)研考察和資料收集，結(jié)合項(xiàng)目主要原輔材料消耗和主要生產(chǎn)設(shè)備，確定此類項(xiàng)目生產(chǎn)全流程污染物產(chǎn)生情況，為企業(yè)環(huán)保治理提供參考依據(jù)。

1 項(xiàng)目主要原輔材料消耗情況

通過(guò)對(duì)同類項(xiàng)目的調(diào)查，確定再生鋁棒項(xiàng)目的主要原輔材料消耗情況，詳見(jiàn)表1。

表1 主要原輔材材料消耗情況一覽表

同類項(xiàng)目各原材料理化性質(zhì)詳見(jiàn)表2。

表2 各原材料理化性質(zhì)一覽表

2 項(xiàng)目主要生產(chǎn)設(shè)備

通過(guò)對(duì)同類項(xiàng)目的調(diào)查，確定再生鋁棒項(xiàng)目的主要生產(chǎn)設(shè)備情況，詳見(jiàn)表3。

表3 主要生產(chǎn)設(shè)備情況一覽表

3 生產(chǎn)工藝及排污節(jié)點(diǎn)

本次研究主要以典型的再生鋁棒生產(chǎn)工藝為對(duì)象，由于生產(chǎn)工藝的差異性，不同的生產(chǎn)工藝污染物產(chǎn)生情況會(huì)不同。生產(chǎn)工藝如圖1 所示。

圖1 再生鋁棒工藝流程及排污節(jié)點(diǎn)圖

本項(xiàng)目原料鋁材采用的主要是鋁錠、鋁型材基料、炒灰機(jī)回收的鋁液、不合格鋁棒；輔料主要有鎂錠、合金硅、精煉劑、清渣劑等。原輔材料投入反射爐內(nèi)進(jìn)行加熱熔化，采用天然氣加熱，溫度控制在730～750 ℃，使?fàn)t料熔化，并通過(guò)添加精煉劑、清渣劑將爐料內(nèi)的雜質(zhì)、氣體有效去除。加熱熔化后的液體爐料倒入模具內(nèi)，采用水直接冷卻成型。

（1）原料配比

擬建項(xiàng)目根據(jù)生產(chǎn)的合金牌號(hào)，結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，將所需原料按比例配備并按相關(guān)順序入爐。根據(jù)生產(chǎn)合金牌號(hào)的成分要求，將商品鋁錠、鋁型材基料、合金及其添加劑按比例調(diào)配成爐料，再投入反射爐進(jìn)行鋁合金生產(chǎn)。

（2）投料

將調(diào)配好的爐料分批次放入反射爐內(nèi)，放料后關(guān)閉進(jìn)料口，使反射爐密閉運(yùn)行。爐門(mén)上方設(shè)集氣罩，投料產(chǎn)生的廢氣由管道引至廢氣處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。該工序反射爐產(chǎn)生廢氣（G1）和噪聲（N1）。

（3）熔化

該項(xiàng)目反射爐帶有蓄熱式焚燒系統(tǒng)，反射爐的加熱火焰直接噴入爐內(nèi)，加熱了爐頂和爐墻，同時(shí)也加熱了爐料。爐料靠高溫爐氣和被加熱到高溫的爐頂和爐墻的輻射來(lái)加熱、熔化。熔化溫度保持在730～750 ℃，熔煉時(shí)間6～7 h，保溫0.5 h。

（4）扒渣

當(dāng)爐料全部熔化后，在熔體表面形成一層由金屬氧化物和其他廢金屬夾雜物所組成的熔渣。在進(jìn)行下一步熔煉之前，需要將這層熔渣除掉。

熔渣主要通過(guò)添加除渣劑來(lái)去除，除渣原理為：除渣劑中含有大量能增加鋁、渣之間表面張力的物質(zhì)，又含有一定量的發(fā)熱物質(zhì)，使粘稠的濕渣、塊狀渣變成干性粉狀渣，同時(shí)吸附氧化夾渣、金屬氧化物等，達(dá)到除渣的目的。扒出的熔渣進(jìn)入鋁灰處理系統(tǒng)。

（5）攪拌

熔體攪拌可以加快鋁液熱傳遞，提高熱效率，攪拌在一定程度上也能起到破壞氧化膜的作用。熔化過(guò)程及熔煉速度對(duì)鋁棒質(zhì)量有重要影響。熔化過(guò)程中應(yīng)注意防止過(guò)熱，爐料熔化液面呈水平之后，應(yīng)適當(dāng)攪動(dòng)熔體使溫度一致[1]。

（6）爐前分析、成分調(diào)整

在熔煉過(guò)程中，由于各種原因可能會(huì)使合金成分發(fā)生變化，這種變化可能使熔體的真實(shí)成分與配料計(jì)算值發(fā)生較大偏差。因而須在爐料熔化充分?jǐn)嚢韬?，立即取樣，進(jìn)行爐前分析[2]。采用光譜法快速鑒別鋁液化學(xué)組成和相對(duì)含量，當(dāng)成分不符合標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)料或沖淡[3]。

（7）精煉

從熔體中除去氣體、雜質(zhì)和有害元素，以獲得優(yōu)良鋁液的工藝方法和操作過(guò)程叫精煉。本項(xiàng)目采用溶劑精煉和吹氣精煉的方式，將精煉劑置于精煉罐內(nèi)，利用N2將精煉劑吹入鋁液內(nèi)，進(jìn)行精煉，同時(shí)具有除渣和除氣的作用。

①溶劑精煉：本項(xiàng)目使用的粉狀精煉劑，主要成分是NaCl（60%）、NaCO3（12%）、KCl（10%）、CaF2（10%）和Na3AlF6（8%），主要反應(yīng)方程式如下：

Na3AlF6=3NaF+AlF3

2Al+AlF3→3AlF↑

Al+NaCl→AlCl↑+Na

6AlF+3O2→Al2O3+2AlF3

6ACl+3O2→Al2O3+2AlCl3

H2+2Cl→2HCl

產(chǎn)生的氣態(tài)產(chǎn)物AlF、AlCl、HCl 不溶解在鋁內(nèi)，在金屬氧化物的界面上呈氣泡析出時(shí)，促使氧化膜與金屬分離，并使氧化膜轉(zhuǎn)入到精煉劑中去，同時(shí)氣泡具有浮選除渣的作用，此外，氣泡還能夠通過(guò)浮選去除部分夾雜物。

②吹氣精煉：本項(xiàng)目使用的惰性氣體為N2，N2吹入鋁液后，形成許多細(xì)小的氣泡，夾雜物與氣泡相遇后會(huì)被吸附在氣泡表面并隨氣泡浮出熔體表面。根據(jù)分壓差脫氣原理，氮?dú)馀葜凶畛醯钠胶鈿浞謮杭s為0，鋁液中的平衡氫分壓不為0，二者存在壓差，使溶于金屬中的氫不斷擴(kuò)散至氣泡中，直至氣泡中氫的平衡分壓與鋁液中氫的平衡分壓相等。氣泡浮出液面后，熔體中的氫氣將逸出進(jìn)入大氣，鋁液表面的氧化物不能自動(dòng)脫離氣相而重新溶于鋁液中，待聚集到一定數(shù)量時(shí)，即可機(jī)械去除。吹氣過(guò)程中采用較低的通氣壓力和速度，這樣可以擴(kuò)大氣泡的表面積，減緩氣泡上升速度，從而去除較多的氣體。吹脫法目的是除氣，同時(shí)也能起到除雜的作用。

（8）精煉后扒渣

精煉工序會(huì)產(chǎn)生一定量的熔渣浮于表面，浮渣對(duì)熔體有保護(hù)作用，但浮渣太多又會(huì)影響熱傳遞，因而浮渣要定時(shí)耙出清除，通過(guò)機(jī)械方式清除（俗稱“扒渣”），這部分熔渣含有一定量的鋁，因此項(xiàng)目設(shè)置炒灰機(jī)回收其中的鋁料。該工序產(chǎn)生固廢（S2）。

（9）澆鑄

精煉后的鋁液進(jìn)行澆鑄，采用直接水冷鑄造技術(shù)，成品率在98%左右。

精煉后的鋁液進(jìn)入鑄造模具框架頂部的分配流槽，由分配流槽將鋁液倒入鑄造模具。當(dāng)鋁液在鑄造模具內(nèi)達(dá)到設(shè)定高度時(shí)，模具開(kāi)始下降，在模具下部結(jié)晶的鋁合金棒被引出模具，并且隨模具勻速下降，同時(shí)被鑄造井內(nèi)的冷卻水直接冷卻，形成鋁合金棒。該工序產(chǎn)生噪聲（N2）。

（10）檢驗(yàn)

澆鑄成型的鋁棒需對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)，不合格鋁棒重新進(jìn)入熔化工序進(jìn)行回用。該工序產(chǎn)生固廢（S2）。

（11）鋁灰處理系統(tǒng)

熔煉過(guò)程中產(chǎn)生的熔渣含有一定量的鋁（一般約40%），熔渣成分較為復(fù)雜，它與鋁型材基料的合金成分、使用的精煉劑和清渣劑有直接關(guān)系，與爐內(nèi)氣氛等也有關(guān)系，一般情況下熔渣的成分大致為Al：10%～30%，A12O3：20%～40%，Si、Mg、Fe 氧化物：7%～15%，K、Na、Ca、Mg 的氯化物和氟化物15%～30%。根據(jù)其主要成分判定固廢屬性。

本項(xiàng)目產(chǎn)生的熔渣送入炒灰機(jī)進(jìn)行處理，回收約70%的鋁液。炒灰機(jī)利用熔渣自燃原理產(chǎn)生的熱能進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，工作過(guò)程中不停的翻轉(zhuǎn)，將熔渣中的鋁料（液態(tài)）收集在一起，收集的鋁液通過(guò)炒灰機(jī)出口流出，并送熔化工序與原材料鋁料一起進(jìn)行熔化處理，不可利用的鋁灰外售至鋁冶煉企業(yè)。該工序產(chǎn)生廢氣（G2）、噪聲（N3）和固廢（S3）。

通過(guò)對(duì)項(xiàng)目生產(chǎn)工藝分析，確定排污節(jié)點(diǎn)環(huán)節(jié)及治理措施。典型典型生產(chǎn)工藝排污節(jié)點(diǎn)及治理情況詳見(jiàn)表4。

表4 項(xiàng)目典型生產(chǎn)工藝排污節(jié)點(diǎn)及治理一覽表

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)再生鋁棒生產(chǎn)項(xiàng)目典型工藝的分析，確定廢氣、廢水、噪聲和固體廢物各產(chǎn)生環(huán)節(jié)。為再生鋁棒企業(yè)提供準(zhǔn)確的污染源，以便采取經(jīng)濟(jì)可行和技術(shù)可行的污染治理措施，實(shí)現(xiàn)企業(yè)污染物長(zhǎng)期穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。