CN101348924B - 干湿法联合深度治理电解铝烟气工艺 - Google Patents

Abstract

一种干湿法联合深度治理电解铝烟气工艺，其特征在于：将各电解槽的烟气在VRI反应器与新鲜氧化铝粉充分接触，吸氟后的氧化铝粉和烟气进入静电除尘器，脱出大部分氧化铝粉及其粉尘，废气进入湿法系统的吸收塔，与吸收液逆流接触，脱除废气中的氧化铝粉、粉尘、氟化氢以及二氧化硫，净化后的尾气排入大气；该工艺将传统干法袋式除尘改为静电除尘，使干法除尘的投资和整个环保系统运行费用明显降低；再经湿法处理，达到深度治理的目的；同时吸收脱除了烟气中的SO₂，大大降低了电解铝污染物的排放量；通过干湿法技术的有机结合，使湿法系统的氟化物直接合成冰晶石并进行回收，解决了过去湿法净化工艺需要氟盐回收装置以及氟盐废液处理难的问题。

Description

干湿法联合深度治理电解铝烟气工艺

技术领域

本发明涉及电解铝生产中电解铝烟气治理使用的一种工艺方法。

背景技术

电解铝生产过程中，根据工艺要求在电解槽中加入氟化铝和冰晶石(Na₃AlF₆)，因此，铝电解生产排放的废气中，除产生二氧化硫、粉尘等污染物外，还会产生氟化物。依据回收工艺和所用设备来划分，传统的电解铝烟气净化回收可分为干、湿两种方法。

1.湿法净化技术

湿法净化回收有多种方法，如用清水洗涤、碱水洗涤、海水洗涤等。洗液再通过碱法、氨法和酸法流程加以回收。虽然电解铝烟气净化最简单经济的方法是用水洗涤，但由于水溶解氟化氢后变为氢氟酸，很容易腐蚀设备、且不易处理回收，所以多采用碱法净化回收。通常用5％的纯碱溶液去洗涤烟气，溶液中的Na₂CO₃与电解烟气中的HF、SO₂反应，达到既回收HF又回收SO₂同时洗涤脱除粉尘的目的。其主要反应式如下：

HF+Na₂CO₃＝NaF+NaHCO₃

HF+NaHCO₃＝NaF+CO₂+H₂O

SO₂+Na₂CO₃＝Na₂SO₃+CO₂

2Na₂SO₃+O₂＝2Na₂SO₄

湿法吸收过程中，氟化氢与碳酸钠反应生成氟化钠。传统的湿法系统，还需要另建一条冰晶石合成生产线，将NaF与铝酸钠溶液反应合成冰晶石。

6NaF+4NaHCO₃+NaAlO₂＝Na₃AlF₆+4Na₂CO₃+2H₂O

过去自焙槽电解生产中多采用湿法工艺，以处理解决电解烟气中大量煤焦油的污染排放问题。随着自焙槽逐步全部改造为预焙槽，目前几乎全部铝电解烟气治理均采用了干法净化工艺。

2.干法净化技术

干法净化技术是指用某种特定的固体颗粒或粉状物料吸附气体物质所进行的气体净化过程。铝电解含氟烟气的干法净化就是采用电解用氧化铝吸附烟气中HF气体的净化过程。氧化铝可以作为吸附剂是由于它的物理化学性质和吸附规律决定的。冶金级氧化铝根据焙烧状况的不同，有多种晶体结构，主要有α型、γ型及少量中间型。α型氧化铝活性较差，γ型及少量中间型的氧化铝空隙率较高，比表面积较大，化学活性高。由于氧化铝是一种典型的两性化合物，因此对酸性气体有很好的吸附性。HF的负电性很大，极性相当强，很容易被氧化铝吸附。干法除氟的吸附反应原理，可用如下化学反应式来表示：

吸附：3Al₂O₃+6HF→3(Al₂O₃·2HF)

转化：3(Al₂O₃·2HF)→2AlF₃+3H₂O+2Al₂O₃

总反应式：Al₂O₃+6HF→2AlF₃+3H₂O

传统的干法系统为了提高氟化物回收率，实现达标排放，往往需要加大载氟氧化铝循环吸收量，由此造成氧化铝破碎严重，影响氧化铝输送与加料，并且导致飞扬损失加剧。实际处理中氟化物回收率一般在95％左右，很难达到设计要求的98％；同时由于袋式除尘阻力大，因而动力消耗也较高。

目前国内外预焙槽电解铝烟气几乎全部采用氧化铝吸附加袋式除尘的干法净化工艺。这种工艺存在运行费用高、不能脱除硫化物、氧化铝破碎严重等缺点；由于氧化铝破碎严重还造成铝氧粉超浓相输送时输送速度变慢、甚至堵塞输送溜槽，以致影响电解槽的正常加料。

发明内容

本发明要解决的问题是：设计一种干湿法联合深度治理电解铝烟气的工艺，这种工艺能大大提高电解铝烟气净化率，解决SO₂污染排放与氟化物回收利用的问题，从而，减少环境污染，降低运行成本。

本发明的工艺过程是这样的：将各电解槽排出的烟气经支管汇集到烟气总管后进入VRI反应器，在VRI反应器内与进入的新鲜氧化铝粉充分接触，利用氧化铝吸附脱除烟气中70％-80％的氟化氢，吸氟后的载氟氧化铝粉和烟气再进入静电除尘器进行气固分离，脱出大部分氧化铝粉及其粉尘。静电除尘器分离下来的载氟氧化铝由物料提升机送载氟氧化铝料仓，供电解生产使用；静电除尘后的废气经引风主管进入湿法系统的吸收塔底部，在吸收塔与pH值为9-10的吸收液逆流接触，进一步吸收脱除废气中的氧化铝粉及其粉尘、氟化氢以及二氧化硫，净化后的尾气经烟囱排入大气；吸收液进入循环沉降池，沉降分离氧化铝粉和氟化物冰晶石；吸收液通过补加碱性化合物循环使用。

吸收液为氢氧化铝和纯碱的混合液，氟化氢和二氧化硫气体的量为1∶1时，氢氧化铝与纯碱加入量的比例为0.1～0.2。

本发明的积极效果是：将传统干法袋式除尘改为静电除尘，使干法除尘的投资和整个环保系统运行费用明显降低；对干法净化后的烟气用稀碱液进一步吸收脱除烟气中的氧化铝粉及其粉尘、氟化物，达到深度治理的目的；同时吸收脱除了烟气中的SO₂，大大降低了电解铝烟气污染物的排放量；通过干湿法治理技术的有机结合，实现了湿法系统氟化物的直接合成冰晶石并进行回收，解决了过去湿法净化工艺需要氟盐回收装置以及氟盐废液处理难的问题。

附图说明

附图为本发明工艺的应用流程示意图。

具体实施方式

附图所示为本发明工艺技术的流程图，来自电解槽收集的电解烟气进入废气烟道15，接着向上通过VRI反应器4，来自新鲜铝氧粉仓1的新鲜氧化铝粉通过提升机8提升到小粉仓3，新鲜氧化铝粉从小粉仓3流入到VRI反应器4进行吸附反应；然后进入静电除尘器5进行气固分离，分离下来的载氟氧化铝粉到物料提升机9并提升到载氟氧化铝粉仓2，从载氟氧化铝粉仓2即可去电解车间生产用；出静电除尘器5的尾气通过引风机10进入吸收塔6的底部，在塔内与来自沉淀池13、水泵14的含有氢氧化铝和纯碱的吸收液逆流接触，进一步吸收脱除氟化物、氧化铝粉及其粉尘，同时脱除废气中的二氧化硫，净化气经烟囱7排入大气，水溶液经洗涤塔6底部进入沉淀池13中，沉淀物通过泵12进入压滤机11进行压滤，压滤的氧化铝粉及其粉尘和氟化物出料干燥回用。水溶液回沉淀池13，沉淀池13的水溶液通过补加氢氧化铝和纯碱循环使用。

具体工艺方法及工艺条件是：

1.各电解槽排出的有害气体由每台槽的烟气支管汇集经废气烟道15进入VRI反应器4，在VRI反应器4内与进入的新鲜氧化铝粉充分接触，烟气中的有害成份氟化氢与氧化铝发生吸附反应，脱除烟气中约70％的氟化氢。其后烟气进入静电除尘器5进行气固分离，静电除尘器5分离下来的载氟氧化铝由风动溜槽16、物料提升机9送入载氟氧化铝料仓2，供电解生产使用。废气经引风主管进入湿法系统进一步净化。

2.来自干法系统的废气进入吸收塔6底部，与顶部喷淋下来的吸收液逆流接触，将废气中氟化物、硫化物以及粉尘脱除到99.5％以上。

喷淋洗涤过程中，烟气中的HF一部分与氢氧化铝反应，生成AlF₃反应；一部分与Na₂CO₃反应生成NaF，NaF进一步与吸收液中的AlF₃反应，生成溶解度很低的冰晶石(25℃时0.042g/100g水、100℃时0.135g/100g水)在沉淀池13中沉淀下来，由此实现了冰晶石的直接合成。

其反应方程式为：3NaF+AlF₃＝Na₃AlF₆

正常生产中通过控制吸收液的pH值来维持其吸收能力，一般控制其pH值9～10以保证净化效果；同时根据烟气中氟化氢和SO₂含量控制氢氧化铝与纯碱加入比例，可维持循环吸收液中一定的氟化钠浓度，防止氟化钠析出进入氧化铝粉沉淀物料中。当干法净化脱除烟气中约70％的氟化氢后，烟气中氟化氢和SO₂的量为大约为1∶1，氢氧化铝与纯碱加入的量的比例应控制在0.1～0.2之间。

3.进入吸收液中的氧化铝粉和氟化物冰晶石在沉淀池13中易于沉淀分离，将沉淀物捞出烘干，即可直接回用。

4.当沉淀池13中吸收液中的硫酸钠接近饱和时，对吸收液中的硫酸钠结晶回收处理，回收生产工业级硫酸钠。

Claims (2)

1.干湿法联合深度治理电解铝烟气工艺，其特征是：将各电解槽烟气经支管汇集到废气烟道(15)后，进入VRI反应器(4)与新鲜氧化铝粉充分接触，利用氧化铝吸附脱除烟气中70-80％的氟化氢，吸氟后的载氟氧化铝粉和烟气再进入静电除尘器(5)进行气固分离，脱出大部分氧化铝粉及其粉尘；静电除尘器(5)分离下来的载氟氧化铝由物料提升机(9)送入载氟氧化铝料仓，供电解生产使用；静电除尘后的废气经引风主管进入湿法系统的吸收塔(6)底部，在吸收塔(6)内与pH值为9-10的吸收液逆流接触，进一步吸收脱除废气中的氧化铝粉、粉尘、氟化氢以及二氧化硫，净化后的尾气经烟囱排入大气；吸收液进入沉淀池(13)，沉降分离氧化铝粉和氟化物冰晶石；吸收液通过补加碱性化合物循环使用。

2.根据权利要求1所述的干湿法联合深度治理电解铝烟气工艺，其特征是：吸收液为加有氢氧化铝的纯碱溶液，使湿法系统吸收的氟化钠直接转化为冰晶石回收利用；当干法净化后烟气中氟化氢和二氧化硫的量为1∶1时，氢氧化铝与纯碱加入的量的比例为0.1～0.2。

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