一、前言
鋁電解生產(chǎn)過程中，從電解槽排出大量氟化氫氣體和含氟粉塵等有害物質(zhì)，鋁電解生產(chǎn)原料氧化鋁對氟化氫氣體有較強(qiáng)的吸附能力，用它對含氟煙氣進(jìn)行干法吸附凈化，是目前大多數(shù)電解生產(chǎn)企業(yè)采用凈化回收方法，但該方法在運行過程中對二氧化碳和二氧化硫凈化效果差，吸氟后的氧化鋁飛揚(yáng)大，氧化鋁在吸附過程中循環(huán)次數(shù)多，造成的氧化鋁破碎率高、帶入FE、SI雜質(zhì)增加以及鋁電解煙氣凈化系統(tǒng)動力消耗大等問題。
二、干法凈化系統(tǒng)介紹
煙氣干法凈化技術(shù)適用于鋁電解生產(chǎn)行業(yè)各種類型電解槽的煙氣治理。干法凈化的基本原理是利用氧化鋁對氣態(tài)氟化氫具有較強(qiáng)的吸附能力這一特性，讓電解煙氣與氧化鋁充分接觸，將煙氣中的氟化氫氣體吸附在氧化鋁表面，然后進(jìn)行氣－固分離，使氟化氫得以凈化。
干法吸附方法為管道化法：電解槽含氟煙氣從總煙管進(jìn)入袋式收塵器之前，將新鮮氧化鋁、循環(huán)氧化鋁分別加入排煙總管中。在氣固兩相充分接觸過程中，氟化氫被氧化鋁吸附。加入的氧化鋁和從電解槽中隨煙氣帶出的粉塵，均在袋式收塵器內(nèi)被分離下來返回電解槽使用，凈化后的煙氣經(jīng)排煙機(jī)送入煙囪排空。國家標(biāo)準(zhǔn)中對排入物及排放標(biāo)準(zhǔn)做了規(guī)定見表1。
表1 鋁電解廠煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)
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位 置
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排放物
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排放標(biāo)準(zhǔn)
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煙 囪
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氟化物（全氟）
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≯1.0kg/t－Al
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粉 塵
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≯30mg/Nm3
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二氧化硫
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45m煙囪≯91kg/h
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廠房天窗
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氟化物（全氟）
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1.0kg/t－Al
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粉 塵
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≯30mg/Nm3
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二氧化硫
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吸附化學(xué)反應(yīng)：吸附過程中，在氧化鋁表面生成單分子層吸附化合物，每個氧化鋁分子吸附2個氟化氟分子。根據(jù)X射線衍射測定，這種表面化合物在300℃以上轉(zhuǎn)化為AlF3分子，這一過程的特點是速度快而不易解吸，反應(yīng)可在0.25～1.5秒內(nèi)完成。
圖1 干法凈化流程圖
此反應(yīng)是氟化鋁高溫水解的逆過程，在溫度較低時，反應(yīng)便朝著生成氟化鋁的方向進(jìn)行。
干法凈化的缺陷：
（一）干法凈化的缺陷是對二氧化碳和二氧化硫凈化效果差；
（二）吸氟后的氧化鋁飛揚(yáng)大；
（三）氧化鋁在吸附過程中循環(huán)次數(shù)多，造成的氧化鋁破碎率高、帶入FE、SI雜質(zhì)增加；
（四）鋁電解煙氣凈化系統(tǒng)動力消耗大。
三、干法凈化系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計
（一）基本原理
以鋁電解生產(chǎn)原料－氧化鋁為吸附劑，以煙氣中氟化物（主要是氟化氫）為吸附質(zhì)，在設(shè)定的條件下（包括反應(yīng)段固氣比，反應(yīng)時間、煙氣流速等），氧化鋁與氟化氫混合，在極短的時間內(nèi)完成對氟化氫的吸附，并達(dá)到很高的凈化效率。
首先用活性相對較差的、吸附過氟化氫的氧化鋁（亦稱載氟氧化鋁）與含氟濃度高的鋁電解初始煙氣進(jìn)行第一活性高的氧化鋁對煙氣剩余的氟化氫進(jìn)行二次吸附反應(yīng)，從而獲得更高的氟凈化效率。
逆向二段干法吸附凈化技術(shù)，優(yōu)化了干法吸附機(jī)制，實現(xiàn)了以較低的反應(yīng)段固氣比，取得極高氟凈化效率的目的，從而減少了氧化鋁在干法吸附中的循環(huán)次數(shù)，避免多次循環(huán)造成的氧化鋁破碎率高、帶入FE、SI雜質(zhì)增加以及鋁電解煙氣凈化系統(tǒng)動力消耗大的問題。
圖2 逆向二段干法吸附凈化煙氣配置
（二）技術(shù)關(guān)鍵
在鋁電解煙氣干法吸附凈化上，首先采用逆向二段吸附、使氟化氫的吸附能力充分發(fā)揮，然后在第二段加入新鮮氧化鋁對煙氣中剩余氟化氫再次吸附，從而增加了凈化工藝的“驅(qū)動力”；該方法優(yōu)化了干法吸附機(jī)制，提高了氧化鋁的氟荷載，可以有效減少吸附劑的用量的目的；在鋁電解煙氣凈化系統(tǒng)的除塵器選用上，更加注意低阻、高效，優(yōu)化后選用改進(jìn)型低壓脈沖長袋除塵器及選用鋁電解煙氣凈化專用濾材－JZL－D精細(xì)過濾針刺氈，可使其除塵效率達(dá)到國際先進(jìn)水平。
（三）系統(tǒng)優(yōu)化后的設(shè)備及運行管理
1、主要設(shè)備
DMD－Ⅱ－340低壓脈沖長袋除塵器
Y4－73NO20F排煙機(jī)（20X104m3/h·3500Pa）
B＝260mm（組合）空氣溜槽（Q＝16000kg/h）
Ф570mm（組合）所體提升機(jī)
2、運行管理
在設(shè)定的條件下，通過系統(tǒng)調(diào)試，使其各電解槽排煙量均衡，煙氣凈化系統(tǒng)每班僅需1人巡檢，即可確保凈化系統(tǒng)穩(wěn)定高效運行。
（四）主要技術(shù)指標(biāo)及條件
1、反應(yīng)段總固氣比＜35g/m3（國內(nèi)外通用固氣比為50～60g/m3）。
其中：一段為載氟氧化鋁，固氣比25g/m3；二段為新鮮氧化鋁固氣比＜10g/m3。
2、總反應(yīng)時間≈1.0S
其中：一段為≥0.5S，二段為0.5S。
3、氟凈化效率≥99%
凈化系統(tǒng)煙囪出口含氟濃度＜1.0mg/m3（國標(biāo)為9mg/m3）
噸鋁排氟量（廠房天窗＋煙囪）＜1.0kg/t－AL；噸鋁排塵量（廠房天窗＋煙囪）＜3.0kg/t－AL
（五）補(bǔ)充措施
要提高吸附效率，應(yīng)具備以下幾點：
1、氧化鋁具有較強(qiáng)的吸附力。分析證明，γ－Al2O3為主的砂狀氧化鋁吸附能力比以α－Al2O3為主的粉狀氧化鋁大十倍左右，這是因為γ－Al2O3晶型不如α－Al2O3完整穩(wěn)定，剩余價力較大，因此吸附能力較強(qiáng)，同時，砂狀氧化鋁的顆粒較粗而結(jié)構(gòu)疏松，表面積較大，載氟能力較強(qiáng)，所以，逆向二段干法吸附凈化方法中使用砂狀氧化鋁作為吸附劑，并要求比表面積大于30m2/g。
2、氧化鋁與煙氣必須充分接觸。為改善氣－固相的接觸狀況，在吸附過程中氧化鋁要以流化態(tài)狀態(tài)存在于煙氣之中，促成氣－固相接觸面不斷更新，減小氣膜的擴(kuò)散阻力，提高反應(yīng)速度。
3、煙氣氟化氫濃度愈高，愈有利于吸附過程。所以，應(yīng)該提高煙氣的濃度。換言之，則應(yīng)提高電解槽的密閉程度，減少空氣漏入集氣裝置內(nèi)，以提高吸附效率。
四、結(jié)論
采用逆向二段干法吸附凈化新技術(shù)對電解車間煙氣進(jìn)行凈化，氟、塵凈化效率高，且投資省、無二次污染，各項凈化指標(biāo)均達(dá)到國家先進(jìn)水平實現(xiàn)了有效控制污染之目的。
