浅析电解铝铝灰用于电解烟气脱硫工艺

浅析电解铝铝灰用于电解烟气脱硫工艺

杨晓玲，谭震军，白万全

天山铝业有限公司，新疆  石河子   832061

摘要：介绍了电解铝铝灰的成分以及石灰石-石膏法湿法脱硫原理，提出了将电解铝铝灰用于电解烟气脱硫的工艺，分析了铝灰用于电解铝烟气脱硫的效果，既能解决废铝灰对环境的污染问题，又能对电解烟气进行脱硫处理。从而实现铝灰资源化利用，对于节约资源，保护环境具有重要意义。

关键词：电解铝; 二次铝灰; 脱硫;

1前言

电解铝铝灰是电解铝或铸造铝生产工艺中产生的熔渣经冷却加工后的产物，其主要成分为金属铝、氧化铝、氮化物、碳化物和氟化物。每生产一吨电解铝约产生铝灰30-50kg，根据国家统计局发布的数据2022年我国电解铝产量达4021万吨，铝灰的总量约160万吨左右。目前电解铝铝灰并未完全利用，只有对小部分金属资源进行回收；大部分铝灰被用于制作净水剂等产品，且多处于环保设施不足和小规模生产的现状。甚至有直接进行填埋处理的方式，不仅造成了资源的浪费，同时带来环境的污染。

电解铝生产过程中除了产生铝灰，还会产生电解烟气，电解烟气中除含有氟化氢、氟化物、粉尘外，还含有SO2。根据计算一般电解烟气中SO2的浓度为100-300mg/Nm3，按照《铝工业污染物排放标准》（GB25465-2010）及2014年颁布的《铝工业污染物排放标准》修改单，要求在重点区域将SO2的浓度控制在100 mg/Nm3以下，因此对电解烟气需要进行脱硫处理。目前常见的烟气脱硫技术主要是钙法脱硫、碱法脱硫、氨法脱硫、镁法脱硫，其中钙法脱硫工业化应用市场占比超过90%以上，石灰石-石膏法湿法脱硫因脱硫效率高，运行稳定得到了普遍的应用。

本文提出一种将铝灰用于电解烟气脱硫的工艺，将铝灰与电解烟气脱硫进行串联处理，在电解烟气脱硫的同时实现铝灰资源化利用，既解决环境的污染又避免资源浪费。

1 电解铝铝灰成分分析

铝灰是铝电解过程中产生的一种浮渣，在电解过程中漂浮于电解槽铝液的上表面，由电解过程中未参加反应的氧化铝、冰晶石等原料及混合物组成，也包括与添加剂进行化学反应产生的少量其他杂质及阴阳极材料的脱落，与其他重金属熔炼产生的炉渣不同，呈松散的灰渣状，因此又被称为铝灰。电解铝灰的成分比较复杂。典型铝灰成分如表1所示：

表1：电解铝灰组分

2 电解烟气石灰石-石膏法湿法脱硫原理介绍

石灰石－石膏法脱硫技术采用石灰石( CaCO3 ) 为吸收剂，脱硫吸收剂石灰石经破碎磨成粉状与水混合搅拌成吸收浆液。在吸收塔内，吸收浆液与烟气接触混合，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及鼓入的氧化空气进行化学反应后被脱除，最终反应产物为石膏( CaSO4·2H2O)。该技术具有脱硫效率高、技术成熟、运行稳定可靠和脱硫剂成本低并且容易获得的特点。由于石灰石－石膏法大型化技术成熟，适合电解行业大烟气量的要求，现阶段国内多数铝厂采用该方案用于电解烟气脱硫。

3 电解铝铝灰用于电解烟气脱硫工艺

3.1二次铝灰的形成

铝灰中还有大量的金属铝，具有较高的回收利用价值。将电解铝铝灰置于球磨机内进行球磨后，分离，得出金属铝和二次铝灰。二次铝灰主要为氧化铝、氮化铝及其它氧化物。

3.2二次铝灰在电解烟气脱硫中的应用

二次铝灰放入反应釜内，加入水进行浸出处理，浆液的固体物质含量为5-35%，混合搅拌后，由于氮化铝易吸水发生水解反应，释放出大量的氨气和含有沉淀的浆液。反应原理如下：

2AlN+3H2O=Al2O3+2NH3

将得到的氨气和石灰石作为脱硫剂（脱硫剂中氨气物质的量占1-15%），通入脱硫塔中协同脱硫，烟气中的一部分二氧化硫被氨吸收生成亚硫酸铵，其余二氧化硫被石灰石吸收生成亚硫酸钙。反应原理如下：

2NH3 + SO2 +2H2O =（NH4）2 SO3

SO₂+CaO=CaSO₃

塔内配置搅拌器和增氧风机，浆液在塔内循环数次/小时。落入脱硫塔下部的亚硫酸铵和亚硫酸钙等产物利用氧化空气生成硫酸铵和硫酸钙。反应原理如下：

2(NH4)2SO3+O2=2(NH4)2SO4

2CaSO3 + O2= 2CaSO4

脱硫处理后的脱硫液的pH值为5.2-5.8。

对含有沉淀的浆液进行过滤，得到氢氧化铝和水。水可再次进入反应釜中，对二次铝灰进行浸出反应，进行循环利用。

3.3运行效果测试

3.3.1脱硫效果测试

在脱硫系统中采用不同的脱硫剂通入脱硫塔中与电解烟气接触，进行脱硫，在脱硫后浆液PH值相同的情况下，测得脱硫效果见表2：

表2：不同脱硫剂脱硫效果

由结果可知，二次铝灰用于电解脱硫的效果，明显优于单一采用氨水或石灰石作为脱硫剂的脱硫效果。

3.3.2脱氟效果测试

在脱硫系统中采用不同的脱氟剂通入脱硫塔中与电解烟气接触，进行脱氟，在脱硫后浆液

PH值相同的情况下，测得脱氟效果见表3：

表3：不同脱氟剂脱氟效果

由结果可知，二次铝灰用于电解脱氟的效果，明显优于单一采用氨水或石灰石作为脱硫剂的脱氟效果。

结论

本文介绍了电解铝铝灰用于电解烟气脱硫的工艺，将铝灰用于电解烟气脱硫，对电解铝铝灰进行资源化利用，在实现铝灰中铝资源回收利用的前提下，将铝灰回收过程中产生的氨气用于电解铝烟气脱硫，且在对电解烟气进行脱硫的同时，还可以达到较好的脱氟效果，从而实现电解系统固废高效自我循环利用，使铝灰得到了资源化、无害化、短流程、低成本应用，达到以废治废的目的。

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