氧化铝载氟均匀性对烟气净化效果的影响

王亚妮

(青海桥头铝电股份有限公司, 青海 大通 810100)

氧化铝载氟均匀性对烟气净化效果的影响

王亚妮

(青海桥头铝电股份有限公司, 青海 大通 810100)

介绍了氧化铝载氟料的变化对投料量的影响。通过对净化系统载氟料的化验分析，可以得出电解铝生产中的氟平衡和排放氟化物的成分，对控制氧化铝的载氟均匀性，进一步稳定投料量，减少投料波动、提高净化效果有指导意义。

载氟氧化铝； 均匀性； 烟气净化

铝电解生产中散发出的有害气体主要是氟化氢，目前电解铝厂都以氧化铝为吸附剂进行干法净化。在净化过程中，氧化铝投料量连续均匀时，吸附氟化氢的能力较好，氧化铝含氟量比较均匀，这样有利于电解生产分子比的保持，净化效果较好；同时载氟料的均匀性也影响着氧化铝的流动性，从而影响供料稳定性。

因此通过对载氟料的化验分析，可保证氧化铝载氟和流动性稳定，从而保证投料量均匀，进一步提高净化效率，保证电解生产技术参数，提高电流效率。

1 供料净化工艺流程简介

供料净化过程包括3部分：向烟管中投入新鲜氧化铝料、新鲜氧化铝料与烟气发生化学吸附反应及载氟氧化铝料的输送。

投料设备主要由钢储仓、2道插板阀、300 mm溜槽、连续冲板流量计、投料箱、高压风机供风管等构成。该设备主要利用氧化铝流态化原理，以高压风机提供风源为动力，推动氧化铝经300 mm溜槽流向烟管。

在主烟管反应段内，新鲜氧化铝与电解生产烟气(氟化氢气体)接触反应，对其进行化学吸附。氧化铝在净化系统中的吸附过程分为气膜、微孔扩散、颗粒吸附3个过程[1]。其化学式如式(1)：

Al2O3+6HF=2AlF3+3H2O

(1)

形成的载氟氧化铝通过袋式除尘器进行回收，通过风动溜槽送到空气提升机中，最终进入载氟仓。一部分载氟氧化铝重返烟管经2次净化，另一部分供电解槽用料，净化后的烟气经排烟风机送至烟囱排到大气中。

2 载氟料的变化对投料量的影响

(1)投料量波动的主要原因是氧化铝料载氟程度不同导致物料流动性有差别，载氟程度越大，氧化铝流动性越差。

(2)投料量瞬间增大，首先导致投料箱积料下料不畅，影响净化效率，此时需要关闭高压风管阀门，人工清理杂质，清理时造成氧化铝飞扬，氧化铝均匀载氟受到影响。其次烟道积料引起净化系统运行参数如负压、排烟风机引风量的减少，最终影响氟化氢烟气与氧化铝的反应。再次投料量过大导致300 mm溜槽或密封箱走料易堵，造成密封箱冒料，形成氧化铝飞扬，严重影响现场工作环境，导致空气提升机输送管道易结垢，管道输送能力降低，引起罗茨风机负荷增加，严重时会导致罗茨风机跳阀，影响高压风机、罗茨风机及净化系统的平稳健康运行。

(3)投料量小导致物料品质差，流动性下降，超浓相系统走料不畅，影响正常供料，引起电解缺料效应增加，导致电耗增加。投料量波动也会导致电解质分子比变化，影响电解生产和电流效率。

3 净化系统中载氟料的化验分析

载氟氧化铝中的含氟量可用硝酸钍容量法测定。该法将载氟氧化铝试样与碳酸钾钠、石英砂共熔，使铝与氟分离，在pH=2.9～3.1时，用硝酸钍滴定测定含氟量。

3.1 制取硝酸钍标准溶液

(1)配制

称取2.5 g四水合硝酸钍(Th(NO3)4·4H2O)(或水合程度不同，质量相当的硝酸钍)以水溶解稀释到1 L。

(2)标定

称取0.25 g载氟氧化铝标样进行标定。

硝酸钍标准溶液对氟的滴定度按(2)式计算：

T=F标×G/(V-V0)×100

(2)

式中：T——硝酸钍标准溶液对氟的滴定度，g/mL；

F标——标准样品载氟氧化铝中氟的百分含量，%；

V——滴定标准样品所消耗硝酸钍标准溶液的体积，mL；

V0——滴定试剂空白所消耗硝酸钍标准溶液的体积，mL；

G——称取标准样品载氟氧化铝的质量，g。

3.2 分析化验

(1)称取0.25 g干燥试样，将试样置于铂埚中，加0.5 g石英砂、3.0 g碳酸钾钠混匀，其上再覆盖2.0 g碳酸钾钠。

(2)将坩埚放低温处(约650 ℃)加热至熔融状态后，于900 ℃保持15 min取出，将其底部放入冷水槽中冷却，同时盖上表面皿，冷却后加入沸水，于电热套上抽取，熔块松动后，转移到聚四氟乙烯烧杯中，再用水把坩埚洗净。用玻璃棒捣碎熔块于电热套上微热，使大块全部破碎，然后在电热套上加热煮沸2 min,再搅拌下移入250 mL容量瓶中，用水稀释到刻度，混匀，静放数分钟后，将上层液用中速滤纸过滤(最先滤出的滤液弃去)。

(3)吸取滤液25 mL于250 mL烧杯中，加入75 mL水和茜素磺酸钠溶液15滴，以3.0 mol/L盐酸将其由紫色调至浅红色(pH值≈6)，再用0.1 mol/L盐酸调至稳定的黄色(pH=4.9～5.2)，然后滴加缓冲溶液直到pH=3.4±0.1(约需2 mL缓冲溶液，用酸度计检查pH值)时加0.1 g/L次甲基蓝溶液3滴(溶液呈浅绿色)。用磁力搅拌器搅拌(控制一定的搅拌速度)，用硝酸钍标准溶液滴定至淡黄色，继续滴定到刚出现微红色为终点。(终点过程为：草绿—淡黄—无色—微红)

3.3 分析结果的计算

试样中的氟含量按(3)式计算：

F(%)=T×(V-V0)/G×100

(3)

式中：F——试样中氟的百分含量，%；

载氟量分析结果与实际生产的对应关系见表1。

4 电解生产中氟平衡及氧化铝吸氟能力计算

4.1 电解生产中氟平衡

工艺水平的提高大幅降低了电解过程氟化盐的消耗量。比较典型的载氟氧化铝的消耗量由27 kg/t-Al降到20 kg/t-Al,冰晶石由5.0 kg/t-Al降到2.9 kg/t-Al，同时由于管理的加强，机械损失也大幅减少。氟化盐的收入支出关系被打破，表2为240 kA电解槽氟平衡分析[2]。烟气中产生的氟化物量由17.8 kg/t-Al降低到10.9 kg/t-Al。

4.2 排放氟化物的成分分析

烟气中氟化物含气氟和固氟，降低气氟主要措施要提高吸附反应效率，降低固氟的主要措施是提高气固分离(除尘器)的效能。根据环保监测统计，氟化物中气、固氟比例见表3[3]。

因此可粗略估算，参与载氟反应的气氟占排放总氟的30%，即吨铝产生气氟3.27 kg/t-Al。

表1 氧化铝含氟量与流动性、净化效果的实际生产统计

表2 电解铝氟平衡计算(以1 t铝为基数)

表3 环境监测报告中气氟和固氟所占比例

4.3 吸附容量

吸附量可由(4)式求出[3]：

(4)

式中：S——氧化铝比表面积，m2/g；

M——HF的摩尔质量；

Am——HF分子的横截面积；

N0——阿佛加德罗常数。

当S=80 m2/g时

w=26.16 mg/g

按吨铝耗氧化铝1 930 kg/t-Al计，1 930 kg氧化铝可吸附50.488 kg氟，可吸附氟化物是烟气中气氟的15.44倍。因此如果新鲜氧化铝与烟气均匀混合，烟气中的氟可全部被吸附。

5 结论

通过化学分析和实际生产计算可得出以下结论：

(1)240 kA电解槽烟气中带出的氟含量约为11.0 kg/t-Al，其中以氟化氢气体形式存在的约为3.30 kg/t-Al。

(2)生产1 t铝所耗氧化铝约为1 930 kg。理论上，1 930 kg氧化铝能吸附氟化氢50.488 kg，即烟气中所有的氟化氢气体都能被吸附。

(3)氧化铝中载氟量为0.45%～0.88%时，氧化铝的流动性较好，且净化效率高。

[1] 文旭东.铝电解净化系统综合优化措施与管理[M].北京：冶金工业出版社，2007.

[2] 李超南.电解铝预焙槽烟气治理[C].广西：第四届全国轻金属冶金学术会议论文集.

[3] 逢天智.电解铝企业节能降耗任重道远[J].中国铝业，2006(11).

Influence of Uniformity of Fluorited Alumina on Flue-gas Purification Effects

WANG Ya-ni

The affects of changes of fluorited alumina on feeding amounts were introduced. The chemical tests for fluoride materials in purifying system showed that the fluoride balance in electrolysis aluminum production and composition of discharged fluoride could control uniformity of fluoride content in alumina, stabilize feeding amounts, reduce feeding fluctuation and increase purifying effects.

fluorited alumina; uniformity; flue gas purification

2013-08-16

王亚妮(1984—)，女，甘肃庆阳人，大学本科，助理工程师，从事铝电解物料的物理化学分析管理工作。

X505

B

1008-5122(2014)01-0038-03