氧化铝生产过程中产生的污染物处理与利用

邢子聿

（沈阳铝镁设计研究有限公司，辽宁 沈阳 110001）

铝工业是我国重要的基础产业与战略产业。随着芯片、汽车等行业的高速发展，氧化铝的需求量不断升高，使近年来各地氧化铝项目的建设和运行随之增加。氧化铝生产过程中需进行大量的化学反应及换热，这个过程中会产生大量的烟气、废水及赤泥等污染物。为解决环境污染问题，提高对氧化铝生产过程中产生工业三废的处理方法势在必行。

1 废气的处理与利用

氧化铝生产过程中主要的废气有两部分。第一为氢氧化铝焙烧过程中所产生的烟气，第二为溶出等装置生产过程中各储槽所产生的乏汽。目前对废气的处理与利用主要为烟气除尘、脱硫与余热利用两方面。

氢氧化铝焙烧是氧化铝生产过程中很重要的一个环节。氢氧化铝焙烧的生产过程中要通过煤气或者天然气进行燃烧升温，完成对氢氧化铝的脱水，此过程中会产生大量的水烟气，水烟气温度基本在150℃～160℃之间，烟气中含有一定的煤灰尘和含硫污染物。该股烟气的排出对大气环境存在一定的污染。

表1 焙烧炉烟气的主要成分

从表1的烟气组成可以看出，焙烧烟气中含硫污染物主要为二氧化硫气体，针对这一点，处理方式采取湿法脱硫。当二氧化硫的浓度较低时，可以使用碱性的赤泥附液进行吸收。烟气与赤泥附液在喷淋塔内逆流接触完成脱硫。焙烧烟气中粉尘污染物主要是氧化铝两性氧化物及微量的氢氧化铝。对烟气的除尘技术主要有两种:袋式除尘器和电除尘器。由于焙烧烟气的温度较高，所以通常采用电除尘器对焙烧烟气进行除尘净化，净化后的烟气排尘浓度可控制在50mg/m3(N)内。

对焙烧炉烟气的余热利用主要是将烟气在换热塔中直接与洗水进行热交换，将洗水从20℃加温至80℃，再通过热水泵直接供给平盘洗水用。如此对烟气进行余热回收，每生产1t氧化铝将多回收0.5t冷凝水。同时余热利用所节省的热量将降低氧化铝的生产成本[1]。为保证烟气与洗水在换热塔内的传热效率，洗水通过高效喷头喷射进入换热塔。洗水与烟气在换热塔内充分接触，完成热量吸收。

溶出的矿浆包含很多乏汽，乏汽的主要成分为高温的水蒸气。此部分乏汽若直接排放，不仅会造成热量的浪费，而且有一定安全隐患。为合理利用这股乏汽，在矿浆稀释槽顶部设置洗水加热器来回收乏汽中的热量。稀释矿浆中的乏汽由稀释槽顶部排出直接进入洗水加热器中。乏汽与赤泥洗水或滤液在洗水加热器内逆流接触，完成热量交换。在此过程中乏汽中水蒸气的潜热被充分利用，同时赤泥洗水或滤液被加热到合适的温度，热量利用极为合理。

2 废水的处理与循环再利用

氧化铝工业生产过程中产生的废水有许多来源，主要有以下几种：车间生产过程中现场的含碱废液、生产或检修过程中设备的冷却水、雨水、赤泥回水及其它生活污水等。为避免水资源浪费及环境污染，需要对废水进行污染治理、循环利用。以实现氧化铝厂废水的“零排放”[2]。

设置完善的循环水系统，合理提高循环水浓缩倍率，减少循环水排污量。合理的将氧化铝生产过程中循环水系统分类。分为净循环水系统、生产循环水系统与浊循环水系统。其中净循环水系统包括焙烧车间、空压车间、锅炉车间等，此类循环水均为设备间接换热用水，基本不会受到污染。循环水可以经冷却后直接循环使用。生产循环水系统包括溶出车间、母液蒸发车间、种子分解车间、综合过滤车间等。此类循环水由于在生产过程中可能遭到工艺物料污染，含碱较高。为改善此部分循环水的水质，需对10%的循环水进行分流澄清处理，保证循环水悬浮物含量符合循环水的水质标准。浊循环水系统主要是选矿车间所需的工艺用水，此部分水由于悬浮物与杂质含量较高，需要设置单独的沉降池，将澄清的溢流水循环使用。

图1 生产污水的处理流程图

对生产工艺进行改进，减少生产过程中新鲜水的加入。全面采用蒸汽间接加热代替直接加热的溶出技术,新蒸汽冷凝水若其电导率合格可返回热电系统锅炉循环利用,溶出系统所产生的二次汽用于预热进预脱硅工序之前的矿浆。在赤泥洗涤工序内，采用逆向洗涤，同时洗涤后的溶液重新进入生产系统进行二次利用。

这样既能最大程度减少新鲜水加入生产系统之中，用时可以减少废水的排放[3]。

3 废渣的处理与利用

表2 国内氧化铝厂赤泥化学成分[4] wt%

赤泥是氧化铝制备过程中产生的固体废渣，赤泥依照其来源分为烧结法赤泥、拜耳法赤泥、联合法赤泥。

由表2可以看出当生产工艺不同的情况下，赤泥其化学组成也不同。

一般每生产1t氧化铝大约产出0.5t～1.5t赤泥。目前的处理主要是对沉降工序排出的赤泥进行压滤脱水，随后将含水率较少的赤泥送至赤泥堆场继续堆放。若经压滤后的赤泥仅仅采用堆场堆放的方式处理会造成堆场占地面积大，投资的运行维护成本提高。随着研究的深入，赤泥更多利用方式被逐步认识。主要体现在以下几个方面：

（1）赤泥生产建筑材料，由于烧结法赤泥中含有大量的CaO·SiO2,同时赤泥又具有较强的亚粘土特性。利用这些特性，赤泥作为一种添加剂在生产水泥、砖、混凝土、陶瓷等建筑材料上有广泛应用。

（2）赤泥作为吸附剂，赤泥以其粒度细、比表面积大、孔隙率高、稳定性好等特点，在污水处理过程中被广泛作为吸附剂使用。目前赤泥作为吸附剂去除水中的污染物主要有三类:金属阳离子、无机阴离子、有机物等。

（3）赤泥提取有价金属，赤泥中含有钪、钛、铁等有价金属元素。目前有火法、湿法等较为成熟的提取工艺进行有价金属的提取，效果良好。

（4）赤泥作为一种催化剂可广泛用于催化气化等反应过程中。赤泥中含有氧化铁及部分碱金属、碱土金属元素，这些物质在煤气化反应过程中均可以起到一定的抑制作用。当发生气化反应时，可以通过加入部分赤泥的方式来适当降低气化反应的活化能。从而降低反应的温度。可以改善气化反应本身温度高、消耗大的问题。

（5）赤泥在土壤修复方面也有着较为广泛的应用。由于赤泥具有较强的吸附性能，可以利用赤泥吸附土壤中的铜、锌、镍、铅等重金属离子。使其由可交换态转变为键合氧化态，从而降低重金属离子的活动力和反应性，有利于土壤中微生物和植物的生长[5]。

4 结语

随着研究的深入与科技的进步，氧化铝生产过程中产生的废物逐步的得到合理的处理与利用。这不仅减少了氧化铝生产过程中污染物的排放，改善了厂区周围的环境。同时通过对赤泥等污染物的利用，可以提高企业的利润。对氧化铝过程可谓一举多得，为氧化铝产业更好的发展提供了有利条件。