电解铝企业的环境污染问题及治理措施

李 伟

（焦作万方铝业股份有限公司，河南 焦作 454150）

随着我国电解铝企业生产技术的不断提升，金属铝的纯度和质量都获得了很大程度的提高，极大地促进了相关领域的发展。但在利用电解法制造金属铝的过程中可能会产生各种各样的污染物，这给我国现阶段的环境污染防治带来了一定的压力。为了能够促进电解铝产业的现代化发展，需要不断提高对电解铝产业污染防治问题的重视，企业需要从生态经济的角度出发，来严格管控生产过程中的各类污染物，将污染物进行无害化处理后再进行排放[1]。

1 电解铝产业的主要环境污染来源和危害

1.1 电解铝污染物的来源

在电解铝产业中，最常用的金属铝制备方法为冰晶石-Al2O3熔盐电解法，这种方法将电解铝的制备当作一种电化学反应过程，同时将Al2O3，AlF3和AlF6Na3等原材料加入到电解池当中，将原材料加热到950℃左右，并通过直流电来实现电化学反应。金属铝将会在电解池的阴极进行析出，随后便可以通过真空抽吸等方式将金属铝提取出来。提取后的金属铝将会被送入锻造车间，金属铝液将会在熔炼炉中进行工业调配，根据最终产品的需求被制作成为铝锭或铝合金。

Al2O3在电解池中被充分溶解，随后便会和阳极元素发生氧化还原反应，阴极析出金属铝，阳极主要析出CO2气体。由于原材料中含有AlF3等化学成分，在电解的过程中可能会生成氟化物等有毒有害粉尘，这些化学成分会以电解烟气的形式析出。电解烟气中的主要成分就是氟化物，氟化物可以分为气体和固体成分，气体氟化物主要是HF，CF4和SiF4等物质，固体氟化物则主要为氟化物粉尘和AlF6Na3等固体成分。电解铝过程中产生的氟化物是主要的环境污染物，同时随着电解池中阳极成分的氧化，有可能会有部分的硫元素被氧化为SO2，因此所排放的气体中可能会存在一定的SO2成分[2]。这些污染物会对电解铝生产车间造成污染，影响技术人员的生命健康。如果这些废气被直接排放，将会对当地的大气环境造成不可逆的损伤。

1.2 电解铝污染物对自然环境的危害

电解铝的生产过程中产生的物质可以按照种类进行划分，具体分为空气污染、废水污染、工业残渣污染和噪声污染。电解铝生产过程中的废气对于环境的污染程度最为严重，主要的废气成分为氟化物粉尘和SO2等。氟化物对于环境的污染程度最深，氟化物中主要包括HF，CF4和SiF4等气体物质和粉尘物质。在电解过程中，这些物质都会随着电解质一起挥发，大部分将会被排放到大气环境之中。此外，由于电解程度的不充分，可能会形成CO气体，CO会和人体的血红蛋白结合，造成人体氧含量不足，严重的会危及生命。SO2则是酸雨的主要成分，对于植物和建筑的损害较重。

工业残渣污染主要是电解池中的残留物质，可以分为阴极碳材料、铝化合物和污泥等。这些工业残渣成分中含有大量的氟化物和氰化物，因此电解铝企业的工业残渣被视为工业危险废物[3]。氟化物在工业残渣中的占比较大，一般可达50%以上，同时工业残渣中铝化合物的含量也严重超出我国工业排放标准。传统电解铝产业的工业残渣处理方式不科学，很多企业直接将工业残渣进行填埋操作，其中部分的可溶性物质会随着雨水混入到当地的河流体系中，对动植物乃至人类造成长期的危害，将会破坏当地的生态环境。如果工业残渣不能得到有效处理，将会造成当地生态环境的不可逆损伤，影响当地农业和用水安全。此外，采取填埋操作还会占用大量的土地空间，这些工业残渣普遍需要较长时间来进行分解，不利于人类社会的可持续发展。

2 电解铝企业的污染防治措施

2.1 空气污染的防治措施

电解铝产业中主要的污染来源是空气污染，空气污染物主要分为CO，SO2和各种氟化物。空气污染物不仅会对生态环境造成破坏，还会危害人体的健康。为了实现理想的空气污染防治效果，首先，企业的管理人员需提高环境保护意识，不断优化生产流程，提高电解铝制备的效率，将各种氟化物进行充分反应，减少中间反应物质的生成，这样能够有效减少空气污染物的产生；其次，电解铝企业需要加强电解池的结构研究，确保电解池装置的密闭性，这也是减少空气污染物的有效措施，但是很多情况下需要打开电解池进行操作，为了能够减少电解池打开后的空气污染排放，就需要设计更为高效的电解池排烟装置，对排出的气体进行回收处理。此外，电解池需要进行点击更换等操作，技术人员需要在电解池中布置合理的烟气回收系统，对电解过程中生成的污染物进行无害化处理后再进行排放。目前很多电解铝企业都应用了Al2O3来吸收HF气体，这种净化方式的转化率较高，HF气体能够被Al2O3充分吸收，是一项毒害转化的高效技术。HF气体被Al2O3吸收后，Al2O3会被转化为氟氧化铝，这部分物质能在经过净化系统后，被电解池二次利用，有效提高了电解铝制备的效率。随后气体物质在经过处理后，经过检测能够符合国家污染物排放标准，这时才能够经过烟囱排放到大气中。

随着电解铝制备的流程升级，我国的污染物排放标准也逐渐发生改变，对于电解铝产业的空气污染排放标准变得越来越严格。在以往的污染物排放标准中对于SO2气体的容忍度较高，但是由于酸雨问题对生态环境的影响，我国提出了SO2排放的新标准。根据我国污染物排放标准，SO2的排放量应低于每立方米气体35 mg，这对于电解铝企业的生产制备流程提出了新的挑战[4]。企业可以从控制原材料含硫量的角度入手，降低生产材料中的硫元素含量，同时尽可能采用清洁能源，避免采用传统的燃料类型。企业还可以进一步升级生产流程，在排放物的处理系统中对SO2气体进行针对性的处理。

考虑到电解铝企业需要同时处理SO2气体和氟化物，企业可以采用烟气脱硫和脱氟技术，原有的传统净化系统中都是应用Al2O3来吸收HF气体，企业可以将净化系统进行整合。以往的脱硫技术主要在钢铁企业中应用，这些企业的燃料需求量较大，因此废气中SO2的占比较大。但是电解铝产业和钢铁产业的脱硫技术需求不同，电解铝产业的气体排放物中的CO2浓度较低，但是烟气量较大，同时烟气的温度相对较低。因此，电解铝产业不能直接应用钢铁产业的脱硫技术，需要根据电解铝产业的实际特点来选择合适的脱硫技术，尽可能选择性价比较高的技术方案。针对电解铝行业的自身特点和污染物类型来选择合适的空气污染物处理方式，其也是解决电解铝产业空气污染的关键方式[5]。

2.2 废水污染的防治措施

电解铝在生产过程中可能会产生氰化物和氟化物等有毒有害物质，这些物质可能对水源造成一定的污染。电解铝企业需提前对废水进行中和处理，在符合国家排放标准后再将废水排入处理管道中。目前，很多电解铝企业已经应用了废水处理的创新思路，工业废水和生活废水在处理后不再进行排放，在内部污水处理装置处理后进行二次利用，有效提升了水资源的利用率。为了能够提升废水处理的效率，电解铝企业需要根据自身的特点来选用自动化的废水处理系统。污水处理系统主要分为混合反应、气浮和过滤等，后续处理的废水可以作为植物灌溉、冷却水和喷淋装置用水等。企业的生活废水中可能含有过高的油性物质，因此也不能直接进行排放。生活废水可以在污水处理后，进行园区的灌溉和清洁。综上所述，电解铝企业在进行废水处理的过程中，需要严格减少废水的排放量，加大企业内部水资源的循环力度，不断提高水资源的重复利用率，这样能够在节省资源的情况下实现对生态环境的保护，实现电解铝企业的可持续发展。

2.3 工业残渣污染的处理措施

电解铝企业中生成的工业残渣可以分为电解池残渣、碳渣、铝化合物、电极残留和污泥等类型。按照我国电解铝企业的管理规范，企业的工业残渣需要进行回收利用，对于不可以利用的工业残渣需要进行无害化处理，随后残渣便可以送到专门的处理厂进行填埋。针对电解池的残渣主要可以利用填埋法和湿法处理技术等方式。填埋法需要填埋场地具有一定的抗腐蚀能力，因此相关场地的建设成本较高，也会造成部分成分的浪费。湿法处理技术可能会产生一定的HNO3和HF气体，这些化学成分对于设备和管道都有一定的腐蚀，如果被人体吸入还会造成严重的健康问题。因此湿法处理技术不适合大规模的残渣处理，也与生态保护的目标不适应。目前电解铝企业可以应用水浸生产工艺，这种工艺能够有效回收阳极所产生的碳质，回收的钠盐也能够被用作金属铝锻造的原材料。此外，部分残渣在进行脱氟处理后，可以被用作电解池的防渗漏材料。部分化学材料在进行无害化处理后，可以被生产为无机肥料，这些肥料可以被周边农业产业所使用。应用了水浸处理工艺后，能够实现大部分残渣的二次利用，资源利用率超过90%，有效实现了残渣的无害化处理和工业内循环[6]。

在电解铝的过程中，阳极会出现碳渣的脱落。碳渣中碳元素的含量大约占到30%，剩下的物质成分大多为电解质。电解质中主要包含氟化盐和AlF6Na3，因此只有提高对电解质的应用，才能有效实现碳渣的二次回收。目前电解铝企业普遍采用浮选法对碳渣进行处理，利用二者物理性质的差别，能将碳渣中碳元素和电解质成分进行分离，随后便能实现不同物质的回收利用。经过实践验证，浮选法所能够提取出的电解质成分的纯度较低，无法直接实现电解质的直接利用。目前很多研究人员正在针对浮选法的工艺流程进行改进，进一步优化浮选指标。电解铝企业可以成立专门的实验小组，对浮选法的技术实践方法进行进一步研究。浮选法在具备良好的浮选指标的情况下，所得出的碳元素能够被直接利用到电极的制备过程中，电解质也能获得较高的纯度，可以直接被电解池二次利用。

电解铝企业在电解和锻造过程中会产生一定的残渣，这些残渣大部分都是铝化合物，因此这部分的残渣被称为铝灰。铝灰中铝元素的含量较高，通常情况下铝元素的质量能够达到残渣整体质量的80%左右，因此铝灰具有较高的应用价值和再利用价值[7]。企业可以利用铝灰处理系统来提取残渣中的铝成分，随后可以通过细筛等方式进一步获得铝颗粒，这些铝颗粒可以被称为是二次铝灰。二次铝灰的铝含量进一步提高，但是其中含有大量的有毒有害物质，必须要对二次铝灰进行无害化处理。二次铝灰中主要含有氟化物和氰化物等有害物质，因此可以通过碱化和酸浸等方式进行处理。在去除掉有毒有害物质后，二次铝灰可以进行高温处理，得到电解铝的原材料，同时企业也可以将二次铝灰中的成分应用到其他工业耗材的生产中，进一步实现资源的优化利用。铝灰中虽然含有大量的有毒有害物质，但是其中也含有大量的铝化合物，提升对铝灰中铝元素的应用能够大幅度提高企业的资源利用率，进一步实现可持续发展的理念。

最后，电解铝企业还存在着残留电极与污泥这两种物质。对于电极而言，企业可以在电解池清洗后，将部分阳极材料进行清洗，将可用部分用到电极制备当中。残留电极的主要成分是C，因此在经过简单处理后电极也可以充当电解燃料。污泥中除了有害物质外，还含有大量微量元素，这些元素对于作物生长都具有一定作用。电解铝企业可以将污泥进行无害化处理后，将污泥转交给肥料生产企业，可以有效提高资源的利用率。

2.4 噪声污染的防治措施

电解铝企业的噪声来源集中于机械设备，因此企业可根据噪声大小采用对应的噪声处理装置，减缓机械设备的振动情况，并在生产车间内进行消声处理，不断优化车间的工作环境，切实保障工作人员的健康。部分技术人员在操作器械时，可以佩戴专业的降噪耳塞，或是在隔音控制室内进行操作。企业需要对工作环境进行噪声测试，对于噪声超过5 dB的机械设备进行进一步消声处理。

3 结束语

金属铝是现代社会中必不可少的原材料之一，目前电解铝仍是制备金属铝的有效途径。但是在电解铝的制备过程中会产生大量的有毒有害物质，如果没有针对这些物质进行处理，将会对生态环境造成损害。电解铝企业需要承担起环境保护的责任，增强环境保护的意识，不断优化生产流程，在加大环境保护力度的基础上，提高资源的利用率，充分实现企业内部资源的循环，这样才能够促进电解铝企业的可持续发展，才能够让电解铝企业更适合未来生态社会的发展目标。