铝电解槽烟气净化(cLEAning of gases from aluminium electrolysis cell)

对铝电解生产过程中所排放含污染物的烟气进行收集和处理，使之达到排放标准的作业。通常在铝电解厂设置的净化系统中进行。

烟气中的污染物   从铝电解槽出来的烟气含有气态和固态两种污染物。气态污染物主要是氟化氢(HF)。固态污染物分两类，一类是大颗粒污染物(直径>5μm)，主要是氧化铝、碳和冰晶石粉尘。由于氧化铝吸附了一部分气态氟化物，一般大颗粒污染物的总含氟量约为15％。另一类是细颗粒污染物(亚微米级颗粒)，由电解质蒸气凝结而成，其中含氟量高达45％。铝电解槽烟气中所含气态氟化物与固态氟化物的比率，视槽型不同而异。在自焙阳极铝电解槽的污染物中，气态氟占60％～90％；在预焙阳极铝电解槽的污染物中，气态氟占50％。表中分别列出了这两种槽型的污染物散发量。在自焙阳极铝电解槽中，侧插棒式电解槽的气态氟化物大约占氟化物总量的60％～70％，而上插棒式电解槽可达70％～90％。后者气态氟化物量增多，可能是由于颗粒状氟化物在燃烧器中发生水解作用所致。

每吨铝的氟消耗量一般是30kg，分配如下：

废气带走                    50％～60％

阴极内衬吸收            30％～40％

其他                             8％～10％

铝电解槽烟气所含的这些污染物对人体和植物均有害，需要加以净化除去。按一般规定，每吨含氟的铝的污染物排放量不得超过1kg。在烟气净化过程中收回的物质仍可返回应用于铝电解生产。

烟气收集   从铝电解槽散发出来的烟气，由槽上集气罩收集下来，称为一次烟气；未经集气罩收集而直接进入电解厂房空气中者，称为二次烟气。一次烟气的体积较小，所含氟化物浓度较大；二次烟气体积较大，所含氟化物浓度较小。收集一次烟气的设备系统，称为一次集气系统；收集二次烟气的设备系统，称为二次集气系统。

烟气净化   烟气收集系统收得的铝电解槽烟气送入烟气净化系统进行净化。铝电解厂的烟气净化系统与烟气收集系统相对应，也分为一次净化系统和二次净化系统。一次烟气的体积、浓度、成分和散发方式与二次烟气(即厂房内的烟气)差别很大，所以采用含氟化物的净化设备也不相同。

一次烟气净化   典型净化系统有干式净化、湿式净化和静电收尘三种。

(1)干式净化。铝电解用的原料氧化铝，具有吸附气态氟化氢的能力，可用作净化介质。氧化铝对氟化氢的吸附主要是化学吸附。在吸附过程中，氧化铝表面上生成单分子层吸附化合物，每个氧化铝分子吸附2个HF分子。根据X光衍射测定，这种表面化合物在高于573K温度时会转化成AlF3分子。转化过程的特点是速度快而不易解吸，一般在0.25～1.5s的短时间内完成。用氧化铝来吸附氟化氢的效率高达98％～99％。铝工业用氧化铝，其比表面积和表面活性因煅烧温度不同而异，对HF的吸附性能有所不同，其饱和含氟量通常是1.5％～1.8％。

干式净化系统通常是在烟气通过袋式过滤器进行收尘之前，在流态化床或输送床中与氧化铝直接接触。流态化床和输送床可改善气固两相的接触状况，使氧化铝接触表面不断更新，起到减小气膜内的扩散阻力的作用。此外，烟气中的HF浓度越高，气相传质的推动力越大，越有利于吸附过程的进行。提高铝电解槽的密闭程度，避免空气漏入集气系统，可提高氧化铝对氟化物的吸收效率。干式净化收得的氟化物可直接加入预焙阳极铝电解槽中，但自焙阳极铝电解槽除外。

(2)湿式净化。一种洗涤和收尘并用的烟气净化方法。对清除可溶性气体(HF)具有很高的效率，而对清除颗粒物质具有中等效率。湿式洗涤塔通常与静电收尘器联合使用。湿式洗涤塔的效率同烟气一洗涤液的接触装置所耗用的能量有关，一般规律是能耗多，效率高。

通常用5％的苏打溶液去洗涤含氟烟气，使Na2CO3与HF起反应，生成碳酸氢钠和氟化钠：

Na2CO3+HF→NaF+NaHCO3

苏打溶液在洗涤器内循环使用，直到其中NaF含量达到25～30g／L为止。然后把(NaF+NaHCO3)溶液送至冰晶石合成槽与铝酸钠溶液起作用，合成冰晶石：

6NaF+4NaHCO3+NaAIO2→Na3AlF6+4Na2CO3+2H2O

合成冰晶石反应在348K温度下进行。冰晶石泥浆经沉降过滤后，送去干燥，得到无水冰晶石，供铝电解用。湿法净化投资较省，设备较简便，被广泛采用，其流程如图。

(3)静电收尘。干式静电收尘器对于清除烟气中的粉尘很有效，但不能分离气态氟化物，且还会被烟气中的碳氢化合物堵塞。湿式静电收尘器不易堵塞，并具有一定的分离易溶气体的能力，故被一些铝厂采用。静电除尘器常与湿式洗涤塔联合使用。

二次烟气净化   二次烟气体积大，污染物浓度小，一般采用洗涤器净化。典型的洗涤器有喷雾帘、错流填充床、浮动床、多栅文丘里管和多孔板洗涤器等。二次烟气的净化效率与烟气一洗涤液接触时所耗用的能量有关，一般规律是能耗多，净化效率高。在不经过一次净化的情况下，二次烟气净化的净化效率是：对颗粒状氟化物为40％～60％，对气态氟化物为70％～85％。

烟气净化效率   烟气净化的总控制效率是：

式中η集为铝电解槽于一次集气系统的集气效率；η净1为一次净化系统的净化效率；η净2为二次净化系统的净化效率。现代化铝厂已经不用二次烟气净化。

对于新式预焙阳极铝电解槽来说，采用一次集气和净化系统时，要求总控制效率达到95％～98％。