１前言铝电解过程中电解槽不断向周围环境散发大量污染物，其烟气成分和数量依电解槽形式、氧化 铝特性、密闭情况及操作条件不同而有很大差异。就废气中氟化物而言ｔ铝排氟量自培槽约２０ｋ ｇ；预培槽约１６～２３ｋｇ。铝电解烟气净化分干法和湿法两种，湿法净化是利用气态氟化物具 有易被水（通常用Ｎａ２ＣＯ３溶液）吸收的特点，对烟气进行洗涤。并在适宜的条件下经过水化 学反应生成冰晶石，经沉淀、过滤提纯后回收用于生产。但存在着水的二次污染和设备腐蚀问题， 同时经过半年左右的运行，循环液中的Ｎａ２ＳＯ４含量逐渐增大，影响净化效果，温度低时有结 晶析出而造成管道堵塞等问题。干法净化主要是利用Ａｌ２Ｏ３活性强的特点来完成对气氟的吸附 ，在湍流状态下，只需１ｓ左右即可完成对气氟的吸附过程。由于吸附反应约９０％～９５％是在 吸附装置中完成的，由此吸附反应装置是干法净化流程中的关键设备。主要有文氏管、流化床、管 道稀相化、ＶＲＩ等烟气净化流程。在相同净化效率前提下ＶＲＩ反应装置具有阻力低、Ａｌ２Ｏ ３破损小等优点，近年来在铝电解烟气净化中得到了广泛的应用。２ＶＲＩ反应装置２
１ＶＲＩ 反应装置流程及特点ＶＲＩ（垂直径向喷射）反应装置是一种使Ａｌ２Ｏ３与烟气中污染物充分接 触吸附的低能耗反应装置。图１为ＶＲＩ烟气净化流程，ＶＲＩ反应装置外壳为不锈钢材质，由锥 形空气筒和流化元件等组成。其特点是定量加入Ａｌ２Ｏ３经给料箱和流化元件进入空心锥体（如 图２所示），经空气锥形壳体上沿辐射线布置的孔均匀地、呈溢流状态流入烟气管道，并很快充满 整个管道截面。烟气自下而上穿过这层断面时与Ａｌ２Ｏ３充分接触，Ａｌ２Ｏ３连续地加入而烟 气也连续地流过，为烟气和Ａｌ２Ｏ３提供了均匀接触的机会，完成了Ａｌ２Ｏ３对ＨＦ和沥青焦 油的吸附过程，ＶＲＩ流化元件位于给料箱底部，其作用是将加进来的Ａｌ２Ｏ３缓慢地运送到锥 体中，并使Ａｌ２Ｏ３呈溢流状态流出，以减轻对Ａｌ２Ｏ３的机械破损。图１ＶＲＩ反应装置流 程图锥体的流线形结构减弱了烟气的溢流程度，从而减少了反应器的阻力损失，达到了节图２ＶＲ Ｉ反应装置结构图１—烟气管道；２—空心锥体；３—Ａｌ２Ｏ３；４—新鲜Ａｌ２Ｏ３入口；５ —循环Ａｌ２Ｏ３进口；６—流化元件；７—溢流孔；８—压缩空气入口。能的目的。沿锥圆周布 置的溢流孔，使Ａｌ２Ｏ３呈一个很规整的圆截面充满在整个管道断面上，克服了管道稀相化反应 装置布料不均匀的缺点，缩短了所需管道的长度。由于Ａｌ２Ｏ３与烟气接触不是在强烈的紊流状 态下进行的，Ａｌ２Ｏ３破损率较低。２２ＶＲＩ反应装置与其它装置比较从表１可以看出ＶＲ Ｉ反应装置在目前所有装置中，各方面性能均较先进。另外由于流化元件不与烟气直接接触，不存 在孔眼堵塞问题，操作维修简单方便。表１不同型式反应装置技术性能反应装置名称阻力损失／Ｐ ａＡｌ２Ｏ３破损率％沸腾床３５００～４０００１０～１５文丘里４００～５００１０～２０管 道稀相床１５０～２００２０ＶＲＩ６０～２００５３吸附反应过程３１砂状氧化铝与混合状氧 化铝吸附性能比较氧化铝吸附气氟的能力与气固两相接触时间和气流状态有关，还与其理化性能有 关。从图３可以看出，Ａｌ２Ｏ３的比表面积，直接影响Ａｌ２Ｏ３吸附能力的大小，从而决定了 Ａｌ２Ｏ３的用量和能否达到净化的要求。由于砂状Ａｌ２Ｏ３颗粒较粗，比表面积大，流动性能 好，所以国外基本上采用砂状Ａｌ２Ｏ３作为吸附剂。国内贵州铝厂八十年代初引进加拿大阿尔肯 铝业公司管道稀相床电解烟气净化技术也是采用进口砂状氧化铝作为吸附剂，而国产Ａｌ２Ｏ３混 合状较多，这种Ａｌ２Ｏ３颗粒较细，比表面积小，流动性能差。八十年代末，由我国自行设计， 首次采用混合状Ａｌ２Ｏ３作为吸附剂在包头动工，并在九十年代初投产运行。从包头铝厂实测情 况看，使用混合状Ａｌ２Ｏ３其全氟净化效率平均为９８９％，较好时可达９９５％，净化后 尾气含氟浓度降到０４１ｍｇ／ｍ３，每ｔ铝排氟量降到００６ｋｇ。较设计值规定的全氟净 化效率９６％，尾气含氟浓度２ｍｇ／ｍ３，每ｔ铝排氟量０７ｋｇ要好。贵州铝厂使用进口砂 状Ａｌ２Ｏ３，其全氟净化效率平均为９５％，尾气含氟浓度为２０ｍｇ／ｍ３，每ｔ铝排氟量 为０３９ｋｇ，以上数值均未达到外方设计保证值。但包头铝厂使用国产混合状Ａｌ２Ｏ３电解 烟气中含Ａｌ２Ｏ３平均浓度为６７０ｍｇ／ｍ３，而贵州铝厂使用进口砂状Ａｌ２Ｏ３电解烟气 中含Ａｌ２Ｏ３平均浓度为２９５ｍｇ／ｍ３，两者相比，使用国产混合状Ａｌ２Ｏ３时烟气中Ａ ｌ２Ｏ３浓度平均高出１２７倍。产生上述现象的主要原因是：图３氧化铝比表面积与净化效率 （１）Ａｌ２Ｏ３对ＨＦ的吸附能力不仅与比表面积有关，还与Ａｌ２Ｏ３晶型有关，工业Ａｌ２ Ｏ３主要由α型和γ型两种，而起吸附作用的主要是γ型。其中砂状Ａｌ２Ｏ３以γ型为主约占６ ５～７５％，而混合状只占４５～５５％。（２）混合状Ａｌ２Ｏ３比表面积小，（约３０ｍ２／ ｇ，而砂状约５５ｍ２／ｇ）活性差，所以为了保证净化效率需投入较多的混合状Ａｌ２Ｏ３。在 铝电解生产过程中，除排放ＨＦ外，每ｔ铝还排放大约５～１５ｋｇ的ＳＯ２（表２为其烟气成分 ）。在烟气中ＨＦ的沸点最高，而气体的凝结与蒸发是由分子间的范德华力所致，气体被吸附所需 最低能级与气体凝结成液体的能量相当，很难液化的气体，其吸附能力也很小。因此，在烟气中Ｈ Ｆ比其他成分沸点都高，即最容易被吸附。表２电解烟气成分成分Ｎ２ＣＯＯ２ＣＦ４ＳｉＦＣＯ ２Ｈ２ＳＳＯ２ＨＦ沥青挥发物沸点／℃－１９５８－１９２０－１８２９－１２８０－ ９５１－７８５－６０７－１００＋１９５７０～９０浓度／ｍｇ·ｍ－３４０～８０ ４０２１０３３注：７０～９０为沥青的软化点ＨＦ分子除沸点最高外还具有较大的极性和相 当大的电偶极矩，其电偶极矩为１９１×１０－２０Ｃ·ｍ。而且由于ＨＦ具有较高的表面活性 ，很容易被Ａｌ２Ｏ３
吸附。另外，从表２可以看出，由于在烟气中ＳＯ２分压较高，从传质理论 上看具有较大的传质推动力，并且ＳＯ２的沸点也比其他成分高，因此ＳＯ２也具备被吸附的条件 。但是因为ＳＯ２气体分子为对称结构，不显极性，故Ａｌ２Ｏ３优先吸附ＨＦ。３２氧化铝破 损问题干法净化工艺中Ａｌ２Ｏ３颗粒的破损率是当前铝工业所关注的问题之一，Ａｌ２Ｏ３中微 细颗粒过多，安息角大，流动性能不好，影响电解槽的定量加料，并且在电解质中润湿溶解性差， 对铝电解生产和电流效率有不利的影响。过细尤其是小于２０μｍ以下的Ａｌ２Ｏ３还会增加输送 和加料过程中的飞扬损失，污染环境。从采用筛分法实测结果可知，采用ＶＲＩ反应装置当循环次 数小于５时其破损率约５％。３３沥青焦油的影响铝电解过程中，由于阳极参与电化学反应而不 断消耗，所以烟气中含有大量的沥青焦油挥发物。其主要成分为多环芳香烃类混合物，而且多数是 大分子结构，Ａｌ２Ｏ３对沥青挥发物的吸附亦是通过范德华力来实现的，Ａｌ２Ｏ３平均孔径为 ６０×１０－１０ｍ，沥青挥发物的分子直径大多大于Ａｌ２Ｏ３的微孔尺寸，故对沥青挥发物的 吸附形式与对ＨＦ的吸附不同。大分子的沥青挥发物成分一旦不能进入Ａｌ２Ｏ３孔隙内，就会停 留在Ａｌ２Ｏ３的外表面上。由于ＨＦ分子的极性大于沥青挥发物的极性，ＨＦ分子直径又小于沥 青挥发物分子的直径，所以ＨＦ比沥青挥发物容易进入Ａｌ２Ｏ３的内表面。随着沥青挥发物浓度 的增高沥青挥发物在Ａｌ２Ｏ３表面上形成一层气膜，阻止ＨＦ进入Ａｌ２Ｏ３内表面，从而使Ａ ｌ２Ｏ３对ＨＦ的吸附量下降。如图４所示。图４同一比表面积的氧化铝对不同组份烟气吸附４几 种袋式除尘器性能比较在烟气净化系统中，袋式除尘器的作用是将与烟气反应后的Ａｌ２Ｏ３进行 气固分离。表３为国内几家铝厂所采用的袋式除尘器型式，即蜂窝状菱形袋式除尘器、脉冲袋式除 尘器和反吹风袋式除尘器３种。从经济上看由于蜂窝菱形袋式除尘器其滤袋表面形状类似蜂窝，充 分利用了箱体的空间，与圆形滤袋相比可减少１／２的机体容积。因此，具有质量轻（１７～２２ ｋｇ／ｍ２），体积小等优点，在处理相同风量时，是３种除尘器中价格最低的。反吹风袋式除尘 器质量高，体积大，价格最高。脉冲袋式除尘器介于两者之间。然而从使用情况来看，脉冲除尘器 由于清灰效果好，阻力低，其性能最好，排出的粉尘浓度最低为５６５ｍｇ／ｍ３，最高为２５ ｍｇ／ｍ３，平均为１４６３ｍｇ／ｍ３，是我国目前铝工业烟气干法净化系统中粉尘排出浓度 最低的。表３国内几家铝厂袋式除尘器性能比较项目内容青海铝厂包头铝厂电解净化阳极焙烧净化 电解净化阳极焙烧净化贵州铝厂电解净化兰州铝厂电解净化抚顺铝厂电解净化进口／ｍｇ·ｍ－３ １３１５０／２７３０１５０／３２２２－／７１５８９１８０／１６６６０００／２９６４ １４１１／７２８５－／９２０出口／ｍｇ·ｍ－３３０／１７５１０／１４６３０／ ２１３１０／１３９７３０／３２５０／１８７５０／４０２采用除尘器反吹风袋式除尘 器引进美国脉冲袋式除尘器反吹风袋式除尘器引进法国蜂窝状除尘器引进加拿大脉冲袋式除尘器引 进美国脉冲袋式除尘器国产蜂窝状袋式除尘器注：１设计值／实测值；２青海、贵州铝厂电解 净化进口设计值为新Ａｌ２Ｏ３之和；３包头铝厂焙烧净化进、出口实测值为加入循环Ａｌ２Ｏ ３后的平均值。５小结（１）吸附反应装置在电解烟气净化系统中的作用是创造一种合适环境，促 使Ａｌ２Ｏ３对ＨＦ和沥青焦油的吸附，并能充分利用Ａｌ２Ｏ３的活性；（２）使用混合状Ａｌ２Ｏ３较使用砂状Ａｌ２Ｏ３烟气中含Ａｌ２Ｏ３浓度高出近１２７倍，达６７０ｍｇ／ｍ３。从包头、青海等铝厂的实际运行效果来看，尾气中含尘量最高也只有３０ｍｇ／ｍ３，袋式除尘器除尘效率高达９９９％。没有因烟气中含Ａｌ２Ｏ３浓度高造成Ａｌ２Ｏ３的损失，为了减少成
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