一、前言
鋁電解生產過程中，從電解槽排出大量氟化氫氣體和含氟粉塵等有害物質，鋁電解生產原料氧化鋁對氟化氫氣體有較強的吸附能力，用它對含氟煙氣進行干法吸附凈化，是目前大多數電解生產企業采用凈化回收方法，但該方法在運行過程中對二氧化碳和二氧化硫凈化效果差，吸氟后的氧化鋁飛揚大，氧化鋁在吸附過程中循環次數多，造成的氧化鋁破碎率高、帶入FE、SI雜質增加以及鋁電解煙氣凈化系統動力消耗大等問題。
二、干法凈化系統介紹
煙氣干法凈化技術適用于鋁電解生產行業各種類型電解槽的煙氣治理。干法凈化的基本原理是利用氧化鋁對氣態氟化氫具有較強的吸附能力這一特性，讓電解煙氣與氧化鋁充分接觸，將煙氣中的氟化氫氣體吸附在氧化鋁表面，然后進行氣－固分離，使氟化氫得以凈化。
干法吸附方法為管道化法：電解槽含氟煙氣從總煙管進入袋式收塵器之前，將新鮮氧化鋁、循環氧化鋁分別加入排煙總管中。在氣固兩相充分接觸過程中，氟化氫被氧化鋁吸附。加入的氧化鋁和從電解槽中隨煙氣帶出的粉塵，均在袋式收塵器內被分離下來返回電解槽使用，凈化后的煙氣經排煙機送入煙囪排空。國家標準中對排入物及排放標準做了規定見表1。
表1 鋁電解廠煙氣排放標準
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位 置
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排放物
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排放標準
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煙 囪
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氟化物（全氟）
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≯1.0kg/t－Al
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粉 塵
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≯30mg/Nm3
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二氧化硫
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45m煙囪≯91kg/h
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廠房天窗
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氟化物（全氟）
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1.0kg/t－Al
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粉 塵
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≯30mg/Nm3
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二氧化硫
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吸附化學反應：吸附過程中，在氧化鋁表面生成單分子層吸附化合物，每個氧化鋁分子吸附2個氟化氟分子。根據X射線衍射測定，這種表面化合物在300℃以上轉化為AlF3分子，這一過程的特點是速度快而不易解吸，反應可在0.25～1.5秒內完成。
圖1 干法凈化流程圖
此反應是氟化鋁高溫水解的逆過程，在溫度較低時，反應便朝著生成氟化鋁的方向進行。
干法凈化的缺陷：
（一）干法凈化的缺陷是對二氧化碳和二氧化硫凈化效果差；
（二）吸氟后的氧化鋁飛揚大；
（三）氧化鋁在吸附過程中循環次數多，造成的氧化鋁破碎率高、帶入FE、SI雜質增加；
（四）鋁電解煙氣凈化系統動力消耗大。
三、干法凈化系統的優化設計
（一）基本原理
以鋁電解生產原料－氧化鋁為吸附劑，以煙氣中氟化物（主要是氟化氫）為吸附質，在設定的條件下（包括反應段固氣比，反應時間、煙氣流速等），氧化鋁與氟化氫混合，在極短的時間內完成對氟化氫的吸附，并達到很高的凈化效率。
首先用活性相對較差的、吸附過氟化氫的氧化鋁（亦稱載氟氧化鋁）與含氟濃度高的鋁電解初始煙氣進行第一活性高的氧化鋁對煙氣剩余的氟化氫進行二次吸附反應，從而獲得更高的氟凈化效率。
逆向二段干法吸附凈化技術，優化了干法吸附機制，實現了以較低的反應段固氣比，取得極高氟凈化效率的目的，從而減少了氧化鋁在干法吸附中的循環次數，避免多次循環造成的氧化鋁破碎率高、帶入FE、SI雜質增加以及鋁電解煙氣凈化系統動力消耗大的問題。
圖2 逆向二段干法吸附凈化煙氣配置
（二）技術關鍵
在鋁電解煙氣干法吸附凈化上，首先采用逆向二段吸附、使氟化氫的吸附能力充分發揮，然后在第二段加入新鮮氧化鋁對煙氣中剩余氟化氫再次吸附，從而增加了凈化工藝的“驅動力”；該方法優化了干法吸附機制，提高了氧化鋁的氟荷載，可以有效減少吸附劑的用量的目的；在鋁電解煙氣凈化系統的除塵器選用上，更加注意低阻、高效，優化后選用改進型低壓脈沖長袋除塵器及選用鋁電解煙氣凈化專用濾材－JZL－D精細過濾針刺氈，可使其除塵效率達到國際先進水平。
（三）系統優化后的設備及運行管理
1、主要設備
DMD－Ⅱ－340低壓脈沖長袋除塵器
Y4－73NO20F排煙機（20X104m3/h·3500Pa）
B＝260mm（組合）空氣溜槽（Q＝16000kg/h）
Ф570mm（組合）所體提升機
2、運行管理
在設定的條件下，通過系統調試，使其各電解槽排煙量均衡，煙氣凈化系統每班僅需1人巡檢，即可確保凈化系統穩定高效運行。
（四）主要技術指標及條件
1、反應段總固氣比＜35g/m3（國內外通用固氣比為50～60g/m3）。
其中：一段為載氟氧化鋁，固氣比25g/m3；二段為新鮮氧化鋁固氣比＜10g/m3。
2、總反應時間≈1.0S
其中：一段為≥0.5S，二段為0.5S。
3、氟凈化效率≥99%
凈化系統煙囪出口含氟濃度＜1.0mg/m3（國標為9mg/m3）
噸鋁排氟量（廠房天窗＋煙囪）＜1.0kg/t－AL；噸鋁排塵量（廠房天窗＋煙囪）＜3.0kg/t－AL
（五）補充措施
要提高吸附效率，應具備以下幾點：
1、氧化鋁具有較強的吸附力。分析證明，γ－Al2O3為主的砂狀氧化鋁吸附能力比以α－Al2O3為主的粉狀氧化鋁大十倍左右，這是因為γ－Al2O3晶型不如α－Al2O3完整穩定，剩余價力較大，因此吸附能力較強，同時，砂狀氧化鋁的顆粒較粗而結構疏松，表面積較大，載氟能力較強，所以，逆向二段干法吸附凈化方法中使用砂狀氧化鋁作為吸附劑，并要求比表面積大于30m2/g。
2、氧化鋁與煙氣必須充分接觸。為改善氣－固相的接觸狀況，在吸附過程中氧化鋁要以流化態狀態存在于煙氣之中，促成氣－固相接觸面不斷更新，減小氣膜的擴散阻力，提高反應速度。
3、煙氣氟化氫濃度愈高，愈有利于吸附過程。所以，應該提高煙氣的濃度。換言之，則應提高電解槽的密閉程度，減少空氣漏入集氣裝置內，以提高吸附效率。
四、結論
采用逆向二段干法吸附凈化新技術對電解車間煙氣進行凈化，氟、塵凈化效率高，且投資省、無二次污染，各項凈化指標均達到國家先進水平實現了有效控制污染之目的。
