§ 2. Очистка газов при производстве алюминия

Из электролизных ванн выделяются в больших количествах газы (табл. 35.2), содержащие фтористый водород, сернистые соединения, смолистые погоны и пыль, которая состоит в основном из глинозема и криолита. В смолистых погонах содер­жится канцерогенное вещество бенз(а)пирен.

Таблиц а 35.2. Некоторые характеристики газов электролизных ванн

Тип электролизера	Удельный объем выделяющихся газов, м3/т	Удельный выход вредных веществ, кг/т
		фтористых соединений	сернистых соединений	смолистых погонов	пыли
С боковым токоподводом С верхним токоподводом С обожженными анодами	6,1·105 3,3·104 4,6·105	20 20,4 19,9	10,8 11,4 11,7	11,0 1,3 -	85 33 85

Содержание примесей в газах характеризуется следующими данными, мг/м3:

	HF	Пыль	Смолистые вещества
Электролизеры с самообжигающимися анодами: с верхним токоподводом . . . . . . . . . . . . . . . . . с боковым токоподводом . . . . . . . . . . . . . . . . . Электролизеры с обожженными анодами . . . . . . . . .	200-300 15-25 10-25	200-500 100-200 100-200	20-50 10-20 -

Дисперсный состав пыли после электролизных ванн приведен ниже:

Размер частиц, мкм	<2	2—5	5—10	10—20	>20
Содержание1, %	7/25	6/25	8/20	9/18	70/12
1 В числителе — для электролизеров с боковым токоподводом, в знаменателе — с верхним токоподводом.

Ориентировочный химический состав пыли в случае самообжигающихся анодов, %: 10–25 Al₂O₃; 15,0 AlF₃; 10,0 NaF; <3 Fe₂O₅; 0,7 SiO₂; 10 C; 10-20 смолистых веществ; обожженных анодов, %: 50–60 Al₂O₃; 17 AlF₃; 10 NaF; 0,2 Fe₂O₃; 2 SiO₂; 13C.

Схемы очистки газов несколько отличаются друг от друга в зависимости от типа электролизера. При выборе системы газоочистки необходимо иметь в виду, что от одной электролизной ванны количество отсасываемого газа часто составляет несколько десятков тысяч кубических метров в час, а общее количество газов для крупного завода может составить несколько миллионов кубических метров в час.

Электролизеры с верхним токоподводом. Отбор газов производят через колокольный газосборник, работающий с недостаточной эффективностью (60—70 %). Смолистые вещества предварительно дожигаются с помощью специальных горелок (степень дожигания 50—95 %). Неуловленные газы выбрасываются через фонари зданий.

Для очистки газов обычно применяют двухступенчатую схему: двухпольный электрофильтр и скоростной полый скруббер с циклонным каплеуловителем (рис. 35.2,а). Скруббер работает со скоростью газа до 6—8 м/с и орошается содовым раствором (3—5 % Na₂C0₃) с плотностью орошения до 35—40 м³/(м²·ч). Циклонные каплеуловители ограничивают капле- содержание в газах до 0,12 г/м³ при гидравлическом сопротивлении до 500 Па. Поглощение фтористого водорода в скруббере происходит по реакциям:

HF + Na₂C0₃ = NaF + NaHC0₃; HF + NaHC0₃ = NaF + H₂0 + CO₂.

Эффективность улавливания примесей по этой схеме составляет, %: 97—98 HF; 90—95 пыли; 60 смолы

Рис. 35.2. Схемы очистки газов при электролизе алюминия: 1 — электролизеры; 2 — электрофильтр; 3 — скоростной скруббер; 4 — каплеуловитель; 5 — вентилятор; 6 — дымовая труба; 7 — скруббер с плавающей насадкой.

Электролизеры с боковым токоподводом. Отбор газов через применяемые в этих электролизерах шторные укрытия позволяет повысить эффективность улавливания газов до 80—90 %. Для очистки газов применяют два варианта двухступенчатой схемы: первая аналогична уже описанной (см. рис. 35.2, а) с той разницей, что вместо циклонного чаще применяют жалюзийный сепаратор, позволяющий при меньшем гидравлическом сопротивлении (300 Па) получить меньшее остаточное каплесодержание (0,05 г/м³); вторая схема предусматривает установку скоростного полого скруббера и скруббера с плавающей насадкой (рис. 35.2,6). Эффективность улавливания примесей по второму варианту составляет 99,5 % HF и 92 % пыли.

Электролизеры с обожженными анодами. Газы этих электролизеров не содержат смолистых веществ. Применяемые в них створчатые укрытия позволяют улавливать газы с эффективностью 85—95 %. Очистку газов производят по двухступенчатой схеме: вертикальный электрофильтр и скоростной скруббер с жалюзийным каплеуловителем.

Общая эффективность улавливания равна 92 % пыли и 96—97 % HF.

Сухая сорбционная очистка газов. В последнее время все большее распространение получает сухая сорбционная очистка газов электролизеров от фтористого водорода с применением в качестве сорбента глинозема. По одному варианту газы от электролизеров пропускают через реактор с кипящим слоем глинозема, где улавливают фтористый водород и содержащую фтор пыль. Выносимую пыль улавливают в рукавном фильтре, расположенном в верхней части реактора. Температура подаваемого в реактор газа 110 °С, время нахождения глинозема в кипящем слое 1—1,75 ч, за которые содержание фтора в глиноземе повышается от 0,008 до 1,26 %. При скорости фильтрации 1,2 м/мин общее сопротивление аппарата составляет 5 кПа. Эффективность аппарата: 99,9 % HF и 98,2 % пыли. По второму варианту глинозем вдувают в газоход, в конце которого стоит рукавный фильтр, в котором происходит улавливание пыли и глинозема с поглощенным им фтористым водородом.

Очистка газов при переработке вторичного алюминиевого сырья. В качестве вторичного сырья используют алюминиевые стружку и лом. Технологический процесс переработки включает сушку алюминиевой стружки, плавку и рафинирование алюминиевого лома. Алюминиевую стружку, содержащую 5—30 % масла и влаги, сушат в барабанных сушилках. В отходящих газах сушилок содержатся пары масла, которые дожигают в специальных камерах. После дожигания и утилизации выделяющегося тепла газы с запыленностью 0,15—0,25 г/м³ удаляют через дымовую трубу. Алюминиевый лом плавят и рафинируют в отражательных или индукционных печах. Газы отражательных печей содержат пыль в виде солей NaCl и КСl и газообразные компоненты НС1 и S0₂. Очистку газов производят по двухступенчатой схеме: полый скруббер — скруббер Вентури с орошением обоих аппаратов содовым или известковым раствором.

Эффективность улавливания пыли и газообразных компонентов обычно составляет 95—98 %.