Твердые частицы

C - углеродная сажа

Al₂O₃ - оксид алюминия

Na₃AlF₆ - криолит

Na₅Al₃F₁₄ – хиолит

K₂NaAl F₆ - эльпазолит

AlF₃ - фторид Al

CaF₂ - флюорит
MgF₂ – селлаит

ПАУ - смолистые вещества

Понятие «анодные газы электролизного производства» яв­ляется весьма условным и не совсем конкретным, так как в процессе эвакуации газов от места их образования до выброса в атмосферу их состав постоянно меняется в процессе движе­ния по газоходу и, естественно, после очистки на газоочистных установках.

Наибольшую опасность из всех отходов алюминиевого произ­водства представляют пылегазовые выбросы из электролизеров. Эффективность очистки газов в равной мере зависит от трех факторов: степени укрытия электролизера, эффективности улавли­вания загрязняющих веществ (КПД аппарата) и от коэффициента полезного использования (КПИ) газоочистных установок. Степень укрытия электролизера характеризует распределение выделяю­щихся при электролизе газов между системой газоочистки и фо­нарными выбросами. Коэффициент полезного действия (КПД) оп­ределяет эффективность улавливания загрязняющих веществ и зависит от конструктивных и технологических особенностей газоочистных аппаратов. Коэффициент полезного использования (КПИ) характеризуется соотношением продолжительности работы газоочистного оборудования к суммарному времени работы и простоя из-за аварий и плановых ремонтов.

Среди выделений наибольшую потенциальную опасность
представляют фторидные соединения, которые влияют на здоро­вье и условия работы трудящихся, а некоторые растения чув­ствительны к малейшим выделениям этих соединений. Выде­ление фторидных составляющих является причиной коррозион­ных проблем и материальных потерь.

Переход фтора в газовую фазу происходит из-за: испарения электролита; захвата капелек электролита анодными газами; образования фторидов алюминия во время «вспышек»; разложения фторида алюминия парами воды и уноса фторсолей при их загрузке на корку.

Анодная масса и предварительно обожженные аноды изготавливаются из смеси электродных коксов и каменноугольного пека, который служит связующим веществом.

В процессе коксования анода каменноугольный пек подвергается пиролизу, выделяя смолистые соединения, часть которых оседает в порах кокса и превращается в кокс. Другая же часть в виде газов фильтруется через поры и трещины в аноде, загрязняя окружающую атмосферу.

При эксплуатации алюминиевых электролизеров с самообжигающимися анодами с их поверхности выделяются газы и полиароматические углеводороды (ПАУ), содержащиеся в каменноугольном пеке. Эти вещества, попадая в атмосферу рабочей зоны, ухудшают санитарно-гигиенические условия труда персонала и негативно влияют на окружающую территорию. Как известно, потери смолистых соединений происходят как с поверхности анода, так и в результате термопиролиза пека с выделением газов и смолистых веществ в поданодное пространство и через боковые грани анода.

Рассмотрим образование основных выделений из электролизера.

Образование СО и СО₂

Сум­марный объем этих соединений углерода в удаляемых из электролизера газах составляет более 95%.

Следует отметить, что, не являясь токсичным веществом, со­держание диоксида углерода в атмосфере является одним из ос­новных причин образования так называемого парникового эф­фекта, возникновением и развитием которого весьма озабочено человечество. 12 стран, входящих в Европейский союз, предло­жили стабилизировать выделение СО₂ на уровне, достигнутом в 1990г. Рассматривалась даже возможность введения налога на выделение СО₂.

Для того чтобы определить объем СО и СО₂, необходимо оп­ределить расход углерода в процессе электролиза. Основные ре­акции окисления угольного анода следующие:

2Al₂O₃ + ЗС + 12е → 4А1 + ЗСО₂, (1)

Al₂O₃ + ЗС + 6е → 2А1 + ЗСО. (2)

Откуда можно определить, что расход углерода на окисление до СО₂ (по реакции 1) составляет 333 кг, а до СО (по реакции 2) — 666 кг на тонну алюминия. Поэтому для определения массы и объема выделившихся оксидов углерода необходимо знать их соотношение в отходящих газах.

По существующим в настоящее время представлениям ос­новная реакция, протекающая в алюминиевом электролизере, описывается уравнением 1, т.е. реакция образования диокси­да углерода СО₂, который, в свою очередь, окисляя углерод анода и пены

С + СО₂ = 2СО (3)

и растворенный в электролите алюминий — так называемый ме­таллический туман

2А1 + ЗСО₂ = А1₂О₃ + ЗСО, (4)

частично превращается в оксид углерода СО. Кроме того, углерод анода и пены при температуре выше 600°С окисляется кислородом воздуха и образуется оксид углерода СО.

2С + О₂ = 2СО. (5)

Taким образом, в отходящих газах должен содержаться оксид и диоксид углерода, что хорошо подтверждается формулой Пирсона и Уэддингтона, из которой следует, что с увеличением выхода по току η (%) возрастает содержание диоксида углерода (%) в анодных газах

η = СО₂/2 + 50. (6)

Эта зависимость имеет строгое математическое обоснование и хорошо подтверждается на практике. В настоящее время соот­ношение СО₂ / СО находится в пределах (70—85)% / (30—15)%.