铝型材加工熔铸烟尘净化技术研究 ——以某铝业公司工程为例

【摘要】我国铝型材行业最近几年发展迅猛,无论是产量还是生产规模,都居有色金属之首。但是,由于该行业的环境保护工作还相对落后,很大程度地制约了企业的发展扩大。本文通过对铝型材行业熔炼时产生的废气治理技术的分析,结合某铝业有限公司相关的工程实例,得出一套有效的废气治理工艺技术,从而实现铝型材行业高速发展和环境保护的相互统一。

随着国民经济建设的高速发展,国防、军工现代化建设和科技进步的需要,各种铝及铝合金材料被首选为解决能源、环境和安全的基础材料,被广泛地应用在各相关领域,使铝及铝合金加工业进入了一个崭新的高速发展时期。经过半个世纪的发展,目前我国已是全球最大的铝挤压材生产国、出口国与消费国。目前我国工业铝型材的消耗量增幅明显高于建筑铝型材,工业铝型材将会成为我国铝挤压材产业的发展趋势。铝在熔铸过程中产生大量废气烟尘,如不妥善治理,将会对环境造成很大污染。本文结合某铝业有限公司工程对铝加工熔铸过程中产生的烟尘收集、净化处理进行了研究。

1 熔铸烟尘产生及危害

铝型材熔炼和铸造工序主要是对铝型材产品的合金成份进行调配,是保证铝型材产品质量的关键步骤。铝加工过程中,熔铝炉为了熔化铝锭等金属材料需加热到较高的温度。因此,在原料投加熔解、除杂纯化等过程中,熔铝炉开炉时会逸出大量的含尘气体。该含尘废气污染物成份主要由熔化过程投加的原料成份确定。铝型材生产企业的主要生产原料是铝锭,为了提高产品某些特殊性能,一般还会向熔铝炉加入少量的镁、硅和稀土元素进行成份调整,此外,还会加入精炼剂(含有冰晶石Na3AlF6)和少量惰性气体除去铝熔体中的少量H2。因此,该含尘废气主要含有铝、镁等金属颗粒物以及氟化物和一些稀土元素。这些污染物微粒较小,部分以气溶胶的形态产生。对于部分以废铝为主要生产原料的铝型材生产企业来说,由于废铝表面还含有镍、锡、铬和有机涂料等物质,这类企业熔铝炉和搓灰炉产生的工艺废气中还含有镍、锡、铬等金属和有机物质,污染物成份更为复杂。为了有效地降低熔铝炉工艺废气对环境的污染,铝型材生产企业一般在熔铝炉等设备上方设置集气罩,利用风机将该含尘废气引入袋式除尘器进行除尘处理[1]。对于那些以废铝为主要生产原料的铝型材生产企业来说,控制入炉废铝的纯度,尽量减少废铝中的杂质含量,是减少熔铝过程污染物的有效方法。熔铝炉的烟尘特点是粉尘细而轻,粉尘排入大气还会造成大气污染,某些有害气体、液体或某些金属元素都能吸附在粉尘上,随着人的呼吸而被带入肺部深处或粘附在支气管的管壁上,引起或加重呼吸器官的各种疾病。另外,空气中的粉尘还会降低大气的能见度,生成的烟雾能减少到达地球表面的太阳辐射能量。

2 熔铸烟尘的治理

烟尘治理目的一是最大限度地使烟气中的尘粒得到收集,使有害气体转化为无害的和稳定的物质,以达到相关的排放标准。对于铝合金熔炼和搓灰时产生烟尘的治理,首先要从源头进行控制,加强原材料的预处理和分类,尽量选用杂质较少的原材料和燃料,减少污染物的产生量;二是尽量选用无污染的添加剂;三是提高熔炼技术,减少废物的产生量[2]。除尘是捕集、分离含尘气流中的粉尘等固体颗粒物的技术,除尘器是用于捕集、分离悬浮于空气或气体中粉尘粒子的设备。除尘器的种类很多,一般根据主要除尘机理的不同可分为重力、惯性、离心、过滤、洗涤、静电等六大类,具体分析对比如下:

2.1 重力除尘

重力除尘技术是利用粉尘颗粒的重力沉降作用而使粉尘与气体分离的除尘技术。利用重力除尘是一种最古老最简易的除尘方法。其主要优点是：1)结构简单,维护容易;(2)阻力低,一般约为50-150Pa,主要是气体入口和出口的压力损失;(3)维护费用低,经久耐用;(4)可靠性优良,很少有故障。它的缺点是1)除尘效率低,一般只有40%-50%,适用于捕集大于50μm粉尘粒子;(2)设备较庞大,适合处理中等气量的常温或高温气体,多作为多级除尘的预除尘使用。当尘量很大或粒度很粗时,对串联使用的下一级除尘器会产生有害作用时,先使用重力除尘器预先净化是特别有利的。

2.2 惯性除尘

惯性除尘技术是指借助挡板使气流改变方向,利用气流中尘粒的惯性力使之分离的技术。在惯性除尘器内,主要是使气流急速转向,或冲击在挡板上再急速转向,其中颗粒由于惯性效应,其运动轨迹就与气流轨迹不一样,从而使两者获得分离。气流速度高,这种惯性效应就大,所以这类除尘器的体积可以大大减少,占地面积也小,没有活动部件,可用于高温和高浓度粉尘场合,对细颗粒的分离效率比重力除尘器大为提高,可捕集到10μm的颗粒。惯性除尘器的阻力在600-1200Pa之间。惯性除尘器的主要缺点是磨损严重,从而影响其性能。

2.3 旋风除尘器

旋风除尘器的工作过程是当含尘气体由切向进气口进入旋风分离器时气流将由直线运动变为圆周运动。旋转气流的绝大部分沿器壁自圆筒体呈螺旋形向下、朝锥体流动,通常称此为外旋气流,含尘气体在旋转过程中产生离心力,将相对密度大于气体的尘粒甩向器壁。尘粒一旦与器壁接触,便失去径向惯性力而靠向下的动量和向下的重力沿壁面下落,进入排灰管,旋转下降的外旋气体到达锥体时,因圆锥形的收缩而向除尘器中心靠拢。当气流到达锥体下端某一位置时,即以同样的旋转力方向从旋风分离器中部,由下反转向上,继续做螺旋性流动,即内旋气流。最后净化气体经排气管排出管外,一部分未被捕集的尘粒也由此排出。旋风除尘器的优点是结构简单,造价便宜,体积小,无运行部件,操作维修方便,压力损失中等,动力消耗不大;缺点是除尘效率不高,对于流量变化大的含尘气体性能较差。旋风除尘器可以单独使用,也可以作多级除尘系统的预除尘之用。