摘要：云南省具备电解铝产业发展的核心技术优势：丰富的绿色水电资源可匹配电解铝高耗能生产需求，充足的铝土矿供应提供稳定原料保障，加之成熟的铝产业供应链体系，吸引国内主流铝企集聚，推动当地电解铝产业快速发展。电解铝生产烟气中含有SO2等硫化物，高效脱硫已成为企业合规运营的关键技术瓶颈。文章通过分析云南省典型电解铝企业现有的脱硫现状，系统梳理工艺选型适配性、运行参数调控精度、脱硫效率稳定性及副产物处置等技术问题，结合检测数据开展归因分析后，提出工艺优化、设备升级及副产物资源化利用等针对性技术建议，为提升电解铝行业烟气脱硫技术水平提供参考。

　　关键词：电解铝；烟气脱硫；湿法脱硫；半干法脱硫

　　截至2025年6月，国内的电解铝已形成产能4416万吨/年，电解铝主要布局在山东、新疆、云南、内蒙古等电费较为低廉的区域，截至2025年7月，云南省电解铝建成产能为650万吨/年，运行产能约578万吨/年，跃居全国第二位。云南省水电资源丰富，发展水电铝清洁能源优势明显，同时云南铝业有国内领先的技术和建设管理经验，积极打造水电铝基地，承接京津冀地区转移电解铝产能，对云南省水电铝发展主动融入国家发展战略，立足省情发展成为优势产业具有重要意义。

　　目前云南省每吨电解铝的SO2排放量约为15kg，按照云南省电解铝产能规模核算，省内全部建成的电解铝SO2排放总量为17.7万吨。根据《云南省“十四五”生态环境保护规划》核定的“十四五”减排基数为33.62万吨，可以预见“十五五”通过削减可提供的SO2空间不足，难以支撑大规模新增的电解铝转移产能，同时现有电解铝巨大的SO2排放量也对周边环境质量的影响较大，发展水电铝的SO2减排压力大。目前，云南省电解铝行业配备烟气脱硫设施的企业数量不足，针对这一现状，通过实地调研，文章深入分析云南省电解铝行业中已配备脱硫设施和未配备脱硫设施的SO2排放情况，同步提出优化对策，为云南省电解铝行业后续继续开展脱硫工作提供参考。

　　1国内电解铝烟气脱硫现状

　　电解铝生产采用熔盐电解法，即以氧化铝为原料，以氟化铝为熔剂，使溶解在电解质中的氧化铝在直流电的作用下，与碳阳极发生氧化-还原反应，生产出液态原铝。电解铝生产过程中硫主要来源于电解生产用的阳极炭块，另外少量来自冰晶石和氟化铝，可以忽略不计。硫的去向包括以下方面：①以气体的状态从天窗逸出或烟囱排放；②进入大修渣带出；③进入炭渣带出；④进入残阳极；⑤铝锭带出硫进入产品；⑥铝灰带出硫；⑦铝灰分选渣及铸锭渣返回使用。SO2浓度由于碳阳极中S含量的不同和电解槽容量烟气量的差异而表现出一定的差异，目前国内电解铝行业采用的脱硫方法主要有湿法、半干法、干法等[1]。

　　1.1湿法

　　目前国内常见的湿法脱硫技术主要是钙法、碱法、镁法、氨法[2-3]，其中钙法是最常用的脱硫技术。

　　1.1.1钙法

　　钙法即石灰石-石膏法，该工艺以石灰石作为吸收剂，将其制备成浆液后与烟气中的二氧化硫发生反应，生成亚硫酸钙中间产物。该物质在空气氧化作用下进一步转化为稳定的二水合硫酸钙（即石膏），从而达到净化烟气并满足排放标准的要求[4]。主要化学反应为式（1）：

　　SO2+CaCO3+2H2O+1/2O2→CaSO42H2O+CO2（1）

　　1.1.2碱法

　　碱法脱硫工艺利用NaOH溶液作为吸收剂，在吸收塔内与烟气中的SO2发生化学反应生成亚硫酸钠（Na2SO3）；随后在吸收塔浆池中通过曝气通入空气，将Na2SO3氧化为Na2SO4，最终以硫酸钠浆液形式从塔内排出，主要化学反应为式（2）~式（4）。在碱法脱硫工艺中，为控制运行成本，理论上宜将酸碱中和反应的摩尔比维持在约1:1，此时NaOH溶液对SO2的吸收接近完全。然而在实际工程应用中，为确保脱硫效率、促进吸收剂与SO2充分反应，所投加的NaOH溶液与SO2的摩尔比通常显著高于理论值。某石化公司采用碱法进行脱硫性能试验，结果显示随着液气比从2增加到13，脱硫效率也从75%逐渐增大到98.8%[5]。

　　2NaOH+SO2→Na2SO3+H2O（2）

　　Na2SO3+O2→Na2SO4（3）

　　Na2SO3+SO2+H2O→2NaHSO3（4）

　　1.1.3镁法

　　镁法脱硫以MgO为脱硫剂，MgO先与水反应生成Mg（OH）2，再通过Mg（OH）2浆液吸收烟气中的SO2实现脱硫。镁法脱硫在运行过程中会排放大量废水，废水中主要含有悬浮物、亚硫酸镁、硫酸盐以及重金属等杂质。此类废水若直接排放，不仅会对环境造成污染，还将导致镁资源的浪费。因此，开展镁法脱硫废水的高效处理及镁资源回收利用研究，对该工艺的可持续应用具有重要现实意义[6]。宋正华[7]通过集成三循环深度净化、催化氧化硫酸镁提浓工艺，并耦合烟气浓缩与降温结晶技术，在确保污染物超低排放的同时，实现了副产物的高效回收与资源化价值转化，达成了环境与经济的双重效益。

　　1.1.4氨法

　　氨法烟气脱硫是通过SO2与液氨或氨水进行反应，生成（NH4）2SO3和NH4HSO3，然后再向脱硫浆液中注入空气，将亚硫酸铵氧化成化学性质更稳定的硫酸铵[8]。亚硫酸铵化学性质不稳定，在一定条件下会重新分解产生SO2，因此在新型氨法脱硫工艺中，其核心环节在于实现亚硫酸铵向硫酸铵的高效且低成本的转化。重庆湘渝盐化有限责任公司通过改造烟气氨法脱硫氧化工艺参数取得了较理想的效果，风机微孔曝气氧化法、温度控制在48~50℃、空气压缩到500~600kPa、亚盐浓度约0.91~1.39mol/L[9]。

　　1.2消石灰半干法

　　半干法烟气脱硫是一种结合湿法和干法的脱硫技术。该技术利用CaO加水制成Ca（OH）2悬浮液与烟气接触反应，具有技术成熟、系统可靠、工艺流程简单、耗水量少、占地面积小的优点，一般脱硫率可超过85%。目前应用较为广泛的主要有两种工艺：旋转喷雾干燥法（SDA）和烟气循环流化床工艺。半干法烟气脱硫效率受多种因素影响，但最重要的是烟气或脱硫剂湿度。云南某铝业公司通过对半干法脱硫系统实施以源头污染削减、过程风险管控及末端治理增效为核心的技术改造，系统整体实现了超低排放目标。改造后二氧化硫排放浓度控制在每标准立方米30mg以下，在高效、绿色与智能运行方面取得显著进展[10]。

　　1.3干法

　　干法烟气脱硫技术是利用脱硫剂在没有液相参与，且完全干燥的状态下与烟气中的SO2反应，主要有炉膛干粉喷射脱硫法、高能电子活化氧化法、荷电干粉喷射脱硫法（CDSI）等[11]。烟气干法脱硫技术采用氢氧化钙碱性吸附剂（钙基类，含催化剂），吸收烟气中的二氧化硫，反应机理如式（5）~式（7）：

　　Ca（OH）2+2HF→CaF2+2H2O（5）

　　Ca（OH）2+SO2→CaSO3+H2O（6）

　　2CaSO3+O2→2CaSO4（7）

　　2云南省电解铝烟气脱硫技术现状

　　云南大多数电解铝企业的电解烟气通过进入烟气净化系统进行干法烟气净化，主要目的是脱氟，然后经烟囱排放。虽然在这个过程中对SO2有一定的脱除效率，但不能从根本上降低SO2的浓度。

　　另外，配备脱硫设施的企业只有少数，采用的脱硫技术主要是湿法和半干法。湿法烟气脱硫技术，采用石灰石-石膏法脱硫工艺，对二氧化硫的处理效率可达85%。电解烟气经干法净化脱氟和除尘后，通过主排烟风机送入脱硫吸收塔，在脱硫塔内与吸收浆液反应以脱除烟气中的SO2。烟气自脱硫塔下部进入并向上流动，与喷射到吸收塔中向下流动的碱性石灰石浆液雾滴充分接触，以逆流的方式洗涤，其中的酸性气体SO2与气体污染物HF等被脱除，吸收SO2后的浆液在“强制氧化工艺”的处理下被导入的空气氧化为石膏（CaSO4·2H2O），并消耗作为吸收剂的石灰石粉浆液。

　　半干法脱硫技术，采用塔外增湿半干法脱硫工艺。在脱硫塔内，增湿的烟气与喷入的脱硫剂氢氧化钙相混合，烟气中的SO2和水与氢氧化钙反应生成亚硫酸钙，部分亚硫酸钙与烟气中的氧生成硫酸钙。反应后的烟气经过袋式除尘器将固体粉尘物料进行收集，收集下来的物料为CaSO4·2H2O、CaSO3·1/2H2O和未反应的Ca（OH）2，经过自动分离器将未反应的Ca（OH）2分离出来，通过循环系统重新进入脱硫塔中进行再次反应，大颗粒脱硫产物CaSO4·2H2O送入脱硫灰储仓，最后外送建材生产单位综合利用。

　　3云南电解铝烟气脱硫面临的困难

　　3.1技术有待优化

　　目前，铝电解工业中普遍采用以预焙碳素材料为主的阳极，其组成中约85%为石油焦，其余15%为煤沥青。因此，电解铝烟气中的硫含量主要由石油焦的含硫量决定。由于石油焦来源多样，电解铝烟气含硫浓度波动大，且含氟化物、粉尘等杂质，烟气特性复杂，易导致脱硫系统堵塞、腐蚀或效率下降。

　　3.2技术适配性存在问题

　　近年来，随着《铝工业污染物排放标准》（GB25465—2010）及其修改单的实施，电解铝行业快速引入了源自其它领域的脱硫工艺。然而，电解铝烟气具备流量大、温度低等特点，若直接套用其它行业的脱硫技术，易引发成本上升、系统运行不稳定等诸多问题。如在云南引入主流脱硫技术（如石灰石-石膏法）需适应高原低压环境，可能需调整设备参数；干法/半干法技术虽占地小但成本高，选择面临权衡。

　　3.3运营成本高

　　目前湿法脱硫耗水量较大，30万吨产能的电解铝企业脱硫系统每天耗水2000~3000m3，大幅增加企业的用水成本，同时增加了地方政府的供水压力。产生的脱硫石膏、硫酸铵等，处置渠道不畅通（主要原因是电解烟气中含有氟化物），一旦纳入危险废物管理，将大幅增加处置费用及管理难度（30万吨产能的企业，年产生脱硫石膏约为3万吨）。生产所需脱硫剂（石粉、石灰、氨水、液氨等）的采购，不同企业所在的位置不同导致费用差异较大。

　　3.4碳减排协同难度大

　　电解铝作为碳排放的重点行业，其碳达峰和深度降碳任务意义重大。电解铝行业的碳排放主要来源于电力生产和氧化铝制备过程，其次在电解槽的建设和运行过程中，材料的生产和设备的使用也会带来一定的碳排放。在全国碳市场即将纳入电解铝行业的背景下，需统筹脱硫与碳捕集，但现有技术集成度低，改造投资大。

　　4脱硫工艺优化建议

　　云南电解铝产业未来发展需要结合当地清洁能源优势和产业特点，从技术升级、资源循环和系统协同等方面入手。

　　首先在现有脱硫工艺体系之上进行技术优化，研发适应波动烟气的柔性脱硫工艺，同时加强源头治理，采用低硫石油焦（硫含量<1.5%）、低硫煤，或增加阳极炭块脱硫预处理工艺，减少二次污染。着力研发创新型脱硫方法，将电解槽散排烟气（含SO2、氟化物）集中收集，与阳极焙烧烟气合并处理，提升脱硫效率。安装具有在线SO2监测的智能控制系统，实时调节脱硫剂投加量，避免过投或效率不足。

　　在碳减排方面，聚焦于槽体结构的设计创新，有效降低工作电压并提升电流利用效率；同时开发电解槽槽壳散热与高温烟气余热的回收利用方案[12]。进一步研究以实现接近零CO2排放的惰性阳极铝电解技术、低能耗的低温铝电解工艺，以及铝电解过程中所产生烟气的二氧化碳捕集与资源化利用技术[13]。在能源输入端，通过规模化应用可再生能源并推进火电低碳化改造，协同构建零碳排放的铝冶炼生产体系。争取绿色铝碳足迹认证，通过碳排放权交易或环保补贴反哺脱硫投资。

　　最后推进系统集成与循环经济。结合绿电优势，推动“水电铝+脱硫+碳捕集”一体化示范，争取绿色金融支持。探索循环经济模式，回收高纯度SO2用于生产硫酸，契合云南磷化工产业需求，实现硫资源循环。推动脱硫石膏就地转化（如用于矿区生态修复），同时降低堆存风险。将脱硫前后烟气余热用于预热物料或发电，减少能耗。

　　通过以上措施，云南电解铝产业可在保持清洁能源优势的同时，实现脱硫工艺的精细化、资源化升级，形成全国领先的绿色铝工业范例。

参考文献

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　　［7］宋正华.氧化镁法脱硫三循环超低排放工艺及副产品回收［J］.中国环保产业，2024（2）：55-57.

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　　［9］周中旭，徐建华，戴概慷，等.氨法烟气脱硫氧化工艺技术探讨［J］.纯碱工业，2024（6）：7-10.

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　　［12］郑诗礼，叶树峰，王倩，等.有色金属工业低碳技术分析与思考［J］.过程工程学报，2022，22（10）：1333-1348.

　　［13］Saevarsdottir G，Padamata S K，Velasquez B N，et al.The Way Towards Zero Carbon Emissions in Aluminum Electrolysis［J］.Springer，Cham，2023.