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含氯化氫廢氣的處理與回收利用

文檔作者：劉巧玲文檔來源：神華準(zhǔn)能資源綜合開發(fā)有限公司氧化鋁中試廠		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年05月12日
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2017 年08 月
節(jié)能環(huán)保
含氯化氫廢氣的處理與回收利用
劉巧玲（神華準(zhǔn)能資源綜合開發(fā)有限公司氧化鋁中試廠，內(nèi)蒙古薛家灣010300）
摘要：化工行業(yè)、冶煉及電鍍行業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)
品氯化氫氣體，若直接排放到大氣中，會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境，危害人
體健康，同時(shí)造成極大的浪費(fèi)；若采取一定的措施處理可以回
收重新利用，并且保證尾氣達(dá)標(biāo)排放，達(dá)到環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益共
贏。本文利用負(fù)壓抽吸引流物理吸收和化學(xué)吸收共同作用原
理，針對(duì)酸法生產(chǎn)氧化鋁生產(chǎn)裝置的氯化氫廢氣的回收，采用
吸收劑分段循環(huán)和降溫相結(jié)合的回收工藝，研究和設(shè)計(jì)了廢氣
的吸收裝置，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：可以使鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到30%，氯
化氫回收率達(dá)到97.5%以上。
關(guān)鍵詞：氯化氫氣體；達(dá)標(biāo)排放；環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益；氯化氫
回收
隨著經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型，近幾年化工行業(yè)逐漸向西部轉(zhuǎn)移，西部大
氣污染由原來的以燃煤為主的“煤煙型”污染，又增加了化工、
冶金行業(yè)排放的有毒廢氣的污染。大氣污染物特征因子由原
來的“二氧化硫、氮氧化物、顆粒物”等又增加了像氯化氫等帶
酸性的刺激性的有毒氣體，隨之而來的地區(qū)控制標(biāo)準(zhǔn)、控制排
放量及地區(qū)管控措施均需逐步完善。本文主要介紹化工行業(yè)、
冶煉及電鍍行業(yè)生產(chǎn)過程中副產(chǎn)品氯化氫氣體的回收處理、回
收裝置設(shè)計(jì)及利用。
1 氯化氫氣體危害及回收利用方法
1.1 含氯化氫廢氣的危害
化工行業(yè)、冶煉及電鍍行業(yè)生產(chǎn)過程中排出的含氯化氫廢
氣若不進(jìn)行處理直接排入環(huán)境，經(jīng)擴(kuò)散，在對(duì)流層被降水清除，
據(jù)報(bào)道美國東北部降水中氯化氫所占的比例為5%，形成了較
重的酸雨，嚴(yán)重破壞了建筑、森林和湖泊，影響了農(nóng)作物的生
長，損害了人民的身心健康。
目前國家相關(guān)法規(guī)已將HC1列入有毒有害氣體類別，并出
臺(tái)了部分控制標(biāo)準(zhǔn)，如工業(yè)中對(duì)HC1的排放也有具體明確的規(guī)
定，如《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB21900— 2008)、《大氣污染物
綜合排放標(biāo)》(GB16297— 1996) ；在《職業(yè)性接觸毒物危害程度
分級(jí)》(GBZ 230— 2010) 、《工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(TJ36—
79)、《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值》(GBZ2— 2007)、《危險(xiǎn)
化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識(shí)》( GB18218-2009) 等對(duì)HC1氣體的排
放均有嚴(yán)格的規(guī)定和控制等。
HC1氣體對(duì)人體健康危害如下：HC1氣體對(duì)呼吸道粘膜和
眼睛有非常強(qiáng)烈的刺激作用。急性中毒癥狀：輕者出現(xiàn)頭痛、
頭暈、惡心、眼睛痛、痰中帶血、咳嗽、聲音嘶啞、呼吸困難、胸
悶、胸痛等。重者肺部產(chǎn)生炎癥、肺部水腫、肺不擴(kuò)張。眼角膜
可見潰瘍或混濁。直接接觸皮膚可出現(xiàn)大量紅色小丘疹，像粟
粒樣且呈潮紅痛伴熱。慢性影響表現(xiàn)在：較高濃度長期接觸，
可引起胃腸功能紊亂障礙、慢性支氣管炎及牙齒酸蝕癥。HC1
氣體局部作用引起的癥狀有皮膚損傷、粘膜受損、結(jié)膜炎和角
膜壞死，導(dǎo)致燒傷并伴有劇烈疼痛感。呼吸道吸入后易引起鼻
炎、鼻中隔穿孔、牙齒糜爛、喉頭發(fā)炎、支氣管發(fā)炎、肺炎、導(dǎo)致
頭痛和心悸且有窒息感。吞咽下時(shí)，會(huì)刺激口腔、喉、食管以
及胃粘膜，引起流涎、惡心、嘔吐、腸穿孔、打寒戰(zhàn)、渾身發(fā)熱、
焦躁不安甚至休克及腎發(fā)炎。長期接觸低濃度氯化氫氣體可
使皮膚干燥并變土色，也可引起咳嗽、頭痛、失眠、呼吸困難、
心悸亢進(jìn)以及胃劇痛等情況。而慢性中毒患者的最明顯癥狀
是牙齒表面變得特別粗糙、特別是前門牙產(chǎn)生斑點(diǎn)。因此，回
收治理工業(yè)廢氣中產(chǎn)生的氯化氫氣體是十分必要的，它對(duì)人體
產(chǎn)生的傷害應(yīng)該引起足夠的重視。
1.2 氯化氫氣體回收的機(jī)理
根據(jù)不同的操作方法，氯化氫常用回收方法與裝置包括了
液體分散型和氣體分散型兩種。由于氣體側(cè)阻力很大，用水或
堿液吸收氯化氫時(shí)，要用液體分散性裝置比較有利。工業(yè)上常
用的分散型氯化氫吸收裝置的襯里材料通常是橡膠、聚氯乙
烯、搪瓷等，主要有：填料塔、噴液滌氣塔等，具體用何種材料應(yīng)
視具體的工藝情況來確定。本文利用負(fù)壓抽吸引流物理吸收
和化學(xué)吸收共同作用原理，針對(duì)酸法氧化鋁生產(chǎn)裝置的氯化氫
廢氣的回收，采用吸收劑分段循環(huán)和降溫相結(jié)合的回收工藝，
研究和設(shè)計(jì)了廢氣的吸收裝置。
1.2.1氯化氫的特性
氯化氫在常溫常壓下具有刺激性臭味，是無色帶有毒性的
氣體。它極易溶于水，在0℃時(shí)，1體積的水大約能溶解500體積
的氯化氫。它的水溶液為鹽酸，呈酸性。工業(yè)用鹽酸因?yàn)楹?
少量三氯化鐵，常呈微黃色。氯化氫氣體密度為(25℃，
101.325kPa)：1.500kg/m3，是空氣的1.268 倍；液體密度為(-
85.1℃ ，101.325kPa)：1191kg/m3；熔點(diǎn)：- 114.2℃ ；沸點(diǎn)
(101.325kPa)：-85.0℃；生成熱-92.34KJ/mol，表明氯化氫氣體在
空氣中不燃燒，熱量穩(wěn)定，約1500℃才分解。氯化氫不與水反
應(yīng)但極易溶于水中，空氣中經(jīng)常以鹽酸煙霧的形式存在。
根據(jù)氯化氫氣體極易溶于水的特性，用水及稀鹽酸分段吸
收處理含有氯化氫氣體的工業(yè)廢氣，制成30%的鹽酸，所得到
的鹽酸可用于工業(yè)生產(chǎn)，該處理方法將廢氣中的氯化氫氣體分
離并綜合利用，既有較高的環(huán)境效益，又有較高的經(jīng)濟(jì)效益和
社會(huì)效益，是一種可廣泛采用的好方法。
1.2.2氯化氫極易溶解于水的內(nèi)在機(jī)理
氯化氫溶解于水的過程中,存在下列反應(yīng),其表達(dá)形式為:
HCL + H2O★★★★★★★★ HCL·H2O + Q
從以上反應(yīng)式可以看出:一個(gè)水分子就可以吸收一個(gè)氯化
氫分子,其反應(yīng)的過程,是物理化學(xué)過程,且放出熱量Q。當(dāng)壓力
226
萬方數(shù)據(jù)
2017 年08 月
節(jié)能環(huán)保
一定時(shí),降低溫度有利于氯化氫氣體的回收。
HCL·H2O原子團(tuán)的結(jié)構(gòu),當(dāng)HCL分子進(jìn)入水分子以后,由于
氧原子有較強(qiáng)的負(fù)電荷引力,所以HCL分子中的氫原子與氧原
子形成引力,這個(gè)正是氯化氫氣體極易溶解于水的內(nèi)在機(jī)理。
2 化工行業(yè)中帶有氯化氫氣體廢氣的來源
工業(yè)廢氣中氯化氫的來源主要來自化工及冶煉行業(yè)的生
產(chǎn)，例如采用鹽酸做原料生產(chǎn)的行業(yè)、冶煉行業(yè)及電鍍行業(yè)等，
由于氯化氫氣體極易揮發(fā)，生產(chǎn)過程中通過設(shè)備、閥門、管道連
接處不嚴(yán)密點(diǎn)均可散發(fā)到作業(yè)場所，隨著濃度增加影響人體健
康；還有其工藝末尾環(huán)節(jié)產(chǎn)生含氯化氫氣體的廢氣，排入大氣，
嚴(yán)重影響生態(tài)環(huán)境。
3 目前采用的含氯化氫氣體工業(yè)廢氣治理方法
3.1 吸收裝置的組成和工藝
為了形成負(fù)壓抽吸待處理的有毒氣體，在一定壓力下，利
用液體吸收劑，經(jīng)過噴射泵噴射水流的沖擊作用，基于恒定的
溫度與壓強(qiáng)下，使溶質(zhì)向液相轉(zhuǎn)移，使一定量的吸收劑與氣體
接觸，并且為了達(dá)到平衡，直到液相中溶質(zhì)達(dá)到飽和，不再增加
濃度，從而能夠利用其分離操作除去有害組分，達(dá)到氣液相混
合的目的，以凈化氣體、制備某種氣體的溶液。如：有機(jī)合成制
備或生產(chǎn)的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生大量的氯化氫氣體，通常情況下，針對(duì)
化合物制備工業(yè)生產(chǎn)過程中伴有的有害廢氣，我們都用水做吸
收劑制成鹽酸，采用水噴射泵、耐腐蝕循環(huán)泵等形成循環(huán)吸收
塔的串級(jí)吸收處理，防止有害氣體的產(chǎn)生和釋放。在水噴射泵
的抽吸下，氯化氫氣體經(jīng)過由吸收塔與水一次吸收接觸，而經(jīng)
過耐腐蝕陶瓷循環(huán)，沒有吸收完全的含氯化氫溶液會(huì)被抽提到
二級(jí)、三級(jí)水噴射泵與被抽吸的反應(yīng)生產(chǎn)的氯化氫氣體再次氣
液混合吸收，從而到達(dá)飽和濃度和相平衡。
3.2 應(yīng)用及結(jié)果
為了在低溫下進(jìn)行吸收，應(yīng)設(shè)法移走溶解熱，確保酸的濃
度和提高吸收氯化氫的能力。但是要注意降低吸收液的溫度
必須用冷卻水，用夾套冷卻水對(duì)吸收罐進(jìn)行降溫，并且為了提
高氯化氫的吸收效率，可以將冷凝器加裝在釋放有毒氣體進(jìn)入
噴射泵之前，從而保證氣體被充分的吸收，達(dá)到降溫的效果。
為了制成濃度為30%成品鹽酸，一級(jí)水噴射泵下水經(jīng)過內(nèi)腐蝕
循環(huán)泵抽提，不對(duì)外排放廢水而繼續(xù)會(huì)用下，依次從二級(jí)和三
級(jí)噴射泵負(fù)壓再次進(jìn)入吸收罐吸收尾氣。經(jīng)過二、三級(jí)負(fù)壓射
流吸收后，可用5%氫氧化鈉堿液淋洗罐吸收的方法，來解決所
剩殘留氯化氫氣體，并且在選擇相應(yīng)的氣體吸收液上，此裝置
可以根據(jù)被吸收氣體的不同來選擇，如：處理NH3氣體的時(shí)候，
吸收液可以選擇稀硫酸。經(jīng)過測定，這種吸收裝置使用后，含
酸廢水不再排放，吸收氯化氫效率大大提升，經(jīng)過循環(huán)使用，能
減少新鮮水的用量和外排廢氣量，可以制得30%的副產(chǎn)品
鹽酸。
采用本系統(tǒng)吸收合成反應(yīng)時(shí)釋放的氯化氫廢氣分為三個(gè)
階段，廢氣質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%：第一階段表現(xiàn)為上升的支線，為快
速階段；第二階段由于受濃度增大的影響，傳質(zhì)推動(dòng)力度濃度
差主編減少，因此該階段表現(xiàn)為平緩的拋物線，為慢速階段；第
三階段表現(xiàn)為延長的水平線，為平緩階段，這說明氯化氫的吸
收與揮發(fā)達(dá)到平衡，隨著時(shí)間延長而溶液濃度不變達(dá)到飽和狀
態(tài)。如果在相同的條件下，用該新設(shè)計(jì)的處理裝置吸收氯化氫
的溶液含量高，在吸收時(shí)間相同的基礎(chǔ)上，要達(dá)到某一相同濃
度，跟以往沒有改進(jìn)的裝置相比，新裝置所需時(shí)間比較短。由
此可見，吸收工藝完全能適應(yīng)酸法生產(chǎn)氧化鋁，具有良好的操
作彈性。
根據(jù)環(huán)境化學(xué)與監(jiān)測實(shí)驗(yàn)，選擇不同的反應(yīng)時(shí)間，對(duì)處理
系統(tǒng)的運(yùn)行效果進(jìn)行分時(shí)段連續(xù)監(jiān)測，氯化氫廢氣的進(jìn)氣和放
空排放量數(shù)據(jù)具有以下結(jié)果：三級(jí)吸收和淋洗塔只有極少部分
直接經(jīng)放空管被排放到空氣中，能夠吸收在97.5%以上的廢氣，
具有很高的凈化效率。并且經(jīng)過該凈化系統(tǒng)處理后，含HCL廢
氣完全可以符合環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。
4 含氯化氫廢氣治理流程
4.1 作業(yè)場所逸散氯化氫氣體的治理及回收利用流程
4.1.1系統(tǒng)工藝流程
4.1.2 工藝簡述
（1）由酸洗槽或反應(yīng)釜等裝置產(chǎn)生的含鹽酸霧酸性廢氣，
經(jīng)集氣罩、風(fēng)管進(jìn)入除酸霧器，除酸霧器內(nèi)裝有耐腐蝕材質(zhì)的
絲狀物，其去除率達(dá)90％，收集的酸霧經(jīng)自然冷卻后形成鹽酸，
排入鹽酸收集器。含酸廢氣由塔底進(jìn)入以玻璃鋼為材質(zhì)，內(nèi)裝
PVC波紋填料的吸收塔，在吸收塔中與上部噴淋水溶液逆向接
觸被吸收排入塔底，經(jīng)耐酸循環(huán)泵，循環(huán)吸收。一級(jí)塔吸收率
達(dá)95％以上，多級(jí)塔吸收率達(dá)97.5%左右，其HC1含量達(dá)30％
時(shí)排入鹽酸收集器，用作原料返回使用。處理后的廢氣經(jīng)擋水
設(shè)備液氣分離后達(dá)標(biāo)氣體通過煙囪排入環(huán)境。
（2）若廢氣中氯化氫氣體溫度高，則需通過石墨冷卻器冷
卻，增加吸收效果，吸收液返回系統(tǒng)。
（3）尾氣經(jīng)過帶有填料裝置的吸收液為水的吸收塔（結(jié)合
實(shí)際情況確定吸收塔級(jí)數(shù)）吸收，吸收液配備酸度計(jì)、液位計(jì)。
當(dāng)酸液酸濃
度達(dá)到規(guī)定值時(shí)，將酸液打到系統(tǒng)回收；繼續(xù)補(bǔ)充新水到
規(guī)定液位值，排放至大氣中氯化氫氣體排放濃度符合《大氣污
染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB16297—1996)。
4.2 工藝過程中產(chǎn)生的含有氯化氫氣體的廢氣治理及回收利
用流程
4.2.1系統(tǒng)工藝流程圖
4.2.2工藝簡述：
（1）液體水在淋洗塔中自塔頂向下以霧狀（或小液滴）噴灑
227
萬方數(shù)據(jù)
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節(jié)能環(huán)保
氣象條件。珠三角盛行偏東風(fēng)和東北風(fēng), 夏季以西南風(fēng)占優(yōu)勢(shì)
[3], ,處于東南沿海城市多處于上風(fēng)向，而其上風(fēng)向?yàn)楹Ｓ颍?
不受其他地區(qū)污染源影響；而中西部城市多處于下風(fēng)向，除了
本地污染外還受上游污染物輸送的影響，尤其是肇慶長年處于
下風(fēng)向，受其他城市影響導(dǎo)致顆粒物濃度上升。由于這兩方面
原因?qū)е轮槿穷w粒物濃度空間分布呈現(xiàn)東南沿海城市低，中
西北地區(qū)濃度高的空間分布特征；另外還與各城市的產(chǎn)業(yè)結(jié)
構(gòu)、能源消耗、汽車占有量等經(jīng)濟(jì)因素有關(guān)。較高頻率的偏東
風(fēng)使珠江三角洲西側(cè)地區(qū)更容易受到上。
2.4 比重特征
通過對(duì)顆粒物的粒徑分析發(fā)現(xiàn)，在珠三角九市中PM2.5占
PM10的比重接近60～70%，并有逐年下降之勢(shì)；其中廣州市和東
莞市PM2.5所占比重較高。總體來看顆粒物污染主要以PM2.5為
主，這也是PM2.5的超標(biāo)率遠(yuǎn)大于PM10的一個(gè)重要原因。
2.5 與其他污染的相關(guān)性分析
為了評(píng)價(jià)各種污染與顆粒物的相關(guān)性，采用區(qū)域月平均濃
度與PM2.5和PM10進(jìn)行相關(guān)性分析。結(jié)果得出：PM2.5和PM10與
SO2的相關(guān)性分別達(dá)到了0.945和0.935，與NO2的相關(guān)性分別達(dá)
到了0.888和0.866，與臭氧的相關(guān)性分別為0.624和0.671。從
上述結(jié)果看出SO2、NO2和臭氧與顆粒物之間有較大的相關(guān)性，
其中二氧化硫和二氧化氮相關(guān)性較強(qiáng)；而臭氧相關(guān)性稍差。這
主要是因?yàn)槌粞踝鰹槎挝廴疚?，從排放到形成及升至峰值?
需要數(shù)小時(shí)的時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)臭氧及其前驅(qū)物可隨風(fēng)輸送
到源頭的下風(fēng)向，因而常出現(xiàn)下風(fēng)向地區(qū)臭氧濃度較高現(xiàn)象；
另外一個(gè)原因是光化學(xué)反應(yīng)的形成還需要有較強(qiáng)的日照，受氣
象條件的影響，所以相關(guān)性較低。
3 結(jié)論
早在2008年珠三角地區(qū)就建立起了珠江三角洲區(qū)域大氣
污染防治協(xié)作機(jī)制，對(duì)一些重點(diǎn)污染行業(yè)開展了整治理；在《廣
東省珠江三角洲清潔空氣行動(dòng)計(jì)劃》中主要從嚴(yán)格環(huán)境準(zhǔn)入、
改善能源結(jié)構(gòu)、多污染物聯(lián)合減排、控制機(jī)動(dòng)車污染方面，全面
推進(jìn)大氣污染綜合防治。針對(duì)《清潔空氣行動(dòng)》第二階段計(jì)劃
和《大氣十條》提出的目標(biāo)，從目前的空氣質(zhì)量情況來看，所采
取的治理方案取得了一定的效果。近幾年珠三角地區(qū)顆粒物
變化趨勢(shì)如下：
（1）珠三角城市顆粒物呈現(xiàn)秋冬季節(jié)（1～3月、10～12月）
濃度高，春夏季節(jié)（4~ ９ 月）濃度低的時(shí)間分布特征，細(xì)顆粒物
污染以PM2.5為主。（2）珠三角城市顆粒物污染呈現(xiàn)東南沿海城
市低，中西北地區(qū)濃度高的空間分布特征。（3）顆粒物與其他污
染物之間有較大的相關(guān)性。（4）珠三角城市近幾年顆粒物污染
進(jìn)行的綜合治理已取得了明顯的效果，顆粒物濃度逐年下降。
4 展望
盡管顆粒物整治已取得了明顯的效果，但如何實(shí)現(xiàn)空氣質(zhì)
量持續(xù)改善目標(biāo)，并爭取部分城市達(dá)到世界衛(wèi)生組織較高階段
的標(biāo)準(zhǔn)，其難度是相當(dāng)大的。綜合發(fā)達(dá)國家的治霾經(jīng)驗(yàn)，在今
后的發(fā)展中經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整是重要基礎(chǔ)，加快培育現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體
系，轉(zhuǎn)變能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)；抓好傳統(tǒng)領(lǐng)域傳統(tǒng)污染物治理的同時(shí)，
要進(jìn)一步加強(qiáng)二次污染物前體物的協(xié)同治理。
參考文獻(xiàn)：
[1]廣東省氣象局.2013 年廣東省氣候變化監(jiān)測公報(bào)[EB/
OL]. [2017-03-04 ].http://www.grmc.gov.cn/.
[2]廣東省氣象局.2014 年廣東省氣候變化監(jiān)測公報(bào)[EB/
OL]. http://www.grmc.gov.cn/,2017-03-04.
作者簡介：陳雪芬，廣東省環(huán)境保護(hù)職業(yè)技術(shù)學(xué)校，廣州市員村
西街5 號(hào)大院。
(上接第225 頁)
而下，廢氣則由塔體（逆向流）達(dá)到氣液接觸使廢氣冷卻，去除
顆粒物。
吸收水的低濃度鹽酸循環(huán)液自吸收塔頂均勻淋下并沿著
填料表面下流，廢氣通過填料間隙上升與液體做連續(xù)的逆流接
觸，廢氣中可溶的氯化氫氣體不斷地被吸收，鹽酸循環(huán)液濃度
不斷升高，達(dá)到回收標(biāo)準(zhǔn)。
堿吸收塔中高濃度循環(huán)堿液自塔頂均勻淋下并沿著填料
表面下流，尾氣通過填料間隙上升與液體做連續(xù)的逆流接觸，
尾氣中少量的氯化氫氣體不斷地被吸收，使得尾氣中氯化氫氣
體濃度降低，達(dá)到尾氣氯化氫氣體環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。
5 結(jié)果及討論
（1）在中試生產(chǎn)裝置的尾氣回收上，采用吸收劑分段多級(jí)
循環(huán)抽吸和降溫相結(jié)合的連續(xù)回收工藝，可以使得鹽酸質(zhì)量分
數(shù)達(dá)到30%，氯化氫回收率達(dá)到97.5%，實(shí)驗(yàn)結(jié)果滿意，并達(dá)到
了綜合利用的目的。
（2）將噴射泵的噴嘴制成排管狀，可以保證抽吸效能，并對(duì)
準(zhǔn)中軸線。同時(shí)，為了使吸收水的用量得到調(diào)控，在吸收水之
前，在集中控制室中，可以加裝一超聲波流量計(jì)，便于自動(dòng)化操
作，提高氣體吸收質(zhì)量。
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作者簡介：劉巧玲，大學(xué)本科，高級(jí)工程師，神華準(zhǔn)能資源綜合
開發(fā)有限公司氧化鋁中試廠環(huán)保專工。
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