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工业炉窑烟气中氟的脱除及综合利用

2016-07-20 11:28:50来源:论文网浏览:评论:0

  氟是自然界常见的元素,也是人体必需的元素。在含氟矿物的开采、冶炼过程,在氟化物产品的生产过程中都不可避免地产生氟污染问题;当环境中的氟化物超过一定浓度后将对生物造成影响,因此必须控制氟污染。本文对工业炉窑烟气中氟的脱除技术及氟资源的综合利用进行了简要探讨,以解决氟污染的问题。

  气态氟化物污染物主要来源化学、无机盐及冶金工业,氟化物具有很高的化学活性和生物活性,通常以化合物形态存在,烧结烟气中氟的主要存在形态为氟化氢(HF)和四氟化硅(SiF4)以及少量的含氟粉尘,氟化物属于作用于各种酶的原生质毒,对人类、动植物的毒害作用很强,大量的研究证明,微量氟及其化合物也会对人类和动物的机体造成极严重的后果。但同时氟作为重要的化工原料,广泛应用于生产生活当中,因此,加强对含氟烟气的净化、回收利用,具有深远意义。

  1 气态氟化物(HF,SiF4)的有关性质

  气态HF为无色、具有强烈的腐蚀性和毒性,有刺激性气味,常以双分子存在(H2F2)。相对密度1.27(34 ℃,空气)。沸点19.5 ℃。极易溶于水。水溶液氢氟酸是一种弱酸,但具有较强的腐蚀性。与水蒸气相遇形成酸雾而“冒白烟”。干燥的HF性质比较稳定,与大多数的元素及其氧化物均不发生反应,但在水的作用下,可以和碱性物质发生反应:四氟化硅是无色气体,极易溶于水,生成氟硅酸和硅胶;与氟化氢反应生成氟硅酸;与氨水等碱性物质反应,生成氟硅酸盐,析出硅胶。

  2 含氟烟气的处理技术

  通过分析性质发现,含HF和SiF4的废气很容易被水和碱性物质(石灰乳、烧碱、纯碱、氨水等)采用湿法净化工艺脱除。根据吸收剂不同又将湿法净化工艺分为水吸收法和碱吸收法。氟化物用水吸收,比较经济,吸收液易得,缺点是对设备有强烈的腐蚀作用;用碱性物质吸收,产物为盐类,可减轻对设备的腐蚀作用,还可获得副产物,回收氟资源。

  净化含氟废气的另一个主要方法为干法吸附。废气中的氟化氢或四氟化硅被吸附下来,生成氟的化合物或仅仅吸附在吸附剂表面,吸附剂再生后循环使用。

  2.1 含氟烟气的干法净化工艺

  干法吸附工艺净化烟气就是利用固体吸附剂吸附某种气体物质而完成净化烟气的目的。通常采用碱性氧化物作吸附剂,利用其固体表面的物理或化学吸附作用,将烟气中的HF、SiF4、SO2等污染物吸附在固体表面,而后利用除尘技术使之从烟气中除去。

  含氟烟气通过装填有固体吸附剂的吸附装置,使氟化氢与吸附剂发生反应,达到除氟的目的。

  (1)烟气的性质对吸附的影响。

  (2)Al2O3法净化电解铝生产过程中产生的含HF废气。

  20世纪60年代,世界上开始大量使用Al2O3为电解铝生产过程中产生的含HF废气的吸附剂。国外采用的干法净化流程有:美国的A-398法;加拿大的阿尔肯法等。可以说,在铝工业中干法净化技术已经到了普及的程度。钢铁企业用干法净化处理含氟烟气,在我国也得到了一定应用,实践证明用Al2O3作吸附剂吸氟效率可达95%以上。

  干法吸附工艺净化含氟烟气产生的氟化物可以回收利用,吸附剂价廉易得、工艺简单、操作方便、无需再生,净化效率高,一般在98%以上;干法净化不存在含氟废水,避免了设备出现结垢、腐蚀和二次污染问题;和其他方法相比,干法净化基建费用和运行费用都比较低,可适用于各种气候条件,特别是北方冬季,不存在保温防冻问题。

  2.2 含氟废气的净化技术-碱吸收法

  碱法除氟是采用含碱性物质的吸收液吸收烟气中氟化物并得到副产物冰晶石的方法。一般采用廉价的石灰做中和剂,此时石灰可能与烟气中的SO2反应而产生CaSO4 结垢问题;若烟气中不含SiF4,可用NH4OH、NaOH进行中和而得到相应的NH4F、NaF产品。

  含氟烟气经二级吸收、除雾后排放,一级循环吸收液部分排出到中和澄清器,用碱性物质中和生成氟化物沉淀;中和澄清液返回循环使用,而泥浆排至废渣库或脱水后堆存。

  最常用的碱性物质是Na2CO3,也可以采用石灰乳作吸收剂。碱法除氟具有除氟效率高、工艺成熟、技术可靠、存在的结垢问题较难解决等特点。

  2.3 含氟废气的净化技术-水吸收法

  水吸收法就是用水作吸收剂循环吸收烟气中的HF和SiF4,生成氢氟酸和氟硅酸,继而生产氟硅酸钠,回收氟资源。吸收液呈现酸性,待吸收液中含氟达到一定浓度后,将其排出加以回收利用或中和处理。

  一般水吸收法除氟工艺采用二级或三级串联吸收工艺,吸收设备可选择文氏管、填料塔、旋流板塔等;二级或三级串联吸收工艺的除氟效率可分别达到95%和98%以上,若第三级采用碱性介质做吸收液,其除氟效率将达到99.9%。

  含氟烟气经三级吸收、除雾后排放,一级吸收液部分排出,用于回收氟化盐产品或用石灰中和排放,吸收液逐级向前补充,在三级循环池中补入新水。

  该工艺吸收液中含氟浓度高,可用于回收生产Na3AlF6、Na2SiF6、MgF2、AlF3、NaF等多种氟盐,为氟资源的回收利用创造条件。

  烧结烟气中含氟量低且粉尘较多时,一般先经旋风除尘、降温后,再进行吸收。烧结烟气温度高达300℃~400℃,经除尘后降至250 ℃,喷射吸收塔后,脱氟率可达90%以上。

  水吸收法除氟工艺具有除氟效率高、操作弹性大、吸收液(水)和中和剂(石灰)价廉易得,不存在设备、管道因结垢堵塞或磨损等问题,吸收液经中和处理或回收氟盐产品后含氟浓度很低,废水对环境的影响较小;但仍存在设备腐蚀、中和渣量大、存在废渣的二次污染等特点。

  3 氟资源回收

  工业氟污染的控制手段很多,从生产原料开始降氟和氟资源的综合利用是解决和控制氟污染的最根本途径;从生产原料开始降氟,可以减少进入生产过程的氟,是实现清洁生产的基础;实现资源的综合利用,比如:生产市售氟硅酸、生产氟硅酸钠、生产冰晶石,可以避免污染物由气态转化为液态而排入水体,或转化为固态物堆存于环境中,而最终解决了氟污染的问题。

 

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