工業(yè)爐窯煙氣中氟的脫除及綜合利用

1、工業(yè)爐窯煙氣中氟的脫除及綜合利用摘要：氟是自然界常見的元素，也是人體必需的元素。在含氟礦物的開采、冶煉過程，在氟化物產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中都不可避免地產(chǎn)生氟污染問題；當(dāng)環(huán)境中的氟化物超過一定濃度后將對生物造成影響，因此必須控制氟污染。本文對工業(yè)爐窯煙氣中氟的脫除技術(shù)及氟資源的綜合利用進(jìn)行了簡要探討，以解決氟污染的問題。關(guān)鍵詞：氟；干法凈化工藝；堿吸收法；水吸收法氣態(tài)氟化物污染物主要來源化學(xué)、無機(jī)鹽及冶金工業(yè)，氟化物具有很高的化學(xué)活性和生物活性，通常以化合物形態(tài)存在，燒結(jié)煙氣中氟的主要存在形態(tài)為氟化氫（HF）和四氟化硅（SiF4）以及少量的含氟粉塵，氟化物屬于作用于各種酶的原生質(zhì)毒，對人類、動植物的毒

2、害作用很強(qiáng)，大量的研究證明，微量氟及其化合物也會對人類和動物的機(jī)體造成極嚴(yán)重的后果。但同時氟作為重要的化工原料，廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活當(dāng)中，因此，加強(qiáng)對含氟煙氣的凈化、回收利用，具有深遠(yuǎn)意義。1氣態(tài)氟化物（HF，SiF4）的有關(guān)性質(zhì)氣態(tài)HF為無色、具有強(qiáng)烈的腐蝕性和毒性，有刺激性氣味，常以雙分子存在（H2F2）。相對密度1.27（34C,空氣）。沸點(diǎn)19.5C。極易溶于水。水溶液氫氟酸是一種弱酸，但具有較強(qiáng)的腐蝕性。與水蒸氣相遇形成酸霧而冒白煙”干燥的HF性質(zhì)比較穩(wěn)定，與大多數(shù)的元素及其氧化物均不發(fā)生反應(yīng)，但在水的作用下，可以和堿性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)：四氟化硅是無色氣體，極易溶于水，生成氟硅酸和硅膠；與

3、氟化氫反應(yīng)生成氟硅酸；與氨水等堿性物質(zhì)反應(yīng)，生成氟硅酸鹽，析出硅膠。2含氟煙氣的處理技術(shù)通過分析性質(zhì)發(fā)現(xiàn)，含HF和SiF4的廢氣很容易被水和堿性物質(zhì)（石灰乳、燒堿、純堿、氨水等）采用濕法凈化工藝脫除。根據(jù)吸收劑不同又將濕法凈化工藝分為水吸收法和堿吸收法。氟化物用水吸收，比較經(jīng)濟(jì)，吸收液易得，缺點(diǎn)是對設(shè)備有強(qiáng)烈的腐蝕作用；用堿性物質(zhì)吸收，產(chǎn)物為鹽類，可減輕對設(shè)備的腐蝕作用，還可獲得副產(chǎn)物，回收氟資源。凈化含氟廢氣的另一個主要方法為干法吸附。廢氣中的氟化氫或四氟化硅被吸附下來，生成氟的化合物或僅僅吸附在吸附劑表面，吸附劑再生后循環(huán)使用。2.1含氟煙氣的干法凈化工藝干法吸附工藝凈化煙氣就是利用固體吸

4、附劑吸附某種氣體物質(zhì)而完成凈化煙氣的目的。通常采用堿性氧化物作吸附劑，利用其固體表面的物理或化學(xué)吸附作用，將煙氣中的HF、SiF4、SO2等污染物吸附在固體表面，而后利用除塵技術(shù)使之從煙氣中除去。含氟煙氣通過裝填有固體吸附劑的吸附裝置，使氟化氫與吸附劑發(fā)生反應(yīng)，達(dá)到除氟的目的。煙氣的性質(zhì)對吸附的影響在含有HF、S02、CO、NOX、CO2、SiF4等的煙氣成分中，HF的沸點(diǎn)最高，為1915C,氣體的凝結(jié)與蒸發(fā)是由分子間的范德華力所致。氣體被吸附所需要的最低級能與氣體凝結(jié)成液體的能量相當(dāng)，很難液化的氣體呈現(xiàn)很小的吸附能力。因此氟化氫比其他組分最容易被吸附。一般按吸附劑的不同，將干法除氟分為AI2

5、O3法、CaO法、CaCO3法和Fe2O3等，以AI2O3為例介紹干法吸附凈化含氟煙氣。AI2O3法凈化電解鋁生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的含HF廢氣20世紀(jì)60年代，世界上開始大量使用AI2O3為電解鋁生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的含HF廢氣的吸附劑。國外采用的干法凈化流程有：美國的A-398法；加拿大的阿爾肯法等。可以說，在鋁工業(yè)中干法凈化技術(shù)已經(jīng)到了普及的程度。鋼鐵企業(yè)用干法凈化處理含氟煙氣，在我國也得到了一定應(yīng)用，實(shí)踐證明用AI2O3作吸附劑吸氟效率可達(dá)95%以上。干法吸附工藝凈化含氟煙氣產(chǎn)生的氟化物可以回收利用，吸附劑價廉易得、工藝簡單、操作方便、無需再生，凈化效率咼，一般在98%以上；干法凈化不存在含氟廢水，

6、避免了設(shè)備出現(xiàn)結(jié)垢、腐蝕和二次污染問題；和其他方法相比，干法凈化基建費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用都比較低，可適用于各種氣候條件，特別是北方冬季，不存在保溫防凍問題。2.2含氟廢氣的凈化技術(shù)-堿吸收法堿法除氟是采用含堿性物質(zhì)的吸收液吸收煙氣中氟化物并得到副產(chǎn)物冰晶石的方法。一般采用廉價的石灰做中和劑，此時石灰可能與煙氣中的S02反應(yīng)而產(chǎn)生CaS04結(jié)垢問題；若煙氣中不含SiF4,可用NH40H、NaOH進(jìn)行中和而得到相應(yīng)的NH4F、NaF產(chǎn)品。含氟煙氣經(jīng)二級吸收、除霧后排放，一級循環(huán)吸收液部分排出到中和澄清器，用堿性物質(zhì)中和生成氟化物沉淀；中和澄清液返回循環(huán)使用，而泥漿排至廢渣庫或脫水后堆存。最常用的堿性物質(zhì)

7、是Na2CO3,也可以采用石灰乳作吸收劑。堿法除氟具有除氟效率高、工藝成熟、技術(shù)可靠、存在的結(jié)垢問題較難解決等特點(diǎn)。2.3含氟廢氣的凈化技術(shù)-水吸收法水吸收法就是用水作吸收劑循環(huán)吸收煙氣中的HF和SiF4,生成氫氟酸和氟硅酸，繼而生產(chǎn)氟硅酸鈉，回收氟資源。吸收液呈現(xiàn)酸性，待吸收液中含氟達(dá)到一定濃度后，將其排出加以回收利用或中和處一般水吸收法除氟工藝采用二級或三級串聯(lián)吸收工藝，吸收設(shè)備可選擇文氏管、填料塔、旋流板塔等；二級或三級串聯(lián)吸收工藝的除氟效率可分別達(dá)到95%和98%以上，若第三級采用堿性介質(zhì)做吸收液，其除氟效率將達(dá)到99.9%。含氟煙氣經(jīng)三級吸收、除霧后排放，一級吸收液部分排出，用于回收

8、氟化鹽產(chǎn)品或用石灰中和排放，吸收液逐級向前補(bǔ)充，在三級循環(huán)池中補(bǔ)入新水。該工藝吸收液中含氟濃度高，可用于回收生產(chǎn)Na3AIF6、Na2SiF6、MgF2、AIF3、NaF等多種氟鹽，為氟資源的回收利用創(chuàng)造條件。燒結(jié)煙氣中含氟量低且粉塵較多時，一般先經(jīng)旋風(fēng)除塵、降溫后，再進(jìn)行吸收。圖為預(yù)除塵脫氟流程。燒結(jié)煙氣溫度高達(dá)300400C,經(jīng)除塵后降至250C，噴射吸收塔后，脫氟率可達(dá)90%以上。水吸收法除氟工藝具有除氟效率高、操作彈性大、吸收液（水）和中和劑（石灰）價廉易得，不存在設(shè)備、管道因結(jié)垢堵塞或磨損等問題，吸收液經(jīng)中和處理或回收氟鹽產(chǎn)品后含氟濃度很低，廢水對環(huán)境的影響較??；但仍存在設(shè)備腐蝕、中和渣量大、存在廢渣的二次污染等特點(diǎn)。3氟資源回收工業(yè)氟污染的控制手段很多，從生產(chǎn)原料開始降氟和氟資源的綜合利用是解決和控制氟污染的最根本途徑；從生產(chǎn)原料開始降氟，可以減少進(jìn)入生產(chǎn)過程的氟，是實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)的基礎(chǔ)；實(shí)現(xiàn)資源的綜合利用，比如：生產(chǎn)市售氟硅酸、生