工業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，在氟化物產品的生產過程中都不可避免地產生氟污染問題；當環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。本文對工業爐窯煙氣中氟的脫除技術及氟資源的綜合利用進行了簡要探討，以解決氟污染的問題。

關鍵詞：氟；干法凈化工藝；堿吸收法；水吸收法

中圖分類號：TV2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）02（b）-0105-01

氣態氟化物污染物主要來源化學、無機鹽及冶金工業，氟化物具有很高的化學活性和生物活性，通常以化合物形態存在，燒結煙氣中氟的主要存在形態為氟化氫（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毒，對人類、動植物的毒害作用很強，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體造成極嚴重的后果。但同時氟作為重要的化工原料，廣泛應用于生產生活當中，因此，加強對含氟煙氣的凈化、回收利用，具有深遠意義。

1 氣態氟化物（HF，SiF4）的有關性質

氣態HF為無色、具有強烈的腐蝕性和毒性，有刺激性氣味，常以雙分子存在（H2F2）。相對密度1.27（34 ℃，空氣）。沸點19.5 ℃。極易溶于水。水溶液氫氟酸是一種弱酸，但具有較強的腐蝕性。與水蒸氣相遇形成酸霧而“冒白煙”。干燥的HF性質比較穩定，與大多數的元素及其氧化物均不發生反應，但在水的作用下，可以和堿性物質發生反應：四氟化硅是無色氣體，極易溶于水，生成氟硅酸和硅膠；與氟化氫反應生成氟硅酸；與氨水等堿性物質反應，生成氟硅酸鹽，析出硅膠。

2 含氟煙氣的處理技術

通過分析性質發現，含HF和SiF4的廢氣很容易被水和堿性物質（石灰乳、燒堿、純堿、氨水等）采用濕法凈化工藝脫除。根據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，比較經濟，吸收液易得，缺點是對設備有強烈的腐蝕作用；用堿性物質吸收，產物為鹽類，可減輕對設備的腐蝕作用，還可獲得副產物，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附劑吸附某種氣體物質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生反應，達到除氟的目的。

（1）煙氣的性質對吸附的影響。

（2）Al2O3法凈化電解鋁生產過程中產生的含HF廢氣。

20世紀60年代，世界上開始大量使用Al2O3為電解鋁生產過程中產生的含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，在鋁工業中干法凈化技術已經到了普及的程度。鋼鐵企業用干法凈化處理含氟煙氣，在我國也得到了一定應用，實踐證明用Al2O3作吸附劑吸氟效率可達95%以上。

干法吸附工藝凈化含氟煙氣產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，凈化效率高，一般在98%以上；干法凈化不存在含氟廢水，避免了設備出現結垢、腐蝕和二次污染問題；和其他方法相比，干法凈化基建費用和運行費用都比較低，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-堿吸收法

堿法除氟是采用含堿性物質的吸收液吸收煙氣中氟化物并得到副產物冰晶石的方法。一般采用廉價的石灰做中和劑，此時石灰可能與煙氣中的SO2反應而產生CaSO4 結垢問題；若煙氣中不含SiF4，可用NH4OH、NaOwOEC7YuqPi2ArgX6rrZrjGhut+sFzY0kT+0AEIHLdhY=H進行中和而得到相應的NH4F、NaF產品。

含氟煙氣經二級吸收、除霧后排放，一級循環吸收液部分排出到中和澄清器，用堿性物質中和生成氟化物沉淀；中和澄清液返回循環使用，而泥漿排至廢渣庫或脫水后堆存。

最常用的堿性物質是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、技術可靠、存在的結垢問題較難解決等特點。

2.3 含氟廢氣的凈化技術-水吸收法

水吸收法就是用水作吸收劑循環吸收煙氣中的HF和SiF4，生成氫氟酸和氟硅酸，繼而生產氟硅酸鈉，回收氟資源。吸收液呈現酸性，待吸收液中含氟達到一定濃度后，將其排出加以回收利用或中和處理。

一般水吸收法除氟工藝采用二級或三級串聯吸收工藝，吸收設備可選擇文氏管、填料塔、旋流板塔等；二級或三級串聯吸收工藝的除氟效率可分別達到95%和98%以上，若第三級采用堿性介質做吸收液，其除氟效率將達到99.9%。

含氟煙氣經三級吸收、除霧后排放，一級吸收液部分排出，用于回收氟化鹽產品或用石灰中和排放，吸收液逐級向前補充，在三級循環池中補入新水。

該工藝吸收液中含氟濃度高，可用于回收生產Na3AlF6、Na2SiF6、MgF2、AlF3、NaF等多種氟鹽，為氟資源的回收利用創造條件。

燒結煙氣中含氟量低且粉塵較多時，一般先經旋風除塵、降溫后，再進行吸收。圖為預除塵脫氟流程。燒結煙氣溫度高達300℃～400℃，經除塵后降至250 ℃，噴射吸收塔后，脫氟率可達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，不存在設備、管道因結垢堵塞或磨損等問題，吸收液經中和處理或回收氟鹽產品后含氟濃度很低，廢水對環境的影響較小；但仍存在設備腐蝕、中和渣量大、存在廢渣的二次污染等特點。

3 氟資源回收

工業氟污染的控制手段很多，從生產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；從生產原料開始降氟，可以減少進入生產過程的氟，是實現清潔生產的基礎；實現資源的綜合利用，比如：生產市售氟硅酸、生產氟硅酸鈉、生產冰晶石，可以避免污染物由氣態轉化為液態而排入水體，或轉化為固態物堆存于環境中，而最終解決了氟污染的問題。

參考文獻

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[2]蔡隆九.氟污染及其控制方法[J].包鋼科技，2001，27（1）：56-60.