稀土精礦酸法冶煉中含氟廢氣治理技術分析

■田震焜 ■贛州鑫宇礦冶有限公司，江西 贛州 341000

我國擁有豐富的稀土資源，其稀土儲量占到全球的36.5%左右。隨著我國社會經濟的發展，對稀土的需求越來越多，稀土的年產量逐年增加。再加上相關科學、技術的進步，稀土工業逐漸變強，得到了進一步的發展。隨著稀土的開采與冶煉，其所產生的污染問題也越來越嚴重，尤其是稀土精礦酸法冶煉中的含氟廢氣，不僅影響到了我國稀土工業的可持續發展，還對環境造成很大的破壞。雖然現在很多廠家已經開始重視對污染的治理問題，并采取了一些措施，但由于其處理成本過高等原因，使其推行力度還遠遠不夠，不能真正解決稀土冶煉中的氟污染問題。

1 稀土精礦酸法冶煉氟污染的分析

不同稀土原礦所含的氟量是不同的，其含氟量呈現出明顯的地區差異。其中，包頭的混合稀土精礦含氟量為9% -13%，四川牦牛坪的氟碳鈰礦含氟量為7% -11%，山東的氟碳鈰礦含氟量為8% -10%。而在我國的稀土精礦冶煉中，有60%以上都來自包頭的稀土精礦，這種稀土精礦現在主要采用“三代”酸法工藝，在其焙燒的過程中會產生大量含氟、硫的酸性污染物。因此，稀土精礦在焙燒工序中的尾氣是造成氟污染的主要來源。據白銀市環境監測站的檢測數據顯示，甘肅稀土焙燒系統在處理包頭稀土精礦中的排氣量為每小時60000m3，其中SO2含有量為12434mg/m3，HF 為615mg/m3，酸性霧為1517mg/m3，嚴重違背了我國先行的《稀土工業污染物排放標準》。如果這些尾氣不加以處理就直接排放到大氣中，就會對環境造成嚴重的污染。而同時，這些含氟尾氣又具有一定的經濟價值，如果對其進行科學合理的處理，有效回收其中的有用元素，不僅可以達到減少污染、保護環境的目的，還可以實現資源的再利用，緩解我國的能源壓力［1］。

2 稀土精礦酸法冶煉中含氟廢氣治理技術

2.1 干法除氟工藝

干法除氟通常采用堿性氧化物來作主要吸附劑，通過物理效應或化學效應，對廢氣中的SiF4、HF 等含氟污染物進行吸附，使其到達固體的表面層，從而有效除去尾氣中的氟成分。按照所采用吸附劑物質的不同，干法除氟大致主要有Al2O3法、CaCO3法以及CaO 法等。當采用CaO 作為主要吸附劑時，結合砂濾器的使用可對煙氣中的SO2、HF 等物質以及粉塵達到較好的清除效果，有效凈化冶煉中的尾氣。其化學原理主要用到了下面兩個反應:

CaO+2HF=CaF2+H2O

2CaO+2SO2+O2=2CaSO4

這種凈化方法的除氟率很高，在操作中無差錯的情況下可達99%，而且，對其它物質也有較好的去除效果，可除去超過92%的SO2，超過99%的粉塵，使冶煉所產生的尾氣達到國家規定排放標準。此凈化方法的工藝流程很簡單，便于操作，而且用到的凈化設備很少，相對成本及相應的生產費也很低，最重要的是，凈化率還很高，因此，被廣泛應用于稀土精礦酸法冶煉中的氟氣治理。而其它的吸附劑凈化法相對凈化率就較低，應用也不及CaO 廣。

2.2 酸法除氟工藝

酸法除氟工藝主要用到了三級噴淋塔，通過水的噴淋將冶煉尾氣中的CaF4、HF 以及酸性霧等吸附出來，使其生成硫酸與氫氟酸的混合液，當所吸收的混合液中的氫氟酸和硫酸到達一定的濃度時，加入恰當的堿性物質進行中和，直至尾氣達到排放標準再進行排放。此外，也可將該混合液用作調漿液，進行焙燒渣的調漿，并通過泵將其送到防滲的、專門的尾液庫中進行儲存，從而達到物質的再利用。這種除氟方法的投資成本很低，效率很高，廢液中的最終含氟量也較低，但是其操作過程中對設備的腐蝕較嚴重，中和反應中產生的渣滓量很大，而且還會造成二次污染。所以，應結合具體情況謹慎使用［2］。

2.3 堿法除氟工藝

堿法除氟工藝是指通過堿性物質來對冶煉尾氣中的含氟、含硫等酸性物質進行吸收的方法，目前經常使用的堿性物質主要有NaOH、氨水等。因為堿性物質對酸性物質有較高的吸收率，因此可有效除去尾氣中的氟、硫元素，對氟的去除率更是超過了99%。因此，對堿法除氟工藝的重視與研究都在逐日增加，在現代技術的支持下不斷改進、完善，現在已趨于成熟，其去除效率也得到了有效的提高。但是，在具體的操作過程中，設備很容易出現問題，如結垢、管道堵塞等，給作業帶來很大的不便，而且對其處理起來也要耗費較高的成本，所以在實際的應用中并不是很廣泛［3］。

2.4 回收利用法

根據稀土精礦酸法冶煉中產生的尾氣的具體組成與特點，甘肅稀土在冶煉中采用了分布凈化、三效濃縮，分離、回收氟、硫的方法，可使其焙燒過程中的尾氣達標，且能回收約70%質量分數的氟化鹽和硫酸。由于焙燒尾氣的自身性質，其中的三氧化硫在受到冷卻后會生成硫酸，具有低溫下較好的吸收效果。因此，先由水吸收塔對冶煉尾氣進行冷卻降溫，再由水噴淋塔對其進行逆流式的噴淋吸收，將尾氣中硫酸霧、SO3以及HF 等去除。經過這一處理之后，尾氣中所需去除的就只剩下SO2，可用堿液噴淋塔對其進性進一步的處理，使尾氣最終達到排放標準。噴淋產生的廢水為一種混合酸，其中含有硫酸和氫氟酸等，也需要對其進行處理。首先，要對混合酸進行分離，實踐證明，利用三效蒸發器可以達到理想的效果。將溫度調控在180℃左右，在三效蒸發器的作用下能在濃縮硫酸的同時將氟化物分離出來。此時，硫酸的濃度大約為70%，而分離的氣體可由流化床吸收塔進行初步處理，并經與碳酸稀土的反應，最終生成氟化稀土［4］。

3 結束語

隨著社會對稀土資源需求的增加，稀土的產量也在逐年遞增，其精礦冶煉中產生的含氟尾氣對環境造成了很大的污染，逐漸成為現代稀土行業發展的一個制約因素。雖然現在我國政府已經加強了對稀土冶煉中氟污染治理的研究，提出了干法除氟工藝、酸法除氟工藝、堿法除氟工藝等不同的除氟技術，在稀土冶煉企業中得到了一定的應用，也取得了一定的成效，但國家還應加強對稀土企業的監管，加大投資力度，確保其相關治理措施落實到位，促進稀土工業的可持續發展，并推動我國的環保建設。

［1］衣守志，方中心等.稀土精礦酸法冶煉中含氟廢氣治理技術［J］.天津科技大學學報，2012，27(04):74 -78.

［2］姜楠，李勇等.稀土冶煉中氟的影響及解決辦法［J］.遼寧化工，2013，42(06):637 -640.

［3］杜長順，李梅.包頭稀土精礦處理現狀及建議［J］.濕法冶煉，2010，29(01):1 -4.

［4］李明浩.氟氣污染控制及其綜合利用［J］.山東工業技術，2014(11):29 -30.