稀土冶煉虹吸出爐除氟裝置

徐明鐘

（四川江銅稀土有限公司，四川涼山615001）

稀土冶煉虹吸出爐除氟裝置

徐明鐘

（四川江銅稀土有限公司，四川涼山615001）

設計一種稀土冶煉虹吸出爐除氟裝置，使稀土金屬液在虹吸出爐過程中產生的含氟氣體，經活性氧化鋁層除氟后進入真空泵腔，以減少含氟氣體與油的反應量，減緩油的變質速度；降低含氟氣體對真空泵各器件的的腐蝕，保障真空泵的極限真空度和抽氣效率，延長泵的使用壽命；減少含氟氣體對空氣的污染。

虹吸出爐；含氟氣體；除氟；活性氧化鋁

0 引言

氟化物熔鹽體系氧化物電解工藝因具有單槽容量大、收率高、電流效率高等優點已成為我國稀土金屬產業的主流生產工藝。但氟化物熔鹽體系在電解過程中產生大量含氟氣體（以HF和F2為主），含氟氣體化學性質活潑，腐蝕性強，會對機械設備和人體造成損害，排入大氣后對空氣造成嚴重污染。

1 含氟氣體產生機理

在稀土金屬冶煉技術中，虹吸出爐方式得到了廣泛應用與推廣。虹吸出爐是利用真空泵將儲氣罐及其管道中的氣體不斷抽出后形成的真空負壓將金屬從爐槽內吸出的過程。虹吸過程中，隨著稀土金屬液體從槽體內被抽出，含氟氣體夾帶其中被帶入真空包，同時高溫的稀土金屬液體被抽入模具澆鑄時，表層的氟化物熔鹽與空氣發生反應形成含氟氣體。真空泵作為原動力不斷將氣體從真空包和儲氣罐內抽出，含氟氣體隨著氣流進入儲氣罐和真空泵。

2 含氟氣體的危害

（1）稀土金屬虹吸過程中，真空包內的含氟氣體被抽入真空泵，因其化學性質活潑與泵腔內油極易發生化學反應使油質變壞，影響潤滑和冷卻效果。

（2）具有很強腐蝕性的含氟氣體被抽入真空泵后，泵腔、旋片、轉子等極易被腐蝕，縮短真空泵的使用壽命。

（3）因泵腔、旋片和轉子等被腐蝕，旋片和泵腔之間的氣隙增大（旋片和泵腔之間的氣隙是決定真空泵抽氣效率和極限真空度的關鍵因素），降低真空泵的極限真空度，影響真空泵的極限抽力；泵腔和旋片之間氣隙增大，同時降低真空泵的抽氣效率，使儲氣罐氣壓緩沖時間加長，造成氣壓不足，嚴重時會因氣壓不足造成稀土金屬液抽吸過程中虹吸管堵塞，使金屬無法抽出。

3 除氟裝置

3.1 結構組成

虹吸出爐除氟裝置包括頂層、底層和中間層3層結構，頂層、底層均為不銹鋼鋼絲，中間層為活性氧化鋁。除氟裝置結構組成見圖1。

圖1 除氟裝置結構組成

（1）不銹鋼鋼絲網層為雙向不銹鋼鋼絲網，鋼絲直徑1～2 mm，網孔為內邊長1～3 mm的正方形孔。

（2）活性氧化鋁層為球狀活性氧化鋁，主要成分為y-Al203和IrAl203，由上、中、下3層組成。上層和下層厚度10～30 mm（優選20 mm），氧化鋁顆粒直徑3～5 mm（優選4 mm）；中層厚度10～20 mm（優選10 mm），氧化鋁顆粒直徑1～3 mm（優選2 mm）。3.2工作原理

稀土金屬液在虹吸出爐過程中，經除氟裝置后進入真空泵腔，除氟裝置雙層雙向不銹鋼鋼絲網層，提高了網層的強度、成形性、耐腐蝕疲勞性和磨損腐蝕性；含氟氣體經除氟裝置活性氧化鋁層時，由于活性氧化鋁主要成分y-Al203和IrAl203與氟離子有很強的交換能力，類似于陰離子交換樹脂，但對氟離子的選擇性比陰離子樹脂更大，活性氧化鋁吸附性強，吸附容量是活性炭的3～9倍，因此氣體中的含氟氣體經除氟劑吸附和離子交換后，幾乎消耗殆盡。上層和下層球狀活性氧化鋁的單粒直徑大于中層氧化鋁的單粒直徑，利于空隙的填充，提高除氟效果。

4 除氟裝置安裝位置及工藝流程

（1）安裝位置。如圖2所示，位置1：安裝于儲氣罐內。儲氣罐高190 cm、直徑120 cm，除氟裝置安裝于距離儲氣罐底部約80 cm處，便于除氟裝置中鋼絲網和活性氧化鋁的取出、清洗和更換。位置2：安裝于虹吸出爐裝置的管路內。

（2）工藝流程。稀土金屬出爐前真空包的出氣球閥和進氣球閥均處于關閉狀態，啟動真空泵，將儲氣罐及其管路中的氣體逐漸抽出形成真空；當儲氣罐真空度達到工藝要求后，將虹吸車推至爐前，虹吸管（普遍采用鈦管）深入電解槽底部后，打開出氣球閥；稀土金屬液在真空吸力作用下沿虹吸管，被抽入真空包內事先準備好的模具當中澆鑄成型。其間，含氟氣體夾帶其中被吸入真空包，同時覆蓋金屬表層的氟化物熔鹽在高溫作用下與真空包內空氣反應產生含氟氣體。在真空泵抽力作用下，含氟氣體沿管路進入儲氣罐，經除氟裝置3層活性氧化鋁除氟后，氣體經真空泵吸氣口進入泵腔并最終由排氣口排入大氣。

5使用效果

通過設置除氟裝置，對稀土金屬液虹吸過程中產生的含氟氣體進行有效吸附和氟離子交換，使進入真空泵的含氟氣體量得到有效控制，減緩了潤滑油的變質速度，使油的潤滑和冷卻效果的到保證；因降低了含氟氣體進入真空泵腔的量，降低了含氟氣體對旋片、泵腔以及轉子的腐蝕程度，延長真空泵的使用壽命；旋片和泵腔之間的氣隙得到保證，真空泵的極限真空度和抽氣效率得到保證，使整個稀土金屬虹吸過程得以順利進行；對稀土金屬液虹吸過程中產生的含氟氣體進行有效吸附和氟離子交換，減輕含氟氣體排入大氣造成的環境污染。

〔編輯李波〕

圖2 安裝除氟裝置的虹吸出爐示意圖

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2016.12.51

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