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(shè)計(jì)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(guò)程中產(chǎn)生的含氟氣體，經(jīng)活性氧化鋁層除氟后進(jìn)入真空泵腔，以減少含氟氣體與油的反應(yīng)量，減緩油的變質(zhì)速度；降低含氟氣體對(duì)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(zhǎng)泵的使用壽命；減少含氟氣體對(duì)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(yōu)點(diǎn)已成為我國(guó)稀土金屬產(chǎn)業(yè)的主流生產(chǎn)工藝。但氟化物熔鹽體系在電解過(guò)程中產(chǎn)生大量含氟氣體（以HF和F2為主），含氟氣體化學(xué)性質(zhì)活潑，腐蝕性強(qiáng)，會(huì)對(duì)機(jī)械設(shè)備和人體造成損害，排入大氣后對(duì)空氣造成嚴(yán)重污染。

1 含氟氣體產(chǎn)生機(jī)理

在稀土金屬冶煉技術(shù)中，虹吸出爐方式得到了廣泛應(yīng)用與推廣。虹吸出爐是利用真空泵將儲(chǔ)氣罐及其管道中的氣體不斷抽出后形成的真空負(fù)壓將金屬?gòu)臓t槽內(nèi)吸出的過(guò)程。虹吸過(guò)程中，隨著稀土金屬液體從槽體內(nèi)被抽出，含氟氣體夾帶其中被帶入真空包，同時(shí)高溫的稀土金屬液體被抽入模具澆鑄時(shí)，表層的氟化物熔鹽與空氣發(fā)生反應(yīng)形成含氟氣體。真空泵作為原動(dòng)力不斷將氣體從真空包和儲(chǔ)氣罐內(nèi)抽出，含氟氣體隨著氣流進(jìn)入儲(chǔ)氣罐和真空泵。

2 含氟氣體的危害

（1）稀土金屬虹吸過(guò)程中，真空包內(nèi)的含氟氣體被抽入真空泵，因其化學(xué)性質(zhì)活潑與泵腔內(nèi)油極易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)使油質(zhì)變壞，影響潤(rùn)滑和冷卻效果。

（2）具有很強(qiáng)腐蝕性的含氟氣體被抽入真空泵后，泵腔、旋片、轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(guān)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(shí)降低真空泵的抽氣效率，使儲(chǔ)氣罐氣壓緩沖時(shí)間加長(zhǎng)，造成氣壓不足，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因氣壓不足造成稀土金屬液抽吸過(guò)程中虹吸管堵塞，使金屬無(wú)法抽出。

3 除氟裝置

3.1 結(jié)構(gòu)組成

虹吸出爐除氟裝置包括頂層、底層和中間層3層結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)組成見(jiàn)圖1。

圖1 除氟裝置結(jié)構(gòu)組成

（1）不銹鋼鋼絲網(wǎng)層為雙向不銹鋼鋼絲網(wǎng)，鋼絲直徑1～2 mm，網(wǎng)孔為內(nèi)邊長(zhǎng)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(yōu)選20 mm），氧化鋁顆粒直徑3～5 mm（優(yōu)選4 mm）；中層厚度10～20 mm（優(yōu)選10 mm），氧化鋁顆粒直徑1～3 mm（優(yōu)選2 mm）。3.2工作原理

稀土金屬液在虹吸出爐過(guò)程中，經(jīng)除氟裝置后進(jìn)入真空泵腔，除氟裝置雙層雙向不銹鋼鋼絲網(wǎng)層，提高了網(wǎng)層的強(qiáng)度、成形性、耐腐蝕疲勞性和磨損腐蝕性；含氟氣體經(jīng)除氟裝置活性氧化鋁層時(shí)，由于活性氧化鋁主要成分y-Al203和IrAl203與氟離子有很強(qiáng)的交換能力，類(lèi)似于陰離子交換樹(shù)脂，但對(duì)氟離子的選擇性比陰離子樹(shù)脂更大，活性氧化鋁吸附性強(qiáng)，吸附容量是活性炭的3～9倍，因此氣體中的含氟氣體經(jīng)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(chǔ)氣罐內(nèi)。儲(chǔ)氣罐高190 cm、直徑120 cm，除氟裝置安裝于距離儲(chǔ)氣罐底部約80 cm處，便于除氟裝置中鋼絲網(wǎng)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(nèi)。

（2）工藝流程。稀土金屬出爐前真空包的出氣球閥和進(jìn)氣球閥均處于關(guān)閉狀態(tài)，啟動(dòng)真空泵，將儲(chǔ)氣罐及其管路中的氣體逐漸抽出形成真空；當(dāng)儲(chǔ)氣罐真空度達(dá)到工藝要求后，將虹吸車(chē)推至爐前，虹吸管（普遍采用鈦管）深入電解槽底部后，打開(kāi)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(nèi)事先準(zhǔn)備好的模具當(dāng)中澆鑄成型。其間，含氟氣體夾帶其中被吸入真空包，同時(shí)覆蓋金屬表層的氟化物熔鹽在高溫作用下與真空包內(nèi)空氣反應(yīng)產(chǎn)生含氟氣體。在真空泵抽力作用下，含氟氣體沿管路進(jìn)入儲(chǔ)氣罐，經(jīng)除氟裝置3層活性氧化鋁除氟后，氣體經(jīng)真空泵吸氣口進(jìn)入泵腔并最終由排氣口排入大氣。

5使用效果

通過(guò)設(shè)置除氟裝置，對(duì)稀土金屬液虹吸過(guò)程中產(chǎn)生的含氟氣體進(jìn)行有效吸附和氟離子交換，使進(jìn)入真空泵的含氟氣體量得到有效控制，減緩了潤(rùn)滑油的變質(zhì)速度，使油的潤(rùn)滑和冷卻效果的到保證；因降低了含氟氣體進(jìn)入真空泵腔的量，降低了含氟氣體對(duì)旋片、泵腔以及轉(zhuǎn)子的腐蝕程度，延長(zhǎng)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(gè)稀土金屬虹吸過(guò)程得以順利進(jìn)行；對(duì)稀土金屬液虹吸過(guò)程中產(chǎn)生的含氟氣體進(jìn)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(huán)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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