鋁加工過程中含氟廢氣處理措施研究

林屾

[摘要]：鋁加工過程中會(huì)產(chǎn)生含氟的有害氣體，這種氣體對(duì)人體和大氣環(huán)境有巨大的危害。文章討論了現(xiàn)有的處理含氟廢氣的幾種主要方法，有干法洗消、濕法洗消、基于化學(xué)泵原理的洗消法。并分析了各種洗消法的特點(diǎn)。

[關(guān)鍵詞]：鋁加工；含氟廢氣；治理措施

[引言]：

再生鋁是一種由含鋁的廢料和廢鋁合金材料，經(jīng)過重新回爐熔煉并提取得到的可使用鋁金屬或鋁合金材料。由于經(jīng)過鋁再生獲得的鋁材料，與原鋁性能相同，因此這一再生過程使得鋁材料成為一種可循環(huán)利用的資源。據(jù)統(tǒng)計(jì)目前再生鋁的數(shù)量占世界原鋁年產(chǎn)量的1/3以上。我國(guó)是一個(gè)鋁產(chǎn)量大國(guó)，這一鋁再生技術(shù)在我國(guó)可持續(xù)發(fā)展和科學(xué)發(fā)展觀的要求下，鋁再生產(chǎn)業(yè)的比重逐年增多。

在再生鋁熔煉過程中，會(huì)使用含冰晶石（Na3AlF6）的覆蓋劑和打渣劑（NaCl、KCl、CaCl、AlCl3的混合物）來保證熔煉的質(zhì)量。而冰晶石在400℃～600℃的高溫下與大氣及鋁料中的水分會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成氟化氫氣體。這是一種無色有刺激性氣味的氣體，這種氣體具有很強(qiáng)的毒性，容易使骨骼、牙齒畸形。此外，當(dāng)氟化氫氣體溶于水時(shí)會(huì)激烈的放熱并生成氫氟酸，這種物質(zhì)可以透過皮膚被黏膜、呼吸道及腸胃道吸收，使人體中毒。這種氣體同時(shí)也會(huì)對(duì)大氣造成嚴(yán)重的污染。根據(jù)我國(guó)環(huán)境部門的對(duì)鋁加工過程中氟排放量的監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看到，氟排放的平均濃度為11.2mg/m3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過濃度6mg/m3的二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。為了減少并最終消除再生鋁加工過程中的含氟廢氣，保證人體健康及環(huán)保的要求，研究對(duì)這一廢氣的治理措施有重要的實(shí)際意義。

1、鋁加工過程中含氟廢氣生成及其危害原理

鋁加工工程中再生鋁料及大氣中的水分會(huì)與含冰晶石的覆蓋劑和打渣劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，其反應(yīng)的方程式為：

2Na3AlF6 + 3H2O = 2Al2O3 + 6NaF + 6HF↑

2NaF + 2H2O = Na2O + 2HF↑

對(duì)環(huán)境和人體產(chǎn)生的危害的HF氣體還可以溶于水中，其在水中有兩個(gè)平衡：

HF=H+ F- k1=7.2×10-4

HF+F-=HF2- k2=5.2

此時(shí)隨著濃度增大（大于5mol），HF已經(jīng)是相當(dāng)強(qiáng)的強(qiáng)酸了，因此HF在溶于水后產(chǎn)生的具有氫氟酸具有強(qiáng)腐蝕性。此外HF氣體還能與普通金屬發(fā)生反應(yīng)，放出氫氣而與空氣形成爆炸性混合物，這對(duì)生產(chǎn)工作中人員的安全也是一個(gè)巨大的危害。

2、處理鋁加工過程中含氟廢氣的方法

2.1干法洗消

干法洗消除還可以叫做干法中和，其原理是HF和含F(xiàn)的酸性物質(zhì)與如NaOH、Ca（OH）2等固態(tài)堿性物質(zhì)發(fā)生中和反應(yīng)，生成沒有危害性的鹽類。通過這種方法凈化加工過程中的廢氣，使排放的氣體達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

2.1.1干法洗消過程

鋁加工過程中，產(chǎn)生的廢氣依次通過，填充了堿性物質(zhì)、氧化鋁、活性炭的吸收塔，最終成為無害的氣體被排放出。過濾的第一層堿性物質(zhì)一般用CaCO3、Ca（OH）2等堿性的物質(zhì)，這兩種物質(zhì)與HF的反應(yīng)方程為：

2HF+CaCO3=CaF2+H20+CO2

2HF+Ca（OH）2=CaF2+H2O

由上述方程式可以看到反應(yīng)過程中又產(chǎn)生了H2O和CO2，上文已經(jīng)論述過HF會(huì)溶于水中生成有害物質(zhì)氫氟酸。為此，第二層填充物質(zhì)采用氧化鋁來吸收第一層過濾過程中產(chǎn)生的水分。為了進(jìn)一步提高對(duì)廢氣的凈化程度，再對(duì)第三層填充活性炭。

2.1.2干法洗消的特點(diǎn)

在實(shí)際處理過中，由于過濾所使用的堿性物質(zhì)不能及時(shí)更換等原因，使得消洗不能將含F(xiàn)廢氣完全的綜合成無害的堿性物質(zhì)。未被中和掉的HF氣體會(huì)與設(shè)備中的真空泵用油發(fā)生反應(yīng)，會(huì)造成真空泵用油性能變差，出現(xiàn)密封性能、潤(rùn)滑效果降低的問題，最終影響到抽取廢氣的效率。此外，設(shè)備內(nèi)表面會(huì)被生成的氫氟酸腐蝕，生成不同種類的固態(tài)化合化合物，

這些固態(tài)化合物會(huì)降低設(shè)備的導(dǎo)熱能力，最終使設(shè)備的冷卻效果下降，降低設(shè)備的使用能力。

2.2濕法洗消

這種方法是通過利用鋁加工過程中的含F(xiàn)廢氣溶解在液體中的效應(yīng)，或者是根據(jù)含F(xiàn)廢氣的酸性特征，加入堿性的溶質(zhì)來中和廢氣。對(duì)含F(xiàn)廢氣的處理，通常采用NaOH溶液，與溶液中和后生成無害的NaF。

2.2.1濕法洗消的不同形式

采用濕法洗消，其中和過程是在氣體和液體的接觸面上進(jìn)行。因此，相應(yīng)的吸收設(shè)備主要區(qū)別是在氣體與液體接觸面形式不同，可將濕法洗消的形式分為三類。

第一類，需凈化的廢氣通過吸收塔底部進(jìn)入吸收液中，氣體在進(jìn)入吸收液的過程中會(huì)生成大量的氣泡，從而氣液的接觸面增加。這種消洗方法中氣液接觸面的面積是通過控制流體動(dòng)力狀態(tài)來決定的。

第二類，吸收設(shè)備中填充的材料會(huì)使用表面形狀復(fù)雜的填料，或者是通過快速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械轉(zhuǎn)盤而形成一層薄的液體膜，通過這層膜來增加液體和氣體的接觸面積。這種形式的洗消的接觸面界主要由吸收配件的表面形式?jīng)Q定。

第三類，通過噴灑的形式將吸收液體霧化，而形成微小液滴。這樣就增加了廢氣和吸收液體的接觸面積。這種形式的消洗過程，其凈化效果主要由吸收液的供壓能力決定。

2.2.2不同濕法洗消的特點(diǎn)

相比不同的濕法洗消，第三類的洗濕法的效率最高。通過單重態(tài)氧發(fā)生裝置的發(fā)展過程就可以看到，最早采用的是第一類的鼓泡式，之后運(yùn)用第二類轉(zhuǎn)板式、轉(zhuǎn)網(wǎng)式，最后出現(xiàn)了噴霧式，可見第三類的方法效果最好。可見噴霧的機(jī)理對(duì)噴霧式方法的使用效果影響非常大，但目前還沒有將射流霧化成不同尺寸的水滴的機(jī)理做詳盡的研究。

3、總結(jié)

再生鋁在熔煉過程中會(huì)產(chǎn)生含氟的有害氣體，這種含氟氣體溶于水產(chǎn)生氫氟酸又是一種強(qiáng)酸液體，這兩種物質(zhì)會(huì)對(duì)人體健康和環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重的不良影響。對(duì)含氟氣體的處理主要有干法洗消、濕法洗消、基于化學(xué)泵原理的洗消處理方法。對(duì)這些方法的工作原理進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹。并分析了這些方法有各自的特點(diǎn)。發(fā)現(xiàn)不同的方法都有一定的弊端。因此為了解決這一含氟廢氣污染問題，應(yīng)在已有研究基礎(chǔ)上結(jié)合不同治理措施的優(yōu)點(diǎn)建立更加環(huán)保、高效、經(jīng)濟(jì)的處理方法。

[參考文獻(xiàn)]：

[1]李占臣，魏強(qiáng)，姚玉婷，劉杰. 鋁合金生產(chǎn)中含氟廢氣的二段式噴淋處理工程簡(jiǎn)介[J]. 環(huán)境工程，2012，（S2）：207-208.

[2]李占臣，魏強(qiáng)，姚玉婷，劉杰. 鋁合金生產(chǎn)中含氟廢氣的二段式噴淋處理工程簡(jiǎn)介[J]. 環(huán)境工程，2012，（S2）：207-208.

[3]范志剛. 含氟廢氣處理系統(tǒng)裝置研究[D].國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2006.