CN102294170B

CN102294170B - 一种钛高温电解炉专用的尾气处理系统

Info

Publication number: CN102294170B
Application number: CN 201110178197
Authority: CN
Inventors: 贾文成; 刘美凤; 曹志新
Original assignee: BAONA RESOURCE HOLDING (GROUP) CO LTD
Current assignee: BAONA RESOURCE HOLDING (GROUP) CO LTD
Priority date: 2011-06-29
Filing date: 2011-06-29
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2031-06-29
Also published as: CN102294170A

Abstract

本发明涉及一种钛高温电解炉专用的尾气处理系统，所述尾气包含氟化氢气体和少量的固体氟化钙粉尘或者是氟化钙与氟化锂的混合粉尘，该系统除尘器、输气管、尾气控制装置、尾气处理装置、输液管和配料装置，其中除尘器用于将尾气中含有的少量固体氟化钙粉尘或者是氟化钙与氟化锂的混合粉尘去除掉；输气管用于将尾气输送到尾气处理装置；尾气控制装置用于控制尾气的流量；尾气处理装置用于处理尾气中的氟化氢气体以使其分解为无害物质；输液管用于输送吸收液到尾气处理装置；配料装置用于配置吸收液并将该吸收液通过输液管泵送到所述尾气处理装置中。

Description

一种钛高温电解炉专用的尾气处理系统

技术领域

本发明涉及尾气处理系统，更具体而言，涉及一种钛高温电解炉专用的尾气处理系统。

背景技术

钛及钛合金具有比重轻、比强度高、高温下抗蠕变性能好、耐腐蚀等优良性能，在航空航天、冶金、汽车等行业广泛用于结构材料，同时还可以作为功能材料，如储氢材料、形状记忆合金材料等。传统制备钛的方法为镁热还原法，该方法是先由含钛的矿物制取四氯化钛，再用镁还原四氯化钛从而制得海绵钛，最后经过真空自耗电电弧熔炼制成致密钛锭，然后经过轧制、车削等机械手段制成最终产品。现行镁还原法虽然是比较成熟的工业生产方法，但是由于生产过程存在工艺流程长、工序多、能耗高、不能连续生产等问题，并且所用的金属还原剂镁也是由电解得到，因此生产成本高，环境污染严重，限制了钛的应用。

为了解决这一问题，发明人在专利号为ZL200810118616.3的专利中提出了一种高温熔盐电解二氧化钛制备金属钛的方法，该方法是在高温下以石墨电极为阳极，以二氧化钛原料为阴极，在氟化钙熔盐中进行电解，二氧化钛被电解还有为液态的钛，由于密度的差异，钛沉到最底层，当累积的钛达到一定的量后，从高温炉底部出料。由于高温下氧阴离子扩散速度快，从而加速了脱氧速度，因而该方法电流效率高，电耗低，同时由于产品金属钛为液体，可使二氧化钛电解实现连续化，因此能够大幅度降低钛的生产成本，与传统工艺比较可节能50％，电流效率提高到90％以上。

专用于上述高温熔盐电解二氧化钛制备金属钛的方法的钛高温电解炉采用了全封闭设计，尾气从出气口排放，而该尾气主要包含氟化氢气体和少量的固体氟化钙粉尘或者是氟化钙与氟化锂的混合粉尘。氟化氢气体对人体有伤害，并且氟化钙粉尘也会污染环境。

因此，需要一种对尾气进行处理以使其对人体无害并且不会污染环境的尾气处理系统。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种钛高温电解炉专用的尾气处理系统，所述尾气包含氟化氢气体和少量的固体氟化钙粉尘或者是氟化钙与氟化锂的混合粉尘，该系统包括：

除尘器，用于将尾气中含有的少量固体氟化钙粉尘或者是氟化钙与氟化锂的混合粉尘去除掉；

输气管，用于输送尾气；

尾气控制装置，用于控制尾气的流量，其包括安装在该输气管上的压力表和阀门，通过该压力表的指示来调节该阀门以将尾气的压力控制在10-100Pa；

尾气处理装置，用于处理尾气中的氟化氢气体，该尾气处理装置包括：尾气吸收罐、进气管、出气管、吸收液进口和废液排出装置，其中：该尾气吸收罐由塑料制成并且带有盖子，其内部用于盛装吸收液，该进气管位于该尾气吸收罐内部并且在距离底部的5-10cm处，该进气管的下半部分均匀分布有多个直径为1.5mm-3mm的小孔，所述输气管将所述除尘器与该进气管连通，该出气管的一端位于距离该尾气吸收罐的上部的2-5cm处，另一端穿过所述盖子伸向外部环境以便向外排出气体，所述吸收液进口设置在盖子上，所述废液排出装置设置在该尾气吸收罐的底部以用于排出将要被更换的吸收液、和获取吸收液样本以测量吸收液中的氟化钠含量从而确定是否需要更换吸收液；

输液管，用于输送吸收液；

配料装置，用于配置吸收液并将该吸收液通过该输液管泵送到所述吸收罐中，该配料装置包括：带有盖子的塑料桶、其内部安装的泵、以及在盖子上设置的吸收液出口，其中所述塑料桶内装有配制好的吸收液，所述输液管的一端连接到所述吸收液进口，另一端从所述吸收液出口穿过并且连接到所述泵，该输液管与吸收液出口的周围被密封，所述泵将该塑料桶内的吸收液经由该输液管泵送到所述吸收罐内。

其中所述吸收液是含量为2％-10％的碳酸钠溶液或者含量为2-6％的氢氧化钠溶液。

其中所述吸收液是含量为5％的碳酸钠溶液。

其中所述小孔的直径为2mm。

其中所述进气管的截面积为1520平方毫米，所述小孔的排布方式为：将该进气管展开，小孔以10行乘11列的阵列平行布置，相邻两列的间距为10mm，相邻两行的间距为7mm。

其中所述吸收液占所述尾气吸收罐的总容积的75％。

其中当所述吸收液中的氟化钠含量达到25-30g/L时更换该吸收液。

其中先通过废液排出装置排放旧的吸收液，在旧的吸收液高于所述进气管1cm以上时从配料装置灌入新的吸收溶液。

其中所述旧的吸收液的液面高于所述进气管5cm。

其中所述尾气吸收罐的内部尺寸：长为1000mm，宽为700mm，高位800mm。

本发明的尾气处理系统操作简单，利于环保，对尾气中的氟化氢气体具有很好的吸收效果，吸收率达到99％以上。

附图说明

图1是本发明的尾气吸收系统的示意图；

图2是本发明的进气管的示意图；

图3是本发明的进气管上设置的小孔排布的示意图。

具体实施方式

本发明采用湿式净化法来清除可溶性气体氟化氢，即采用含量为2％-10％，优先为5％的碳酸钠溶液来洗涤尾气，其原理是使Na₂CO₃与尾气中的HF起反应，生成碳酸氢钠和氟化钠。由于氟化钠对玻璃有腐蚀，因此需要采用塑料材质的容器和管路组建尾气处理系统。由于尾气中还含有少量的固体氟化钙或者是氟化钙与氟化锂的混合粉尘，因此在采用湿式净化法前先采用除尘器除去尾气中的固体粉尘，该固体粉尘经过回收后可以重复利用。当然，也可以采用其它溶液来洗涤尾气，例如含量为2-6％的氢氧化钠溶液。

如图1所示，本发明的尾气处理系统包括：除尘器、输气管、尾气控制装置、尾气处理装置、输液管和配料装置。

从高温电解炉排出来的尾气，先通过除尘器1，将尾气中含有的少量固体氟化钙粉尘或者是氟化钙与氟化锂的混合粉尘去除掉，被吸收的粉尘可以回收再利用。所述除尘器可以采用市场销售的任意除尘器。

输气管用于输送尾气，其连接除尘器与尾气处理装置。

尾气控制装置包括安装在输气管上的压力表2和阀门3。通过控制阀门3来调节尾气的输出量。压力表2的作用是测量尾气压力。根据压力表的指示来调节阀门3以控制输气管的尾气流量。如果尾气压力过大，则表明尾气流量过大，会造成氟化氢气体吸收效率低，此时需要调低输气管的尾气流量；如果尾气压力太小，则需要调高输气管的尾气流量。压力表2的范围在0-200Pa，通常需要将尾气压力控制在10-100Pa。可选的，可以在尾气控制装置上设置尾气取样口4，用于检测吸收前尾气中的氟化氢气体含量，其可以与从下面的净气取样口8检测的氟化氢气体含量相比较，从而知道本发明的尾气处理系统对氟化氢气体的吸收效率。尾气取样口4处有一个阀门，取样时打开阀门，取样完成后关闭阀门。尾气中的粉尘通过除尘器后一般不会超标；如果尾气中的粉尘超标，可以在吸收罐5内沉积下来。

尾气处理装置主要包括尾气吸收罐5、进气管6、出气管7、吸收液进口9和废液排出装置10。吸收罐5可以为方形、圆柱体形、六棱形等，还可以为其它形状，这里不再赘述。为了防止氟化物的腐蚀，该吸收罐5由塑料制成，特别是由PVC制成。该吸收罐5上有个盖子，该盖子以可拆卸的方式并且优选以具有非常良好的气密性的方式盖在吸收罐上，这样既可防止气体从密封处泄漏，又可以在尾气处理系统不工作时卸下以清洗吸收罐。输气管的一端连接除尘器，另一端从距离吸收罐5的底部为5-10cm处进入到罐的内部，该输气管与罐的结合是密封的，这里将罐内部的输气管称为进气管6，其截面积优选为1520平方毫米，其长度根据技术要求来确定，最大长度是与吸收罐的长度相同，换句话说该进气管6的伸入端可以到罐的相对内墙上，如图1所示。进气管6的下半部分均匀分布有多个直径为例如1.5mm-3mm的小孔，优选为2mm，均匀分布的孔径的目的是尽可能地使气体进入溶液的气泡变小，增加与作为吸收液的碳酸钠溶液或氢氧化钠溶液接触的面积和时间，以求达到更好的吸收效果，根据实验结果，该吸收率达可以到99％以上。这里简单介绍进气管6上的小孔排布情况。通常该进气管为圆管，如果将该圆管展开，直径为2mm的小孔以10行乘11列的阵列平行布置，相邻两列的间距为10mm，相邻两行的间距为7mm，一共810个小孔，如图2和3示意性示出的那样。

以进气管的截面积为1520平方毫米为例，该810个小孔的面积总和为2545平方毫米，远大于进气管的截面积，有利于尾气排出。小孔均布置在管的下半部，目的是有利于尾气中的杂质通过小孔排出。如果进气管6在罐内的长度为1000mm，则810个小孔均匀分布在进入管6中心部的800mm范围内。通常，从除尘器出来的尾气中还会有极少量的粉尘随尾气进入到进气管中，如果在进气管6的上半部分开孔，由于CaF₂不易溶于水，在长期使用过程中就会在进气管内沉积造成堵塞该进气管。因此在进气管的下半部分开孔，可以使CaF₂从小孔落下并沉积在吸收罐5中。为了清洗方便，进气管6与吸收罐5为可拆卸式连接。所述出气管7的一端位于距离该尾气吸收罐的上部的2-5cm处，另一端穿过所述盖子伸向外部环境以便向外排出气体。可选的，还可以在吸收罐5的盖子部分设置净气取样口8，用于对被净化后的气体取样以检测尾气中的氟化氢气体含量。经检测，净化后的尾气中的氟化氢气体含量已降低到0.1mg/m³以下，氟化氢的去除效率达到99％以上，尾气中氟化氢气体的含量达到国家排放标准，从出气管7排出的气体可以直接排入大气中。

吸收罐5的盖子部分设有吸收液进口9，输液管将其与配料罐13的吸收液出口14连通。在吸收罐5的底部设置废液排出装置10，其作用是：一、排出将要被更换的吸收液；二、获取吸收液样本以测量吸收液中的氟化钠含量，从而确定是否需要更换吸收液。该废液排出装置是类似水龙头的装置。由于废液排出装置10的出口内径通常比较大，可选的，还可以在吸收罐5的底部设置废液取样装置11，其目的也是获取吸收液样本以测量吸收液中的氟化钠含量，从而确定是否需要更换吸收液。同样，该废液取样装置11是类似水龙头的装置，但是通常选择该废液取样装置11的出口内径为较小值，以方便获取吸收液样本。这里不对废液排出装置和废液取样装置的出口内径做任何限制，只要能够实现本发明的目的即可。

输液管用于输送吸收液。

配料装置包括带有盖子的塑料桶12，其内部安装的泵15。在该盖子上设有吸收液出口14。输液管的一端连接到吸收罐5的吸收液进口9，另一端经由该吸收液出口14连接到泵15。优选的，输液管与吸收液出口14的周围是密封的，即输液管的外壁与吸收液出口之间无缝隙。在配料装置中配制碳酸钠溶液，先往塑料桶12中加入定量的水，按一定比例在配料装置加入碳酸钠粉或氢氧化钠粉。在本发明中，碳酸钠溶液中的碳酸钠含量为2％-10％，优先5％，当然也可以采用其它比例，例如3％、4％、6％、7％、8％或9％。配好的碳酸钠溶液通过泵15经由输液管被输送到吸收罐5中。可选的，可以在塑料桶12的盖子上设置进水管13，从该进水管13往桶12中加水。

泵15在这里有两个主要功能：一是使桶内液体循环流动以达到搅拌均匀的目的；二是将桶内的吸收液经过输液管泵送到吸收罐5内，即将配制好的吸收液通过输液管泵送到吸收罐5内。

尾气处理过程：

从高温电解炉排出来的尾气，先通过除尘器1，把尾气中还含有的少量固体氟化钙等粉尘除去，除尘后的尾气通过输气管进入进气管6，并且从该进气管6上的小孔进入吸收罐5内的作为吸收液的碳酸钠溶液，该尾气中含有的氟化氢气体与碳酸钠溶液发生反应，生成碳酸氢钠和氟化钠。碳酸钠溶液(即吸收液)一般占吸收罐的总容积的约75％为最佳值。从净气取样口8提取样本，经检测后可以知道，经过本发明的净化过程之后的尾气中的氟化氢气体含量已降低到0.1mg/m³以下，氟化氢气体的去除效率达到99％以上，尾气中氟化氢气体的含量达到国家排放标准，从吸收罐中排出的气体可以直接排入大气中。经过大量实验证明，当吸收液(即碳酸钠溶液)中的氟化钠含量小于25-30g/L时，可以保证此时经净化后排出的尾气中的氟化氢气体含量小于0.1mg/m³，完全符合国家排放标准。

吸收罐5内的溶液浓度可以通过废液排出装置10或废液取样装置11来取样分析，如果其中的氟化钠含量达到25-30g/L，此时需要更换吸收液。可以通过废液排出装置10人工排放吸收罐5内的溶液，先使其降至进气管6以上的大约1-5cm液面处，即高于进气管1cm以上，这时启动配料装置将新的吸收液通过输液管灌入吸收罐5内。一般情况，灌入的速度应大于排出的速度，但是本发明不对具体速度值做出任何限定。根据实验得出，只要保证吸收罐内的液面位置高于进气管1cm以上即可，这是因为吸收液的更换时间很快，不会造成对氟化氢气体的吸收不完全。

在本发明中，吸收罐的内部尺寸为长×宽×高＝1000mm×700mm×800mm，液面高度为600mm，罐的总容积为0.56立方米，液体容积为0.42立方米。排出的溶液可以送至冰晶石合成槽，与铝酸钠溶液起作用，合成冰晶石，这里不再赘述。

尾气经过本发明的尾气吸收系统，其中的氟化物含量小于0.1mg/m³，完全符合国家排放标准，而且本发明的尾气处理系统操作简单，利于环保。

Claims

1.一种钛高温电解炉专用的尾气处理系统，所述尾气包含氟化氢气体和少量的固体氟化钙粉尘或者是氟化钙与氟化锂的混合粉尘，该系统包括：

输气管，用于输送尾气；

尾气控制装置，用于控制尾气的流量，其包括安装在该输气管上的压力表和阀门，通过该压力表的指示来调节该阀门以将尾气的压力控制在10-100Pa：

输液管，用于输送吸收液；

2.根据权利要求1的尾气处理系统，其中所述吸收液是含量为2％-10％的碳酸钠溶液或者含量为2-6％的氢氧化钠溶液。

3.根据权利要求2的尾气处理系统，其中所述吸收液是含量为5％的碳酸钠溶液。

4.根据权利要求1的尾气处理系统，其中所述小孔的直径为2mm。

5.根据权利要求4的尾气处理系统，其中所述进气管的截面积为1520平方毫米，所述小孔的排布方式为：将该进气管展开，小孔以10行乘11列的阵列平行布置，相邻两列的间距为10mm，相邻两行的间距为7mm。

6.根据权利要求1的尾气处理系统，其中所述吸收液占所述尾气吸收罐的总容积的75％。

7.根据权利要求2或3的尾气处理系统，其中当所述吸收液中的氟化钠含量达到25-30g/L时更换该吸收液。

8.根据权利要求7的尾气处理系统，其中先通过废液排出装置排放旧的吸收液，在旧的吸收液高于所述进气管1cm以上时从配料装置灌入新的吸收溶液。

9.根据权利要求8的尾气处理系统，其中所述旧的吸收液的液面高于所述进气管5cm。

10.根据权利要求1-6之一的尾气处理系统，其中所述尾气吸收罐的内部尺寸：长为1000mm，宽为700mm，高为800mm。