CN107254692A - 一种电解烟气的吸收及后处理方法 - Google Patents

一种电解烟气的吸收及后处理方法 Download PDF

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Abstract

一种电解烟气的吸收及后处理方法，按以下步骤进行：(1)配制氢氧化钠溶液作为吸收液，或者采用海水作为吸收液；(2)通过喷头向通风器内喷淋吸收液与烟气混合；(3)保留部分饱和吸收液，其余过滤分离出固体杂质，收集滤液；(4)向滤液通入石灰乳，对氟化钠吸收，过滤分离获得氟化钙固相和含硫滤液；(5)向含硫滤液中通入石灰乳，对亚硫酸钠进行吸收，过滤分离得到亚硫酸钙固相和富含钙离子溶液；(6)将保留的部分饱和吸收液与富含钙离子溶液混合，形成沉淀，滤分离后获得二次氟化钙固相和除钙溶液。本发明采用弱碱液吸收电解天窗烟气新工艺，提供了一条经济有效的技术途径；有效处理烟气中污染物，得到副产品。

Description

一种电解烟气的吸收及后处理方法
技术领域
本发明属于烟气废气处理技术领域，特别涉及一种电解烟气的吸收及后处理方法。
背景技术
铝是仅次于钢铁的现代工业基础原材料，具有很高的可回收性能，是一种节能环保绿色材料。同时，铝也是我国有色金属工业贡献率最高的产业之一，广泛应用于建筑、包装、交通运输、电力、航空等领域，是国民经济建设、国防科技事业、战略性新兴产业发展必不可少的重要基础原材料。当前随着我国经济发展步入新常态，其经济增长方式已从传统的要素驱动向以创新驱动方式为主的方向转变。
现代铝工业生产普遍采用冰晶石―熔盐电解法。电解铝在熔盐电解槽中生成，以氧化铝为原料，熔融的Na3AlF6―Al2O3为电解质；采用炭素材料作为阳极，溶解在熔融氟化盐电解质中的氧化铝在直流电的作用下，在阴极上析出金属铝液。
电解生产过程中，氟化铝、冰晶石等氟化盐在高温条件下熔融为电解质，氧化铝熔于电解质，在直流电作用下，发生电化学反应，在阴极析出金属铝，电解质中的氟化物与原料和空气中的水分反应生成HF，与碳、硫元素反应生成CF4、C2F6、SO2等污染物从电解槽中散发出来，同时由于电解槽加工操作，造成氟化物粉尘扬散。这些气态和固态氟化物大部分被电解槽集气罩收集，进入烟气净化系统经处理达标后排入大气，但有少部分在工艺操作时会通过电解槽上部结构缝隙散发到电解槽外，通过电解车间天窗无组织排放到室外，造成一定的环境污染。
发明内容
针对电解槽车间天窗无组织排放的电解烟气造成污染的问题，本发明提供一种电解烟气的吸收及后处理方法，在降低污染物排放，减轻环境污染的同时，回收氟资源。
本发明的方法按以下步骤进行：
1、吸收液调配：配制质量浓度为0.1～42％的氢氧化钠溶液作为吸收液，或者采用海水作为吸收液；
2、吸附：在电解车间通风器上设置喷头，喷头均匀分布，喷头出口与通风器出口相对；通过喷头向通风器内喷淋吸收液，吸收液与通风器内排放的烟气混合反应后，经收集返回到水槽中，再重新用喷头喷淋，直至吸收液饱和，形成饱和吸收液；混合过程中发生反应的反应式为：
NaOH+HF→NaF+H2O
和
2NaOH+SO2→Na2SO3+H2O；
3、除杂：在保留部分饱和吸收液的情况下，将其余饱和吸收液过滤分离出固体杂质，收集滤液；
4、除氟：向滤液中通入石灰乳，与滤液中氟化钠进行反应，石灰乳的用量按石灰乳中的Ca(OH)2与滤液中的NaF完全反应为准，所依据的反应式为：
2NaF+Ca(OH)2→CaF2↓+2NaOH；
反应完毕后，通过脱水过滤机过滤分离获得氟化钙固相和含硫滤液；
5、除硫：向含硫滤液中通入石灰乳，对含硫滤液中的亚硫酸钠进行吸收，石灰乳的用量按石灰乳中的Ca(OH)2与滤液中的亚硫酸钠完全反应为准，所依据的反应式为：
Na2SO3+Ca(OH)2→CaSO3↓+2NaOH；
反应完毕后，通过脱水过滤机过滤分离得到亚硫酸钙固相和富含钙离子溶液；
6、除钙：将保留的部分饱和吸收液与富含钙离子溶液混合，反应后形成氟化钙沉淀，其中保留的部分饱和吸收液的量按其中的NaF与富含钙离子溶液中的Ca(OH)2完全反应为准，所依据的反应式为：
2NaF+Ca(OH)2→CaF2↓+2NaOH；
再经过滤分离后获得二次氟化钙固相和除钙溶液，除钙溶液作为吸收液循环使用。
上述方法中，步骤2吸收液的喷淋量与烟气的流量的比例按每升烟气喷淋1～3m3吸收液。
上述方法中，步骤3分离的固体杂质主要成分为氧化铝和氟化铝，烘干去除水分后作为铝电解原料使用。
上述方法中，步骤4获得的氟化钙固相、步骤5获得的亚硫酸钙固相和步骤6获得的二次氟化钙固相分别经烘干去除水分后，获得氟化钙和亚硫酸钙。
上述的步骤6除钙的目的是避免吸收液在喷头处产生结疤。
上述的烘干去除水分是在100～120℃保温1～2h。
本发明需要在电解车间天窗处设置喷头进行吸收，采取相应的风险防范措施如下：
1、采用碱性吸收液对电解烟气进行净化洗涤，充分降低烟气中的污染物浓度，有效控制电解铝厂污染物总量，降低电解铝行业污染物对于环境的影响；
2、喷淋的水量远小于电解车间屋面排水系统设计最大排水量，相应的结构形式可以保证喷淋水不会进入电解车间内部。
本发明的方法与现有技术相比，该方法的特点是：
1、采用弱碱液吸收电解天窗烟气新工艺，工艺流程主要采用调配、吸附、除杂、除氟、除硫等过程，吸附工段需要对电解天窗进行防腐处理，提供了一条经济有效的技术途径；
2、不仅可以有效的处理电解烟气中污染物，还可以得到副产品，使其具有一定的经济性；
3、副产品主要为氟化钙，纯度≥90％。
附图说明
图1为本发明的电解烟气的吸收及后处理方法流程示意图；
图2为本发明实施例中的电解烟气的吸收及后处理方法设备布置示意图。
具体实施方式
本发明实施例中采用的石灰乳为市购产品。
本发明实施例获得的固体杂质中，氧化铝和氟化铝的含量占全部固体物料总重量≥95％。
本发明实施例中两次获得的氟化钙的总纯度≥90％。
本发明实施例中获得的亚硫酸钙纯度≥90％。
本发明实施例中的烟气为电解车间生产过程中产生的烟气，其中的被回收的成分按重量百分比含HF 10～20％，SO2 10～16％，AlF3 18～23％，Al2O3 16～24％，Na2AlF6 28～33％，全部成分总和为百分百。
本发明实施例中保留部分饱和吸收液占全部饱和吸收液总重量的20～30％。
实施例1
流程如图1所示，采用的设备布置方案如图2所示；
1、吸收液调配：配制质量浓度为0.1％的氢氧化钠溶液作为吸收液；
2、吸附：在电解车间通风器上设置喷头，喷头均匀分布，喷头出口与通风器出口相对；通过喷头向通风器内喷淋吸收液，吸收液与通风器内排放的烟气混合后，经收集返回到水槽中，再重新用喷头喷淋，直至吸收液饱和，形成饱和吸收液；吸收液的喷淋量与烟气的流量的比例按每升烟气喷淋3m3吸收液；
3、除杂：在保留部分饱和吸收液的情况下，将其余饱和吸收液过滤分离出固体杂质，收集滤液；固体杂质主要成分为氧化铝和氟化铝，烘干去除水分后作为铝电解原料使用；
4、除氟：向滤液中通入石灰乳，对滤液中氟化钠进行吸收，石灰乳的用量按石灰乳中的Ca(OH)2与滤液中的NaF完全反应为准；
反应完毕后，通过脱水过滤机过滤分离获得氟化钙固相和含硫滤液；
获得的氟化钙固相经烘干去除水分后，获得氟化钙；
5、除硫：向含硫滤液中通入石灰乳，对含硫滤液中的亚硫酸钠进行吸收，石灰乳的用量按石灰乳中的Ca(OH)2与滤液中的亚硫酸钠完全反应为准；
反应完毕后，通过脱水过滤机过滤分离得到亚硫酸钙固相和富含钙离子溶液；
获得的亚硫酸钙固相经烘干去除水分后，获得亚硫酸钙；
6、除钙：将保留的部分饱和吸收液与富含钙离子溶液混合，反应后形成氟化钙沉淀，其中保留的部分饱和吸收液的量按其中的NaF与富含钙离子溶液中的Ca(OH)2完全反应为准；再经过滤分离后获得二次氟化钙固相和除钙溶液，除钙溶液作为吸收液循环使用；获得二次氟化钙固相经烘干去除水分后，获得氟化钙；其中除钙的目的是避免吸收液在喷头处产生结疤；
上述各步骤中的烘干去除水分是在100℃保温2h。
实施例2
方法同实施例1，不同点在于：
(1)吸收液调配：配制质量浓度为10％的氢氧化钠溶液作为吸收液；
(2)吸收液的喷淋量与烟气的流量的比例按每升烟气喷淋2m3吸收液；
(3)烘干去除水分是在120℃保温1h。
实施例3
方法同实施例1，不同点在于：
(1)吸收液调配：配制质量浓度为42％的氢氧化钠溶液作为吸收液；
(2)吸收液的喷淋量与烟气的流量的比例按每升烟气喷淋1m3吸收液；
(3)烘干去除水分是在110℃保温1.5h。
实施例4
方法同实施例1，不同点在于：
(1)吸收液调配：配制质量浓度为5％的氢氧化钠溶液作为吸收液；
(2)吸收液的喷淋量与烟气的流量的比例按每升烟气喷淋1m3吸收液；
(3)烘干去除水分是在105℃保温2h。
实施例5
方法同实施例1，不同点在于：
(1)吸收液调配：采用海水作为吸收液；
(2)吸收液的喷淋量与烟气的流量的比例按每升烟气喷淋1m3吸收液；
(3)烘干去除水分是在115℃保温1h。

Claims (4)

1.一种电解烟气的吸收及后处理方法，其特征在于按以下步骤进行：
(1)吸收液调配：配制质量浓度为0.1～42％的氢氧化钠溶液作为吸收液，或者采用海水作为吸收液；
(2)吸附：在电解车间通风器上设置喷头，喷头均匀分布，喷头出口与通风器出口相对；通过喷头向通风器内喷淋吸收液，吸收液与通风器内排放的烟气混合后，经收集返回到水槽中，再重新用喷头喷淋，直至吸收液饱和，形成饱和吸收液；混合过程中发生反应的反应式为：
NaOH+HF→NaF+H2O
和
2NaOH+SO2→Na2SO3+H2O；
(3)除杂：在保留部分饱和吸收液的情况下，将其余饱和吸收液过滤分离出固体杂质，收集滤液；
(4)除氟：向滤液中通入石灰乳，对滤液中氟化钠进行吸收，石灰乳的用量按石灰乳中的Ca(OH)2与滤液中的NaF完全反应为准，所依据的反应式为：
2NaF+Ca(OH)2→CaF2↓+2NaOH；
反应完毕后，通过脱水过滤机过滤分离获得氟化钙固相和含硫滤液；
(5)除硫：向含硫滤液中通入石灰乳，对含硫滤液中的亚硫酸钠进行吸收，石灰乳的用量按石灰乳中的Ca(OH)2与滤液中的亚硫酸钠完全反应为准，所依据的反应式为：
Na2SO3+Ca(OH)2→CaSO3↓+2NaOH；
反应完毕后，通过脱水过滤机过滤分离得到亚硫酸钙固相和富含钙离子溶液；
(6)除钙：将保留的部分饱和吸收液与富含钙离子溶液混合，反应后形成氟化钙沉淀，其中保留的部分饱和吸收液的量按其中的NaF与富含钙离子溶液中的Ca(OH)2完全反应为准，所依据的反应式为：
2NaF+Ca(OH)2→CaF2↓+2NaOH；
再经过滤分离后获得二次氟化钙固相和除钙溶液，除钙溶液作为吸收液循环使用。
2.根据权利要求1所述的一种电解烟气的吸收及后处理方法，其特征在于步骤(2)中，吸收液的喷淋量与烟气的流量的比例按每升烟气喷淋1～3m3吸收液。
3.根据权利要求1所述的一种电解烟气的吸收及后处理方法，其特征在于步骤(3)中。分离的固体杂质主要成分为氧化铝和氟化铝，烘干去除水分后作为铝电解原料使用。
4.根据权利要求1所述的一种电解烟气的吸收及后处理方法，其特征在于步骤(4)获得的氟化钙固相、步骤(5)获得的亚硫酸钙固相和步骤(6)获得的二次氟化钙固相分别经烘干去除水分后，获得氟化钙和亚硫酸钙。
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