CN107983128B - 一种铝电解生产过程中无组织排放含氟气体的治理方法 - Google Patents

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Abstract

一种铝电解生产过程中无组织排放含氟气体的治理方法，按以下步骤进行：(1)在铝电解厂排放天窗处设置多层交错排列的喷头，通过喷头喷淋碱性偏铝酸钠溶液，碱性偏铝酸钠溶液吸收无组织排放含氟气体后形成含冰晶石的吸收液，气态氟化氢与碱性偏铝酸钠生成冰晶石；(2)含冰晶石的吸收液经过收集后过滤，固相为冰晶石；滤液加入偏铝酸钠循环使用；(3)洗涤气体经除雾后排入大气。本发明的方法具有过程简单、操作方便、能耗小、污染物脱除效果好等优点。

Description

一种铝电解生产过程中无组织排放含氟气体的治理方法
技术领域
本发明属于工业废气治理技术领域，特别涉及一种铝电解生产过程中无组织排放含氟气体的治理方法。
背景技术
铝电解过程中，释放的大气污染物主要包括氟化物(HF、CF4、C2F6等)，SO2及气体颗粒等，其中危害最大的是氟化物。根据目前电解工艺特点，任何一种电解槽的密闭罩都不能做到完全封闭，在阳极更换和出铝过程中总会有一部分气体散发于车间，经厂房天窗无组织排入大气，称为无组织排放含氟气体，就排烟中氟化物的数量而言，天窗无组织的排放量比有组织干法净化后从烟囱排放的量还大，是造成周边环境质量超标的主要原因。
铝电解车间天窗排出的无组织烟气，由于烟气量大，其污染治理受到诸多因素的限制。目前对于铝电解无组织排放烟气主要采用湿法净化脱除工艺。湿法工艺主要利用气态氟化氢具有极易被水或碱溶液吸收的特点，对烟气进行喷淋洗涤。洗涤剂可以是清水、石灰乳、氨水、碳酸氢钠以及碱溶液等。清水洗涤由于所得产物氢氟酸腐蚀性较强，对设备造成腐蚀性较大。石灰乳洗涤虽然最经济，但得到的产品为氟化钙渣，实际上不能有效回收氟化盐。因此，目前对于铝电解无组织天窗排放气体的净化处理主要采用碱法洗涤工艺。碱法采用氢氧化钠或碳酸氢钠溶液吸收后，HF转化为NaF，而SO2转化为Na2SO3，pH值控制在6.0～7.0之间，可减轻对设备的腐蚀作用，但吸收液NaF浓度较低，后续回收过程复杂。
发明内容
针对铝电解无组织排放含氟气体净化治理过程中存在的上述问题，本发明提供一种铝电解生产过程中无组织排放含氟气体的治理方法，通过将稀的碱性偏铝酸钠溶液以喷雾方式淋洗气体，淋洗后气体中的氟化氢与偏铝酸钠发生反应直接生成冰晶石，在降低污染的同时，使氟得到回收利用。
本发明的方法按以下步骤进行：
(1)在铝电解厂排放天窗处设置多层交错排列的喷头，通过喷头喷淋碱性偏铝酸钠溶液，碱性偏铝酸钠溶液吸收无组织排放含氟气体后形成含冰晶石的吸收液，无组织排放含氟气体中的气态氟化氢与碱性偏铝酸钠反应生成冰晶石；所述的碱性偏铝酸钠溶液中Na2O浓度为15.8～35.8g/L，Al2O3浓度为10.5～30.5g/L；碱性偏铝酸钠溶液的喷淋量的依据为：控制所吸收液中冰晶石占吸收液总重量的1～3％；
(2)在铝电解厂排放天窗周边的厂房房顶斜坡上设置管道，含冰晶石的吸收液沿厂房房顶斜坡管道汇流，经过收集后的吸收液过滤，过滤获得的固相的主要成分为冰晶石；将过滤后获得的滤液加入偏铝酸钠调整至Na2O浓度为15.8～35.8g/L，Al2O3浓度为10.5～30.5g/L，作为碱性偏铝酸钠溶液，再通过喷头喷淋，循环使用；
(3)无组织排放含氟气体经过喷淋后形成洗涤气体，经除雾装置除雾后排入大气。
上述方法中，步骤(1)中发生的反应的反应式为：
Al2O3·nNa2O+(2n+6)HF→2(AlF3·nNaF)↓+(n+3)H2O。
上述方法中，获得的固相烘干去除水分后获得冰晶石，其分子比为1.5～2.5，杂质的重量含量≤2％。
上述方法中，循环使用的碱性偏铝酸钠溶液中，碳碱浓度累积到浓度为30～60g/L时，用石灰乳进行苛化处理至碳碱的浓度为3～10g/L，然后再循环使用；所述的碳碱浓度是指以碳酸钠形式存在的氧化钠的浓度。
上述方法中，洗涤气体经除雾后烟气雾滴含量≤75mg/Nm3。
上述的无组织排放含氟气体中HF的浓度为0.1～1.5mg/Nm3。
上述方法中，HF的去除率为95～99％。
本发明特点是采用稀的碱性偏铝酸钠溶液对铝电解无组织排放含氟气体进行喷淋洗涤；采用多层交错的喷淋方式，无组织排放含氟气体与洗液充分接触混合，脱氟效率高，洗涤气体经除雾器除雾后排放，排放尾气氟浓度低，解决了目前铝电解无组织排放气体的氟污染问题；利用厂房房顶角度，将洗涤后产生的含冰晶石溶液汇流，集中过滤分离，滤液成分调整后再进入喷淋系统，使生成的冰晶石及时过滤分离排出，返回循环液中固含量几乎为零，从而解决了冰晶石堵塞喷嘴问题；当循环液中碳碱富集到一定浓度时，进行苛化处理后再返回喷淋系统，苛化过程同时脱除循环液中的硫，避免了硫酸根在冰晶石产品中富集；本发明的方法具有过程简单、操作方便、能耗小、污染物脱除效果好等优点。
具体实施方式
本发明实施例中配制碱性偏铝酸钠溶液采用的原料为市购产品。
本发明实施例中采用引风机引导无组织排放含氟气体，经过由多层交错排列的喷头；各喷头喷淋的碱性偏铝酸钠溶液是从循环水槽经水泵导入；厂房房顶斜坡上设置的管道收集的含冰晶石的溶液由循环泵抽吸到储槽集中过滤分离，滤液加入偏铝酸钠后返回循环水槽。
本发明实施例中洗涤气体的HF浓度由JC-5Q泵吸式五合一(SO2、O2、CO2、NO和HF)烟气分析仪分析。
本发明实施例中喷头的设置为3～4层，每层2～3个喷头，各喷头交错排列。
本发明实施例中的除雾装置是指管式除雾器+屋脊式除雾器。
实施例1
在铝电解厂排放天窗处设置多层交错排列的喷头，构成喷淋系统；通过喷头喷淋碱性偏铝酸钠溶液(喷淋强度13～25m3/(m2·h))，碱性偏铝酸钠溶液吸收无组织排放含氟气体后形成含冰晶石的吸收液；
无组织排放含氟气体中HF的浓度为0.5mg/Nm3，在引风机的作用下，经过淋洗系统；无组织排放含氟气体中的气态氟化氢与碱性偏铝酸钠反应生成冰晶石；
所述的碱性偏铝酸钠溶液中Na2O浓度为25.8g/L，Al2O3浓度为25.2g/L；
碱性偏铝酸钠溶液的喷淋量的依据为：控制所吸收液中冰晶石占吸收液总重量的1％；
在铝电解厂排放天窗周边的厂房房顶斜坡上设置管道，含冰晶石的吸收液沿厂房房顶斜坡管道汇流，经过收集后的吸收液过滤，过滤获得的固相的主要成分为冰晶石；
将过滤后获得的滤液加入偏铝酸钠调整至Na2O浓度为25.8g/L，Al2O3浓度为25.2g/L，作为碱性偏铝酸钠溶液，再通过喷头喷淋，循环使用；
获得的固相烘干去除水分后获得冰晶石，其分子比为1.8，杂质的重量含量1.5％；
循环使用的碱性偏铝酸钠溶液中，碳碱浓度累积到浓度为55g/L时，用石灰乳进行苛化处理至碳碱的浓度为9g/L，然后再循环使用；
洗涤气体经除雾后烟气雾滴含量60mg/Nm3；
排入大气的气体中HF的去除率为96.9％。
实施例2
方法同实施例1，不同点在于：
(1)无组织排放含氟气体中HF的浓度为1.0mg/Nm3；
(2)碱性偏铝酸钠溶液中Na2O浓度为35.8g/L，Al2O3浓度为30.5g/L；
(3)喷淋量按吸收液中冰晶石占吸收液总重量的3％；
(4)将过滤后获得的滤液加入偏铝酸钠调整至Na2O浓度为35.8g/L，Al2O3浓度为30.5g/L；
(5)冰晶石分子比为2.1，杂质的重量含量1.6％；
(6)循环使用的碱性偏铝酸钠溶液的碳碱浓度累积到30g/L时，苛化处理至碳碱的浓度为3g/L；
(7)洗涤气体经除雾后烟气雾滴含量75mg/Nm3；
(8)HF的去除率为98.1％。
实施例3
方法同实施例1，不同点在于：
(1)无组织排放含氟气体中HF的浓度为1.5mg/Nm3；
(2)碱性偏铝酸钠溶液中Na2O浓度为15.8g/L，Al2O3浓度为10.5g/L；
(3)喷淋量按吸收液中冰晶石占吸收液总重量的2％；
(4)将过滤后获得的滤液加入偏铝酸钠调整至Na2O浓度为15.8g/L，Al2O3浓度为10.5g/L；
(5)冰晶石分子比为2.5，杂质的重量含量1.8％；
(6)循环使用的碱性偏铝酸钠溶液的碳碱浓度累积到60g/L时，苛化处理至碳碱的浓度为10g/L；
(7)洗涤气体经除雾后烟气雾滴含量68mg/Nm3；
(8)HF的去除率为95.4％。
实施例4
方法同实施例1，不同点在于：
(1)无组织排放含氟气体中HF的浓度为0.8mg/Nm3；
(2)碱性偏铝酸钠溶液中Na2O浓度为30.3g/L，Al2O3浓度为22.5g/L；
(3)喷淋量按吸收液中冰晶石占吸收液总重量的2.5％；
(4)将过滤后获得的滤液加入偏铝酸钠调整至Na2O浓度为30.3g/L，Al2O3浓度为22.5g/L；
(5)冰晶石分子比为2.3，杂质的重量含量1.9％；
(6)循环使用的碱性偏铝酸钠溶液的碳碱浓度累积到40g/L时，苛化处理至碳碱的浓度为5g/L；
(7)洗涤气体经除雾后烟气雾滴含量72mg/Nm3；
(8)HF的去除率为98.8％。
实施例5
方法同实施例1，不同点在于：
(1)无组织排放含氟气体中HF的浓度为0.1mg/Nm3；
(2)碱性偏铝酸钠溶液中Na2O浓度为25.1g/L，Al2O3浓度为21.4/L；
(3)喷淋量按吸收液中冰晶石占吸收液总重量的1.5％；
(4)将过滤后获得的滤液加入偏铝酸钠调整至Na2O浓度为25.1g/L，Al2O3浓度为21.4/L；
(5)冰晶石分子比为1.5，杂质的重量含量2％；
(6)循环使用的碱性偏铝酸钠溶液的碳碱浓度累积到50g/L时，苛化处理至碳碱的浓度为8g/L；
(7)洗涤气体经除雾后烟气雾滴含量70mg/Nm3；
(8)HF的去除率为97.2％。

Claims (2)

1.一种铝电解生产过程中无组织排放含氟气体的治理方法，其特征在于按以下步骤进行：
（1）在铝电解厂排放天窗处设置多层交错排列的喷头，通过喷头喷淋碱性偏铝酸钠溶液，碱性偏铝酸钠溶液吸收无组织排放含氟气体后形成含冰晶石的吸收液，无组织排放含氟气体中的气态氟化氢与碱性偏铝酸钠反应生成冰晶石；所述的碱性偏铝酸钠溶液中Na2O浓度为15.8~35.8g/L，Al2O3 浓度为10.5~30.5g/L；碱性偏铝酸钠溶液的喷淋量的依据为：控制所吸收液中冰晶石占吸收液总重量的1~3%；所述的无组织排放含氟气体中HF的浓度为0.1~1.5mg/Nm3；
（2）在铝电解厂排放天窗周边的厂房房顶斜坡上设置管道，含冰晶石的吸收液沿厂房房顶斜坡管道汇流，经过收集后的吸收液过滤，过滤获得的固相的主要成分为冰晶石；将过滤后获得的滤液加入偏铝酸钠调整至Na2O 浓度为15.8~35.8g/L，Al2O3 浓度为10.5~30.5g/L，作为碱性偏铝酸钠溶液，再通过喷头喷淋，循环使用；获得的固相烘干去除水分后获得冰晶石，其分子比为1.5~2.5，杂质的重量含量≤2%；循环使用的碱性偏铝酸钠溶液中，碳碱浓度累积到浓度为30~60g/L时，用石灰乳进行苛化处理至碳碱的浓度为3~10g/L，然后再循环使用；所述的碳碱浓度是指以碳酸钠形式存在的氧化钠的浓度；HF的去除率为95~99%；
（3）无组织排放含氟气体经过喷淋后形成洗涤气体，经除雾装置除雾后排入大气。
2.根据权利要求1所述的一种铝电解生产过程中无组织排放含氟气体的治理方法，其特征在于步骤（3）中洗涤气体经除雾后烟气雾滴含量≤75mg/Nm3。
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