论干法氟化铝生产中石膏尾气处理工艺与设备

鲁 骥，颜 鑫，厉志伟，谢杰军

（1.衡阳市环境监测站，湖南衡阳421001；2.湖南化工职业技术学院化工系；3.湖南有色衡东氟化学有限公司）

论干法氟化铝生产中石膏尾气处理工艺与设备

鲁 骥1，颜 鑫2，厉志伟3，谢杰军3

（1.衡阳市环境监测站，湖南衡阳421001；2.湖南化工职业技术学院化工系；3.湖南有色衡东氟化学有限公司）

干法氟化铝生产工艺中，石膏料仓和装车螺旋装车过程中排放的尾气含氟化氢和石膏粉尘等有害成分，不仅会严重污染作业环境，还会对操作人员的健康造成伤害。通过对各种粉尘处理方法的分析、纯碱脱氟与电石渣浆脱氟的比较，结合液固吸附原理，采用改进型的斜板式折流吸收塔，得到了石膏尾气处理新工艺，并对该工艺的主要设备进行了分析。

干法氟化铝；石膏尾气；处理工艺

1 干法氟化铝生产工艺的优缺点

1.1 工艺简介及优点

干法氟化铝（AlF3）生产工艺是将经预配和预热后的浓硫酸与萤石按要求配比在预反应器内混合，并连续进入回转反应炉中反应，得到氟化氢气体。氟化氢气体再经净化，于流化床中与干燥脱水的氢氧化铝反应，得到氟化铝产品。与湿法AlF3生产工艺相比，干法AlF3生产工艺省去中间产品AlF3· 3H2O的制备和干燥脱水过程，一步直接得到AlF3产品，其化学成分、物理性能均优于湿法AlF3产品。该工艺凭借流程短、工艺紧凑、原料利用率高、能耗低、环境污染小、产品质量好、市场竞争力强等特点逐步取代了传统的湿法AlF3生产工艺。该工艺生产流程如图1［1］所示。

1.2 石膏尾气成分及危害

采用干法生产氟化铝的过程中，经反应炉排出的石膏渣含有低于2%（质量分数）的氟化钙和0.5%（质量分数）的硫酸。石膏通过排渣螺旋再经过斗式提升机排进石膏料仓，与未反应的硫酸和适量Ca（OH）2进行中和反应。在反应炉中由于HF的浓度和分压大，石膏中的HF气体不能完全排出而被带到石膏料仓，导致反应后产生的石膏尾气中含有少量HF（体积分数为2.95%）、石膏粉尘、微量SO3、SO2等有害气体。由于有害气体量小且不连续，因此很少引起生产企业的重视。

HF具有剧毒和极强的腐蚀性，空气中超过9× 10-6就会产生刺激的味道，吸入过多会引起氟中毒，长期接触可引起氟斑牙和氟骨症等疾病，甚至诱发肿瘤。另一方面，由于石膏是以粉状和块状的形式存在，斗式提升机在排料过程中会产生一定量的粉尘。此外，石膏料仓里的石膏在装车外卖的过程中，装车螺旋和车厢之间存在一定的落差，也会产生大量的石膏粉尘。这种夹带HF和SO2、SO3的石膏粉尘，在质量分数为1.22×10-4的环境下停留1 min即会严重刺激操作人员的鼻、咽及呼吸道，暴露数分钟便可能致死。如果长期在含有微量石膏粉尘的环境中工作，很可能引起矽肺，对人体健康造成不可逆转的损害。

2 石膏尾气处理的工艺流程与主要设备

2.1 石膏尾气处理原则流程

处理石膏尾气主要是处理其中所含的少量HF气体和石膏粉尘。石膏尾气中的粉尘有一定黏度并带有腐蚀性，因此不能采用机械除尘装置和织物过滤除尘装置。电除尘装置主要针对0.1 μm以下的飘尘，而石膏尾气中含大量的降尘，因此电除尘也不适宜。在洗涤除尘装置中采用斜板折流塔，吸收净化液可送污水站处理。将石膏料仓中的尾气和装车房的石膏粉尘汇集一起送入尾气处理塔底部，与尾气处理塔顶部喷淋而下的碱性电石渣浆液逆流接触，达到洗涤吸收石膏尾气的目的。经处理合格后的尾气可直接经烟囱排空，反之则送往中央吸收系统作进一步处理。接近中性的吸收净化液则送去污水站。

2.2 电石渣浆取代纯碱作为中和试剂

湖南有色衡东氟化学有限公司目前采用纯碱溶液作为中央吸收系统的碱性吸收液，以该公司一条1.8万t/a的干法氟化铝生产线为例，其尾气处理量为1 292.2 m3/h（含流化床工艺尾气和石膏尾气等），其尾气中 HF体积分数为 2.92%，理论上需要842 mol/h的Na2CO3，如果取安全系数为1.15，则实际上需要消耗Na2CO3968.6 mol/h，约为102.7 kg/h，如果4条生产线同时生产，则需消耗纯碱410 kg/h。1 a按300 d、纯碱按2 000元/t计算，该公司购买纯碱将花费591万元。而电石渣浆只是乙炔气生产过程的一种有害副产物，其主要成分是Ca（OH）2，完全可以免费提供作为氟化铝厂的脱氟试剂 （运输费用除外）。因此，用电石渣浆取代纯碱作为脱氟中和试剂将具有良好的经济效益和社会效益。电石渣浆质量浓度为15～30 g/L时，尾气处理的实际指标和控制指标如表1所示。

表1 尾气处理的实际指标和控制指标 mg/m3

2.3 石膏尾气处理工艺流程

石膏料仓内的尾气从料仓侧壁上沿排出，装车房粉尘从房顶开孔排出并与来自料仓的尾气汇合一起从尾气处理塔侧壁下沿进入塔内。由于尾气处理主要针对粉尘和HF气体，液体对粉尘的吸附是物理过程，可采用来自污水站的净化循环水。HF气量较少，单靠水的吸收效果不好，采用适量电石浆液和净化水一起浇灌才能达到理想的净化效果。吸收净化液从塔底流出进入废液槽，废液槽安装搅拌装置，以免石膏沉积在槽内。槽内安装金属感应式或吹气式液位计，并设定上限和下限，下限的设定高度要高于废水进入管的高度，以免水位低时造成尾气处理塔串气，污水泵设为自动，令其自动控制液位将废液送去污水站，经污水站处理后循环利用。石膏尾气处理工艺流程如图2所示。

装车房产生的粉尘呈间歇性的特点，因此尾气处理塔内不同时间段的气量相差非常大，相应配备2台尾气吸收风机，功率分别为 3～5 kW 和 15～20 kW。装车房与料仓相连接的管道上安装气动阀。净化水分两根管道进尾气处理塔，其中主管安装一个普通的截止阀，旁路安装气动阀。装车房气流管线上气动阀和净化水与大尾气风机联锁。当装车螺旋不工作时，装车房去尾气处理塔的气动阀就处于关闭状态，同时净化水的旁路气动阀和大尾气风机也处于关闭状态。来自石膏料仓的少量粉尘和HF从尾气吸收塔侧壁下沿进入塔内，塔顶由净化水主管调节好流量和电石浆管调节好数量，净化后尾气由小风机送入中央吸收系统。另外当装车螺旋开启时，由于产生大量的粉尘 （单位时间内装车产生的粉尘量比料仓内产生的尾气量要大得多），装车房去尾气吸收塔的气动阀、净化水旁路气动阀和大尾气风机同时提前打开。大小尾气风机采用互投控制，大风机开启时小风机自动停止，每个风机的进气管上面装上单向阀，这样一台风机工作时就不会受另一条管路的影响造成短路。

装车螺旋运行的时间短，粉尘量大，HF相对很少，如果尾气处理塔对粉尘的净化达不到完全合格的标准，则出塔气体将送中央吸收系统。未被吸收干净的少量石膏由于吸附水将无法再形成粉尘。无论装车螺旋开或停，由于装车螺旋基本不会产生HF，HF气量是一定的，因此，电石渣浆流量基本不变。同理，净化水主管的流量也是固定的。

3 主要设备及管路的选用

1）尾气处理装置的内部联锁。正常生产期间，石膏排渣螺旋、斗式提升机处于联锁状态，大尾气风机与石膏装车螺旋也处于互投联锁状态，大风机不打开，石膏螺旋不能启动。大尾气风机和2个气动阀联锁，大风机开启时，2个气动阀同时打开。粉尘的黏度较大，粉尘在管道内较容易粘附，尤其是转角处。石膏料仓到尾气吸收塔中间管道有2个转角，上转角装1个三通，下转角装四通，当出现堵塞情况时，可以清理每根气管。从1个尾气吸收塔出来的气体到风机处有2个转角和1个三通，在下面的转角安装三通，中间的三通改成四通，以便清理沉积下来的石膏浆。

2）采用改进型的板式折流尾气处理塔。尾气处理塔内主要是净化水、电石渣浆、石膏粉、萤石粉等，没有强腐蚀性物质，可采用聚氯乙烯材料。塔内杂质主要是石膏，如采用填料塔，很容易堵塞填料；如采用普通的板式折流塔，石膏也会在折板上聚集；如采用空塔喷淋，则尾气和喷淋液接触不够充分。因此，将板式折流塔的折板上面的溢流堰去除，并把折板改成向下倾斜，这样就会形成水帘（水幕），能增大气液的接触机率，斜板上有水流，石膏也不会沉积下来，就不会堵塞尾气处理塔。

3）安装电动搅拌装置的废液槽。废液槽里面主要是含石膏的污水，而HF被电石渣浆中和吸收后含量很少。为防止石膏和CaF2沉积，在槽上面安装搅拌装置。因搅拌伴有一定的振动，所以废液槽宜选用机械性能较强的钢板。

4）风机和污水泵。两台尾气风机内的气体HF含量极少，故采用普通风机即可。针对废液输送泵，由于废液里面含有石膏和萤石，故宜采用污水泵。

5）聚乙烯管线。由于石膏尾气处理工艺的环境机械振动不强，管道内的介质是粉尘和少量HF，加上温度基本是常温，所以无需采用铁管线，可选用价格相对便宜且具有一定韧性的聚乙烯材料。

［1］颜鑫.论新型干法氟化铝生产工艺与主要设备［J］.轻金属，2010（4）：12-15.

Discussion on treatment technology and equipment of plaster tail gas in production of dry-method aluminum fluoride

Lu Ji1，Yan Xin2，Li Zhiwei3，Xie Jiejun3
（1.Hengyang Environmental Monitoring Station，Hengyang 421001，China；2.Department of Chemical Engineering，Hunan Chemical Vocational and Technical College；3.Hunan Youse Hengdong Fluorine Chemical Co.，Ltd.）

In the production process of dry-method aluminum fluoride，the exhausted tail gas from the plaster storage hopper and screw loading process contains hydrogen fluoride and gypsum dust，which can not only pollute the operating environment, but also can damage the health of operation personnel.Through the analysis of various treatment methods of dust and the comparision of defluorination effect between soda ash and carbide slag slurry and combining the solid-liquid adsorption principle，a new plaster tail gas treatment technology was obtained by adopting the improved inclined disc type baffle absorption tower.The main equipment of the process was also analyzed.

dry fluoride aluminum；plaster tail gas；treatment technology

TQ133.1

A

1006-4990（2012）11-0039-03

2012-05-13

鲁骥（1968— ），男，总工程师，主要从事环境保护工作，发表论文多篇。

联 系 人：颜鑫

联系方式：hnhgyanxin@126.com