含氟废气净化技术应对大气污染

（一）含氟废气的来源及其性质

含氟废气主要含氟化氢（HF）和四氟化硅（SiF4），主要来自冶金、核工业、玻璃陶瓷工业、磷肥、氟塑料生产业等。

氟是最活泼的元素，能与硅、碳等多种元素化合，并能使多种化合物分解形成氟化物。氟在大气中能与水蒸气迅速反应，生成氟化氢。

氟化氢是无色、有强刺激性和腐蚀性的有毒气体，极易溶于水，形成氢氟酸。

四氟化硅是无色窒息性气体，极易溶于水，也能与氟化氢反应，生成氟硅酸：

3SiF4+2H2O→2H2SiF6+SiO2

SiF4+2HF→H2SiF6

四氟化硅能与金属氟化物水溶液反应，生成氟硅酸盐，也能与氨水等碱性溶液反应：

3SiF4+4NH3+（n+2）H2O→2（NH4）2SiF6+SiO2.nH2O↓

氟是人体的微量元素之一，但长期过量摄入，会在体内积累引起呼吸道疾病，使骨骼变异、瘫痪、丧失劳动能力。氟对农作物的毒性比SO2大10～1000倍，过量的氟污染会导致颗粒不收。在含氟废气中，HF最多，毒性也最大，通常所说的氟污染主要是指氟化氢而言。含氟废气净化也分干法和湿法两大类，即吸收和吸附。

（二）吸收法净化含氟废气

1.水吸收法

用水吸收净化含氟废气，主要基于HF和SiF4都易溶于水的特性。HF溶于水生成氢氟酸，温度越低，其溶解度越大。当气相中HF浓度为116mg/m3时，分压约为13.33Pa，在此条件下，吸收可得到50%的氢氟酸溶液。氢氟酸的酸性较弱，但腐蚀性很强。

水吸收HF是气膜阻力控制的过程。吸收设备有喷雾塔、填料塔、文丘里洗涤器、湍球塔、喷射式吸收器等。图7.21是喷射吸收器净化含氟废气流程图，氟化物吸收液可回收制取氟盐，如冰晶石（Na3AIF6）、氟硅酸钠、氟化钠等。水吸收法净化氟化物的效率一般在90%以上，在操作要注意反应过程有硅胶析出而出现的设备堵塞以及腐蚀问题。

系统图7.21　喷射吸收净化含氟废气流程图

1—水泵　2—循环水池　3—喷嘴　4—喉管　5—扩散管　6—除雾器　7—排气筒

2.碱液吸收法

碱吸收法是采用碱性物质NaOH、Na2CO3、NH4OH来吸收含氟尾气。该法多以回收冰晶石为主，主要反应原理如下：

碳酸钠溶液吸收含氟烟气，主反应是：

HF+Na2CO3→NaF+NaHCO3

2HF+Na2CO3→2NaF+H2O+CO2

在循环吸收过程中，当吸收液氟化钠浓度达到22g/L以上时，加入定量的铝酸钠（NaAIO2）溶液，并且继续吸收含氟烟气，则会发生下列反应，生成冰晶石：(www.xing528.com)

6NaF+4NaHCO3+NaAlO2→Na3AlF6↓+4Na2CO3+2H2O

6NaF+2CO2+NaAlO2→Na3AlF6↓+2Na2CO3

含氟废气主要来自磷肥和制铝工业生产过程，吸收、吸附种类很多，表7.5列出了含氟烟气常用的净化方法。

表7.5　含氟烟气净化方法分类

（三）吸附法净化含氟废气

吸附法净化含氟废气最早用于铝厂含氟废气的净化，这种方法的特点是：净化效率高，一般在98%以上；吸附剂是氧化铝，吸附氟化氢后不需要再生，可直接用于生产中，替代部分冰晶石；工艺流程简单；不存在废水二次污染和设备的腐蚀问题。与湿法相比，吸附法的基建投资和运行费用都比较低，而且不存在保温防冻问题，可适用于各种气候条件。吸附法不适合用来净化沸点低的四氟化硅。

氧化铝颗粒细、微孔多、比表面大，又是两性化合物，是较好的吸附剂。HF是酸性气体，沸点高（292.54K），分子极性强，容易被氧化铝吸附。该吸附过程主要是化学吸附，同时伴有物理吸附。吸附等温线如图7.22所示。

图7.22　Al2O3对HF的吸附等温线

被吸附的HF与Al2O3表面化学反应为：

Al2O3+6HF→2AlF3+3H2O

上述反应当温度为400K时，1gk=37.2；当温度为1250K时，1gk=1.64。由此可见，低温时有利于该反应向右进行。在一定温度下，反应速度也随着HF浓度提高而增大。

由于表面化学反应速度很高，故吸附过程受气膜控制。因此，吸附设备用输送床和沸腾床，使氧化铝表面不断更新，有效地减小气膜阻力，有利于吸附。

输送床净化工艺流程如图7.23所示。输送床为管状，即反应管。烟气通过反应管的速度一般是：垂直管大于10m/s；水平管大于13m/s，以防止物料沉积；两相接触时间一般大于1s；气固比70～80g/m3。由铝电解槽排出的含氟烟气经排气管进入反应管，从反应管出来的烟气经过袋滤器（或电除尘器等）进行固气分离。净化后的烟气由袋滤器出来，通过风机进入高烟囱然后排入大气。输送床吸附法工艺简单，运行可靠，便于管理。

图7.23　输送床净化含氟废气工艺流程

1—电解槽　2—集气罩　3—排气管　4—反应管　5—料仓　6—定量给料器　7—加料管　8—袋滤器　9—风机　10—烟囱

沸腾床吸附流程如图7.24所示。含氟烟气由沸腾床底部进入，以0.28m/s左右的速度穿过床上的氧化铝沸腾床层，Al2O3床厚40mm。气体携带着Al2O3，粉末经袋滤器过滤净化后排走。

图7.24　沸腾床净化含氟废气工艺流程

1—氧化铝槽车　2—料仓　3—带袋滤器的沸腾床反应器　4—排烟器　5—预焙电解槽