[科普中国]-含氟废气治理技术

背景

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。

氟是人体的微量元素之一，但长期摄入过量的氟，会在体内积蓄，引起呼吸道疾病，使骨骼变异，甚至造成瘫痪。氟污染对动植物的危害很大，特别是对牲畜和部分农作物的影响尤为显著。2

原理净化含氟废气的主要方法有湿法吸收和干法吸附。目前，工业含氟废气多采用湿法吸收工艺，根据吸收剂不同又将吸收净化法分为水吸收法和碱吸收法。

干法净化处理，系用氧化铝直接吸附氟化氢，并得到含氟氧化铝。作为吸附剂的氧化铝是电解铝生产中的原料，吸附氟化氢后的含氟氧化铝又可直接用于铝电解生产，从而回收了废气中的氟。

湿法净化处理，系采用液体吸收方法。用液体洗涤含氟废气，可达到净化回收的目的，同时还可副产氟硅酸、冰晶石、氟硅酸钠及氟硅脲等。氟硅脲是氟硅酸与尿素的化合物，是防治小麦防锈病的较好农药。吸收氟化物的吸收剂可以采用水，也可以采用碱液、氨水和石灰乳等碱性物质。

治理技术含氟废气主要指含氟化氯(HF)和四氟化硅(SiF4)的废气，主要来源于化工行业的磷肥、冶金行业的铝厂、建材行业的陶瓷、玻璃、水泥、砖瓦等生产过程。其中以电解铝和磷肥工业排放量最大。大量的研究证明，微量氟及其化合物也会对人类和动物的机体造成极严重的后果。

水吸收法水吸收法就是用水作吸收剂来洗涤含氟废气，副产氟硅酸，继而生产氟硅酸钠，回收氟资源。水易得，比较经济，但对设备有腐蚀作用。就目前来看，水吸收法净化含氟废气主要应用于磷肥生产中。

由于SiF4和HF都极易溶于水，HF溶解于水生成氢氟酸，SiF4溶于水生成氟硅酸(H2SiF6)和硅胶(SiO2)。

由于磷肥品种、生产方法、含氟废气的温度、气量、含氟量的不同，净化的工艺流程和设备会有所不同。国内通常采用的脱氟流程多为二级吸收，根据使用的设备不同，分为一室一器、一室一塔、一室一旋、二室一等。这里“室”是指拨水轮吸收室，一般用作一级吸收，优点是不易造成硅胶堵塞，清理方便，但脱氟效率不高；“器”是指文丘里吸收器“塔”是指湍球塔或揣流板塔；“旋”是指旋流板塔。两者组合脱氟率达98%以上。

碱液吸收法碱吸收法是采用碱性物质NaOH、Na2CO3、氨水等作为吸收剂来脱除含氟尾气中的氟等有害物质，并得到副产物冰晶石。最常用的碱性物质是Na2CO3，也可以采用石灰乳作吸收剂，二者的使用有所区别。

用石灰乳做吸收剂净化含氟废气生成CaF2等废渣，可采用抛弃法，也可以经过滤、干燥后送去作橡胶或塑料的填料。该方法适用于排气量较小、废气中含氟量低，回收氟有困难的企业，如搪瓷厂、玻璃马赛克厂、水泥厂等。

电解铝厂废气经除尘后，送入吸收塔底部，与浓度为20~30g/L的Na2CO3溶液在塔内逆流接触，洗涤废气时，烟气中的HF与碱反应生成NaF，吸收脱氟后的气体经除雾后排入空气。在循环吸收过程中，当溶液中的NaF浓度达25g/L后，再加入定量的偏铝酸钠溶液即生成Na3AlF6。偏氯酸钠溶液可由NaOH与Al(OH)3反应制得。合成后的冰晶石母液经沉降后，上层次晶石沉降物经过滤后送往回转窑干燥、脱水即得成品。

干法吸收干法净化技术俗称吸附法，是以粉状的吸附剂吸附废气中的氟化物。该法净化效率高、可回收氟、工艺简单、不存在水的二次污染及设备腐蚀问题等，但净化设备的体积较大。3

吸附净化法是将含氟废气通过装填有固体吸附剂的吸附装置，使氟化氢与吸附剂发生反应，达到除氟的目的。可采用工业氧化铝、氧化钙、氢氧化钙等作吸附剂。在净化铝电解厂烟气常采用的吸附剂是工业氧化铝。铝厂含氟烟气吸附法净化具有如下特点；吸附剂是铝电解的原料氧化铝，吸附氟化氢的氧化铝可直接进入电解铝生产中，不存在吸附剂再生问题；净化效率高，一般在98%以上；干法净化不存在含氟废水，避免了二次污染；和其他方法相比，干法净化基建费用和运行费用都比较低，可适用于各种气候条件，特别是北方冬季，不存在保温防冻问题。4