稀土生产过程中常用的废气处理方法 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
废气的净化,一般有冷凝法、吸收法、吸附法、燃烧法和催化法等[7]。对于稀土生产中产生的SO2、NO2、NH3、HF、HCl、H2SO4(雾)等有害气体,通常采用适当的液体吸收剂或固体吸收剂进行净化处理,以达到分离有害气体的目的。吸收过程可分为物理吸收和化学吸收。常用的吸收剂有水、NaOH、Na2CO3、CaCO3和氨水等。而常用的吸收方法可分为喷淋吸收法(喷淋塔,填料塔)、泡罩吸收法(泡沫塔)、冲击吸收法(文氏塔、喷射塔)。 对废气的净化程度,以低于国家排放标准为根据。如表1是我国颁布的《大气污染物综合排放标准》GB 16297-1996(表中只列出与稀土生产有关的有害物质的排放标准)。稀土生产废气的处理规模,要根据各生产工序所排出的有害气体的浓度(或量)以及净化设备的效率来具体确定。既可以采用单级设备净化,又可以采用多级设备联合净化装置。但无论选用何种净化形式,都必须根据稀土生产废气的特点,选择净化设备,否则,达不到预期效果。下面,我们将对表2中所列稀土生产中排出废气的主要有害成分的净化方法分别叙述。 表1 现有污染源大气污染物排放限值(部分)
表2稀土生产中排出主要废气
除尘方法 对废气中粉尘的处理方法主要有机械除尘、过滤除尘、洗涤除尘和静电除尘等几大类。要根据废气中粉尘含量及粉尘的密度、粒度、带电性等性质合理选择除尘方法,才能获得理想的除尘效果。 (1)机械除尘 机械除尘是利用重力、惯性力和离心力等机械力将尘粒从气流中分离出来的方法,它适用含尘浓度较高、粉尘粒度较大(粒径5~10μm以上)的气体,一般用于含尘烟气的预净化。这类除尘方法所使用的设备具有结构简单,气流阻力小,基建投资、维修费用和运转费用都比较低的优点;缺点是设备较为庞大,除尘效率不高。 按照对除尘起主要作用的机械力分类,常用的机械除尘设备有以下两类。 ①重力除尘器 也叫粉尘沉降室。它是利用重力和惯性力的作用进行除尘的设备,适用于粉尘粒度在40μm以上或密度较大的粉尘颗粒。含尘气体通过一个体积较大带有隔板的空室,使气流速度在0.5m/s以下,粉尘在重力与隔板撞击力的共同作用下,沉降在重力除尘器的底部而从烟气中分离出来。此设备的除尘效率为40%~60%。 ②旋风除尘器 是利用离心力的作用进行分离净化的除尘设备,适合于粒度大于20μm的烟尘。含尘气流从除尘器圆柱体的上部侧面沿切线方向进入除尘器,在圆柱与中央排气管之间的空间作旋转运动沿螺线下降,使尘粒受离心力作用而被甩到器壁后失去速度,与烟气分离并滑入灰斗。旋风除尘器的除尘效率一般为70%~80%,特点是结构简单,体积小,效果稳定。 (2)过滤除尘 过滤除尘是使含尘气体气流穿过滤料,把粉尘阻留下来而与烟气分离的方法。适用于处理含尘浓度较低,粉尘粒度0.1~0.2μm的气体除尘,除尘效率可达95%~99%。此法常用与旋风除尘器配合使用。最常用的是袋式除尘器。滤袋的材料一般采用天然纤维、合成纤维、玻璃纤维或致密的细度、绒布、羊毛毡等。由于要求过滤材料有良好的力学强度、耐热性和耐腐蚀性,使其应用的广泛性受到一定程度的制约。 (3)洗涤除尘 洗涤除尘是利用水液体对气体中的尘粒进行捕集,使粉尘与气体分离的方法。适用于各种除尘废气的处理,除尘效率一般为70%~90%,高效率的洗涤除尘器收尘率可达95%~99%。洗涤除尘装置由于气流阻力大,用水量大,功率消耗大,因而运转费用较高。同时,洗涤液必须经过处理后才能排放,因此还需要附设废水处理设施。 洗涤除尘设备种类较多,应用较广的有离心式洗涤器、文丘里洗涤等。 (4)静电除尘 静电除尘是利用高压电场对粉尘的作用,使气体流中的粉尘带电而被吸附在集尘极上,之后在粉尘自身重力或振动作用下从电极落下,从而达到除尘目的的方法。适用于除去粒度0.05~20μm的细小粉尘,多用于含金属灰尘的回收,除尘率95%~99.5%。静电除尘器具有气流阻力小、处理能力大的优点,缺点是设备较大,维修费用高,不宜处理在电场中易燃易爆的含尘气体。 除上述除尘方式外,还有砂滤除尘、炭吸咐、泡沫黏附等除尘方法。在实际应用中,单一的除尘方式往往不能去除废气中的所有粉尘,多数情况是几种除尘方式串联使用,甚至在除尘的同时可以去除一些有害成分,并以达到排放标准要求的指标。例如在矿热炉内生产稀土硅铁合金时,产生的含尘废气经过重力、旋风除尘后,用砂滤除尘,并用CaO作吸收剂,除尘率可达到99%,同时可除去99%以上的氟和92%以上的SO2[1,7]。 废气中有害成分的净化 前已述及,稀土生产中废气的主要有害成分是氟、氯,其次还含有二氧化硫等,对这些有害成分的分离净化常用吸收法,其原理是采用水或含有某种化学试剂的溶液作为吸收剂,在净化设备中吸收剂与气体逆流接触,吸收其中的氟、氯和二氧化硫等,从而使废气得到净化。 (1)含氟废气的净化 稀土生产的废气中,氟多以HF和SiF4形式存在。在硫酸焙烧法处理氟碳铈镧矿时,按照完全分解后生成的HF理论量计算,分解lt精矿,要产出50~150kg氟化氢,在烟气中的浓度可达14g/m3,氟含量超标47倍。根据HF和SiF4的特点,常用的处理方法有以下几种[1]。 ①水洗法 是处理含氟废气的常用方法。在喷淋塔中用低温工业水洗涤含HF、SiF4和SO2的废气,化学反应式为: HF(g)+H2O(1)→HF(1)+H2O 3SiF4+2H2O→2H2 SiF4+SiO2 SO2+H2O→H2 SO3 2H2SO3+O2→2H2SO4 经喷淋吸收后,净化率可达97%~98%,废气中氟含量和二氧化硫均可达到排放标准。此法比较简单,但其水洗后的吸收液(混酸)具有很强的腐蚀作用。洗水量过小,吸收效率 不高,洗水量过大,又不利于对吸收液的再处理。 混酸(和硫酸)可以用来制取氟化稀土、冰晶石和硅氟酸钠。 ②氨水吸收法 用氨水作吸收液洗涤含氟气体,其化学反应如下: HF+NH3·H2O→NH4F+H2O 3SiF4+4NH3·H2O→2(NH4)2SiF6+SiO2+2H2O 此法净化含氟废气可行氟化铵和硅氟酸铵。其吸收效率较高,可达95%以上。同时吸收后溶液量较小。但是,在高温吸收时氨的损失量较大,所以在氨水吸收前对含氟废气进行强制冷却是十分重要的条件。 ③碱液中和法 用氢氧化钾和石灰水等碱性溶液吸收含氟气体,生成氟硅酸钾(K2SiF6)和氧化钙(CaF2)、氟硅酸钙(CaSiF6)等,均可消除氟的危害。 (2)含氟、氯废气的净化 由表10-2可见,在氯化法直接处理混合稀土精矿时,会排出大量含氟、氯的废气,氟、氯在烟气中浓度平均为6.45g/m3和17.36g/m3,需要净化后才能排入大气中。 对该废气的净化,可在填料塔内用烧碱溶液与气体进行逆流接触,使氟、氯与烧碱发生如下化学反应: Cl2+2NaOH→NaClO+NaCl+H2O HF+NaOH→NaF+H2O 此法对氟、氯的吸收率达95%~99%,净化后的废气中氟、氯的远远低于排放标准。 (3)含氯废气的净化 对稀土生产中的含氯废气,其回收或净化方法除与上述含氟、氯废气相同的烧碱吸收法外,还可以用以下两种方法。 ①水吸收法 用水洗涤吸收,可制取盐酸。其反应式为:
此法虽然比较简单,但其反应后生成的盐酸对吸收设备有很强的腐蚀性。因此,解决吸收系统的设备防腐问题比较困难。 ②石灰乳洗涤法 用石灰乳洗涤含体,其化学反应如下: 液晶大屏拼接墙Cl2+Ca(OH)2→Ca(ClO)2+H2↑
吸收后生成的含次氯酸钙和氯化钙的废水,用85%以上的氯化钾和酸钾处理,可生成含量在99%以上的氯酸钾和60%以上的氯化钙。此法净化效率较高,一般达95%~98%。 (4)含氯化氢废气的净化 在盐酸分解离子型稀土精矿(REO≥92%)时,在酸分解槽上排出的气体量一般在6.0kg/h左右(开始反应时产出HCl较多,随后较少)[1]。对氯化氢的净化处理方法较多,有水吸收法、碱中和法、氨中和法、甘油吸收法等。碱吸收法较为简单,使用较为普遍。此法以碳酸钠溶液或稀烧碱溶液做吸收液,选用冲击式吸收法,使气液两相逆流接触,可获得较佳的吸收效果。吸收后的氯化钠水溶液进行蒸馏,即可制取工业用结晶氯化钠。氨中和法与此类似,可制取氯化铵。 (5)废气中其他有害成分的净化 在稀土生产中产生的废气除含有以上有害成分外,还有二氧化硫以及由重油、煤、天然气等燃料燃烧产生的少量氮氧化物等。对二氧化硫的方法可分为干法和湿法两大类。湿法常用水、氨水、氢氧化钠(钾)或碳酸钠(钾)溶液为吸收剂;干法采用固体粉末或颗粒(如锰粉)为吸收剂。废气中的氮氧化物主要是NO和NO2,废气中氮氧化物的利用和吸收方法较多,主要有碱吸收法、氨吸收法、崔化还原法、硫酸吸收法等。 应该指出,稀土生产中废气的处理不是按照上述净化方法逐步进行的,而是在满足排放标准的前提下,尽可能利用少的工序去除更多的有害成分,这样既节约占地和设备投入,又降低了废气净化成本。 通常,稀土生产中的废气在干法除尘(重力、旋风、电除尘等)时,废气也同时被冷却,部分高温下挥发的成分(如硫酸)也被除去或回收。之后根据有害成分组成,采用水、碱液等液体多级喷淋,既可除掉细微粉尘,废气中的害成分(如氟、氯等)也相应被除去。废气处理的原则流程如下图所示,根据废气组成的不同,个别工序可以删减或合并。
图中 稀土生产中废气处理的原则流程图 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
本文发布于:2024-09-21 15:55:20,感谢您对本站的认可!
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