论文部分内容阅读
[摘要]：铝加工过程中会产生含氟的有害气体，这种气体对人体和大气环境有巨大的危害。文章讨论了现有的处理含氟废气的几种主要方法，有干法洗消、湿法洗消、基于化学泵原理的洗消法。并分析了各种洗消法的特点。
[关键词]：铝加工；含氟废气；治理措施
[引言]：
再生铝是一种由含铝的废料和废铝合金材料，经过重新回炉熔炼并提取得到的可使用铝金属或铝合金材料。由于经过铝再生获得的铝材料，与原铝性能相同，因此这一再生过程使得铝材料成为一种可循环利用的资源。据统计目前再生铝的数量占世界原铝年产量的1/3以上。我国是一个铝产量大国，这一铝再生技术在我国可持续发展和科学发展观的要求下，铝再生产业的比重逐年增多。
在再生铝熔炼过程中，会使用含冰晶石（Na3AlF6）的覆盖剂和打渣剂（NaCl、KCl、CaCl、AlCl3的混合物）来保证熔炼的质量。而冰晶石在400℃～600℃的高温下与大气及铝料中的水分会发生化学反应生成氟化氢气体。这是一种无色有刺激性气味的气体，这种气体具有很强的毒性，容易使骨骼、牙齿畸形。此外，当氟化氢气体溶于水时会激烈的放热并生成氢氟酸，这种物质可以透过皮肤被黏膜、呼吸道及肠胃道吸收，使人体中毒。这种气体同时也会对大气造成严重的污染。根据我国环境部门的对铝加工过程中氟排放量的监测结果可以看到，氟排放的平均浓度为11.2mg/m3，远远超过浓度6mg/m3的二级排放标准。为了减少并最终消除再生铝加工过程中的含氟废气，保证人体健康及环保的要求，研究对这一废气的治理措施有重要的实际意义。
1、铝加工过程中含氟废气生成及其危害原理
铝加工工程中再生铝料及大气中的水分会与含冰晶石的覆盖剂和打渣剂发生化学反应，其反应的方程式为：
2Na3AlF6 + 3H2O = 2Al2O3 + 6NaF + 6HF↑
2NaF + 2H2O = Na2O + 2HF↑
對环境和人体产生的危害的HF气体还可以溶于水中，其在水中有两个平衡：
HF=H+ F- k1=7.2×10-4
HF+F-=HF2- k2=5.2
此时随着浓度增大（大于5mol），HF已经是相当强的强酸了，因此HF在溶于水后产生的具有氢氟酸具有强腐蚀性。此外HF气体还能与普通金属发生反应，放出氢气而与空气形成爆炸性混合物，这对生产工作中人员的安全也是一个巨大的危害。
2、处理铝加工过程中含氟废气的方法
2.1干法洗消
干法洗消除还可以叫做干法中和，其原理是HF和含F的酸性物质与如NaOH、Ca（OH）2等固态碱性物质发生中和反应，生成没有危害性的盐类。通过这种方法净化加工过程中的废气，使排放的气体达到标准。
2.1.1干法洗消过程
铝加工过程中，产生的废气依次通过，填充了碱性物质、氧化铝、活性炭的吸收塔，最终成为无害的气体被排放出。过滤的第一层碱性物质一般用CaCO3、Ca（OH）2等碱性的物质，这两种物质与HF的反应方程为：
2HF+CaCO3=CaF2+H20+CO2
2HF+Ca（OH）2=CaF2+H2O
由上述方程式可以看到反应过程中又产生了H2O和CO2，上文已经论述过HF会溶于水中生成有害物质氢氟酸。为此，第二层填充物质采用氧化铝来吸收第一层过滤过程中产生的水分。为了进一步提高对废气的净化程度，再对第三层填充活性炭。
2.1.2干法洗消的特点
在实际处理过中，由于过滤所使用的碱性物质不能及时更换等原因，使得消洗不能将含F废气完全的综合成无害的碱性物质。未被中和掉的HF气体会与设备中的真空泵用油发生反应，会造成真空泵用油性能变差，出现密封性能、润滑效果降低的问题，最终影响到抽取废气的效率。此外，设备内表面会被生成的氢氟酸腐蚀，生成不同种类的固态化合化合物，
这些固态化合物会降低设备的导热能力，最终使设备的冷却效果下降，降低设备的使用能力。
2.2湿法洗消
这种方法是通过利用铝加工过程中的含F废气溶解在液体中的效应，或者是根据含F废气的酸性特征，加入碱性的溶质来中和废气。对含F废气的处理，通常采用NaOH溶液，与溶液中和后生成无害的NaF。
2.2.1湿法洗消的不同形式
采用湿法洗消，其中和过程是在气体和液体的接触面上进行。因此，相应的吸收设备主要区别是在气体与液体接触面形式不同，可将湿法洗消的形式分为三类。
第一类，需净化的废气通过吸收塔底部进入吸收液中，气体在进入吸收液的过程中会生成大量的气泡，从而气液的接触面增加。这种消洗方法中气液接触面的面积是通过控制流体动力状态来决定的。
第二类，吸收设备中填充的材料会使用表面形状复杂的填料，或者是通过快速旋转的机械转盘而形成一层薄的液体膜，通过这层膜来增加液体和气体的接触面积。这种形式的洗消的接触面界主要由吸收配件的表面形式决定。
第三类，通过喷洒的形式将吸收液体雾化，而形成微小液滴。这样就增加了废气和吸收液体的接触面积。这种形式的消洗过程，其净化效果主要由吸收液的供压能力决定。
2.2.2不同湿法洗消的特点
相比不同的湿法洗消，第三类的洗湿法的效率最高。通过单重态氧发生装置的发展过程就可以看到，最早采用的是第一类的鼓泡式，之后运用第二类转板式、转网式，最后出现了喷雾式，可见第三类的方法效果最好。可见喷雾的机理对喷雾式方法的使用效果影响非常大，但目前还没有将射流雾化成不同尺寸的水滴的机理做详尽的研究。
3、总结
再生铝在熔炼过程中会产生含氟的有害气体，这种含氟气体溶于水产生氢氟酸又是一种强酸液体，这两种物质会对人体健康和环境质量产生严重的不良影响。对含氟气体的处理主要有干法洗消、湿法洗消、基于化学泵原理的洗消处理方法。对这些方法的工作原理进行了简要的介绍。并分析了这些方法有各自的特点。发现不同的方法都有一定的弊端。因此为了解决这一含氟废气污染问题，应在已有研究基础上结合不同治理措施的优点建立更加环保、高效、经济的处理方法。
[参考文献]：
[1]李占臣，魏强，姚玉婷，刘杰. 铝合金生产中含氟废气的二段式喷淋处理工程简介[J]. 环境工程，2012，（S2）：207-208.
[2]李占臣，魏强，姚玉婷，刘杰. 铝合金生产中含氟废气的二段式喷淋处理工程简介[J]. 环境工程，2012，（S2）：207-208.
[3]范志刚. 含氟废气处理系统装置研究[D].国防科学技术大学，2006.
[关键词]：铝加工；含氟废气；治理措施
[引言]：
再生铝是一种由含铝的废料和废铝合金材料，经过重新回炉熔炼并提取得到的可使用铝金属或铝合金材料。由于经过铝再生获得的铝材料，与原铝性能相同，因此这一再生过程使得铝材料成为一种可循环利用的资源。据统计目前再生铝的数量占世界原铝年产量的1/3以上。我国是一个铝产量大国，这一铝再生技术在我国可持续发展和科学发展观的要求下，铝再生产业的比重逐年增多。
在再生铝熔炼过程中，会使用含冰晶石（Na3AlF6）的覆盖剂和打渣剂（NaCl、KCl、CaCl、AlCl3的混合物）来保证熔炼的质量。而冰晶石在400℃～600℃的高温下与大气及铝料中的水分会发生化学反应生成氟化氢气体。这是一种无色有刺激性气味的气体，这种气体具有很强的毒性，容易使骨骼、牙齿畸形。此外，当氟化氢气体溶于水时会激烈的放热并生成氢氟酸，这种物质可以透过皮肤被黏膜、呼吸道及肠胃道吸收，使人体中毒。这种气体同时也会对大气造成严重的污染。根据我国环境部门的对铝加工过程中氟排放量的监测结果可以看到，氟排放的平均浓度为11.2mg/m3，远远超过浓度6mg/m3的二级排放标准。为了减少并最终消除再生铝加工过程中的含氟废气，保证人体健康及环保的要求，研究对这一废气的治理措施有重要的实际意义。
1、铝加工过程中含氟废气生成及其危害原理
铝加工工程中再生铝料及大气中的水分会与含冰晶石的覆盖剂和打渣剂发生化学反应，其反应的方程式为：
2Na3AlF6 + 3H2O = 2Al2O3 + 6NaF + 6HF↑
2NaF + 2H2O = Na2O + 2HF↑
對环境和人体产生的危害的HF气体还可以溶于水中，其在水中有两个平衡：
HF=H+ F- k1=7.2×10-4
HF+F-=HF2- k2=5.2
此时随着浓度增大（大于5mol），HF已经是相当强的强酸了，因此HF在溶于水后产生的具有氢氟酸具有强腐蚀性。此外HF气体还能与普通金属发生反应，放出氢气而与空气形成爆炸性混合物，这对生产工作中人员的安全也是一个巨大的危害。
2、处理铝加工过程中含氟废气的方法
2.1干法洗消
干法洗消除还可以叫做干法中和，其原理是HF和含F的酸性物质与如NaOH、Ca（OH）2等固态碱性物质发生中和反应，生成没有危害性的盐类。通过这种方法净化加工过程中的废气，使排放的气体达到标准。
2.1.1干法洗消过程
铝加工过程中，产生的废气依次通过，填充了碱性物质、氧化铝、活性炭的吸收塔，最终成为无害的气体被排放出。过滤的第一层碱性物质一般用CaCO3、Ca（OH）2等碱性的物质，这两种物质与HF的反应方程为：
2HF+CaCO3=CaF2+H20+CO2
2HF+Ca（OH）2=CaF2+H2O
由上述方程式可以看到反应过程中又产生了H2O和CO2，上文已经论述过HF会溶于水中生成有害物质氢氟酸。为此，第二层填充物质采用氧化铝来吸收第一层过滤过程中产生的水分。为了进一步提高对废气的净化程度，再对第三层填充活性炭。
2.1.2干法洗消的特点
在实际处理过中，由于过滤所使用的碱性物质不能及时更换等原因，使得消洗不能将含F废气完全的综合成无害的碱性物质。未被中和掉的HF气体会与设备中的真空泵用油发生反应，会造成真空泵用油性能变差，出现密封性能、润滑效果降低的问题，最终影响到抽取废气的效率。此外，设备内表面会被生成的氢氟酸腐蚀，生成不同种类的固态化合化合物，
这些固态化合物会降低设备的导热能力，最终使设备的冷却效果下降，降低设备的使用能力。
2.2湿法洗消
这种方法是通过利用铝加工过程中的含F废气溶解在液体中的效应，或者是根据含F废气的酸性特征，加入碱性的溶质来中和废气。对含F废气的处理，通常采用NaOH溶液，与溶液中和后生成无害的NaF。
2.2.1湿法洗消的不同形式
采用湿法洗消，其中和过程是在气体和液体的接触面上进行。因此，相应的吸收设备主要区别是在气体与液体接触面形式不同，可将湿法洗消的形式分为三类。
第一类，需净化的废气通过吸收塔底部进入吸收液中，气体在进入吸收液的过程中会生成大量的气泡，从而气液的接触面增加。这种消洗方法中气液接触面的面积是通过控制流体动力状态来决定的。
第二类，吸收设备中填充的材料会使用表面形状复杂的填料，或者是通过快速旋转的机械转盘而形成一层薄的液体膜，通过这层膜来增加液体和气体的接触面积。这种形式的洗消的接触面界主要由吸收配件的表面形式决定。
第三类，通过喷洒的形式将吸收液体雾化，而形成微小液滴。这样就增加了废气和吸收液体的接触面积。这种形式的消洗过程，其净化效果主要由吸收液的供压能力决定。
2.2.2不同湿法洗消的特点
相比不同的湿法洗消，第三类的洗湿法的效率最高。通过单重态氧发生装置的发展过程就可以看到，最早采用的是第一类的鼓泡式，之后运用第二类转板式、转网式，最后出现了喷雾式，可见第三类的方法效果最好。可见喷雾的机理对喷雾式方法的使用效果影响非常大，但目前还没有将射流雾化成不同尺寸的水滴的机理做详尽的研究。
3、总结
再生铝在熔炼过程中会产生含氟的有害气体，这种含氟气体溶于水产生氢氟酸又是一种强酸液体，这两种物质会对人体健康和环境质量产生严重的不良影响。对含氟气体的处理主要有干法洗消、湿法洗消、基于化学泵原理的洗消处理方法。对这些方法的工作原理进行了简要的介绍。并分析了这些方法有各自的特点。发现不同的方法都有一定的弊端。因此为了解决这一含氟废气污染问题，应在已有研究基础上结合不同治理措施的优点建立更加环保、高效、经济的处理方法。
[参考文献]：
[1]李占臣，魏强，姚玉婷，刘杰. 铝合金生产中含氟废气的二段式喷淋处理工程简介[J]. 环境工程，2012，（S2）：207-208.
[2]李占臣，魏强，姚玉婷，刘杰. 铝合金生产中含氟废气的二段式喷淋处理工程简介[J]. 环境工程，2012，（S2）：207-208.
[3]范志刚. 含氟废气处理系统装置研究[D].国防科学技术大学，2006.