稀土生產(chǎn)過程中常用的廢氣處理方法

1、稀土生產(chǎn)中廢氣的產(chǎn)生過程及組成 稀土生產(chǎn)由于原、輔材料的不同，所采用的生產(chǎn)工藝也不盡一致。但在生產(chǎn)流程的許多工序都會產(chǎn)生廢氣，如氟碳鈰礦濃硫酸焙燒法產(chǎn)生的含氟廢氣、稀土氯化物熔鹽電解產(chǎn)生的含氯廢氣、稀土硅鐵合金火法冶煉廢氣等。這些工序的共同特點是產(chǎn)生的廢氣量大、危害性大，對廢氣的處理工藝具有代表性。 硫酸焙燒法處理氟碳鈰鑭礦所產(chǎn)生的工業(yè)廢氣中含有害物質(zhì)較多，主要有氟化氫、三氧化硫、二氧化硫、氟化硅和硫酸霧等。其產(chǎn)生過程如下： 濃硫酸分解稀土精礦的化學反應(yīng)是比較復雜的，在低溫段（窯尾）的反應(yīng)更為劇烈，因此，有部分揮發(fā)后的硫酸霧也隨尾氣排出。此外，在焙燒窯的尾氣中還有二氧化碳和少量固體顆粒（煙塵）

2、。 稀土氯化物熔鹽電解產(chǎn)生的含氯廢氣主要是陽極產(chǎn)生的氯氣。其反應(yīng)過程為：2C12eCl2在結(jié)晶氯化稀土電解時或氯化稀土脫水不完全電解時，還會產(chǎn)生氯化氫氣體：2RECl33H2ORE2O36HCl RECl3H2OREOCl2HCl 用電弧爐生產(chǎn)稀土硅鐵合金過程中會產(chǎn)生大量煙氣，煙氣由二氧化碳、一氧化碳、氟化硅、低價硅氧化物、二氧化硫等組成。這些成分主要來源于碳素爐襯和石墨電極參與反應(yīng)、氟化鈣與二氧化硅作用、硫酸鹽的分解等。（MeO）CMeCO 2(CaF2)2(SiO2)(2CaOSiO2)SiF4 (SiO2)Si2SiO MeSO4 MeOSO3 此外，煙氣中還含有大量的固體塵粒，也是硅鐵

3、合金生產(chǎn)廢氣中的重要害物。 除上述工序產(chǎn)生廢氣外，由于在濕法冶煉中所使用的化工材料也比較多，如：鹽酸、氟氫酸、氫氧化鈉、硝酸、氨等，它們與物料發(fā)生反應(yīng)時，易揮發(fā)或排出氯化氫、氟化氫氣體及硝酸霧、氨氣等。這些有害氣體不但對生產(chǎn)凈化設(shè)備有極強的腐蝕作用，而且對人體和動植物等危害較大，對環(huán)境的影響也非常突出。 稀土生產(chǎn)中產(chǎn)生的主要廢氣組成如下表，可見，稀土生產(chǎn)工藝決定了它所排出的廢氣中是固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)物質(zhì)混合的煙氣。因此，對廢氣進行處理，回收有用物質(zhì)，降低廢氣的危害，具有一定的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。表中 稀土生產(chǎn)中排出主要廢氣稀土生產(chǎn)過程中常用的廢氣處理方法 廢氣的處理方法是根據(jù)廢氣中所含物質(zhì)的性質(zhì)

4、來確定的。對于顆粒物，可采用旋風除塵器、布收塵器和靜電收塵器等分離設(shè)備，借助于不同的外力對顆粒的作用，使其到由大到小逐級分離。 廢氣的凈化，一般有冷凝法、吸收法、吸附法、燃燒法和催化法等7。對于稀土生產(chǎn)中產(chǎn)生的SO2、NO2、NH3、HF、HCl、H2SO4（霧）等有害氣體，通常采用適當?shù)囊后w吸收劑或固體吸收劑進行凈化處理，以達到分離有害氣體的目的。吸收過程可分為物理吸收和化學吸收。常用的吸收劑有水、NaOH、Na2CO3、CaCO3和氨水等。而常用的吸收方法可分為噴淋吸收法（噴淋塔，填料塔）、泡罩吸收法（泡沫塔）、沖擊吸收法（文氏塔、噴射塔）。 對廢氣的凈化程度，以低于國家排放標準為根據(jù)。如

5、表1是我國頒布的大氣污染物綜合排放標準GB 162971996（表中只列出與稀土生產(chǎn)有關(guān)的有害物質(zhì)的排放標準）。稀土生產(chǎn)廢氣的處理規(guī)模，要根據(jù)各生產(chǎn)工序所排出的有害氣體的濃度（或量）以及凈化設(shè)備的效率來具體確定。既可以采用單級設(shè)備凈化，又可以采用多級設(shè)備聯(lián)合凈化裝置。但無論選用何種凈化形式，都必須根據(jù)稀土生產(chǎn)廢氣的特點，選擇凈化設(shè)備，否則，達不到預期效果。下面，我們將對表2中所列稀土生產(chǎn)中排出廢氣的主要有害成分的凈化方法分別敘述。表1 現(xiàn)有污染源大氣污染物排放限值（部分）序號污染物排放濃度/（mg/m3）最高允許排放速率/（kg/h）排氣筒高度/m一級二級三級1氧化硫700（硫、二氧化硫、硫酸

6、和其他含硫化合物使用）1520304050607080901001.62.68.81523334763821003.05.117304564911201602004.17.7264569981401902403102氟化物111520304050607080禁排0.120.200.691.21.82.63.64.90.180.311.01.82.73.95.57.53氯化氫1501520304050607080禁排0.30.511.73.04.56.49.1120.460.772.64.56.99.814194氯氣8525304050607080禁排0.601.03.45.99.112180.

7、901.55.29.01420285硫酸霧701520304050607080禁排1.83.11018273955742.84.616274159831106顆粒物80（玻璃棉塵、石英粉塵、礦渣棉塵）15203040禁排2.23.714253.15.32137150（其他）1520304050302.13.5142436514.16.92746701005.9104069110150 表2稀土生產(chǎn)中排出主要廢氣廢氣名稱廢氣含有害物質(zhì)狀況來源塵/（g/m3）氟/（g/m3）氯/（g/m3）氯化氫/（g/m3）含塵廢氣含氟廢氣含氟、氯廢氣含氯廢氣含氯化氫廢氣2.10微量1.5014.006.451

8、7.3600.206.00稀土硅鐵合金的生產(chǎn)酸法處理混合型稀土礦氯化法處理混合型稀土礦電解法生產(chǎn)稀土金屬酸法處理離子型稀土礦 除塵方法 對廢氣中粉塵的處理方法主要有機械除塵、過濾除塵、洗滌除塵和靜電除塵等幾大類。要根據(jù)廢氣中粉塵含量及粉塵的密度、粒度、帶電性等性質(zhì)合理選擇除塵方法，才能獲得理想的除塵效果。 （1）機械除塵 機械除塵是利用重力、慣性力和離心力等機械力將塵粒從氣流中分離出來的方法，它適用含塵濃度較高、粉塵粒度較大（粒徑510m以上）的氣體，一般用于含塵煙氣的預凈化。這類除塵方法所使用的設(shè)備具有結(jié)構(gòu)簡單，氣流阻力小，基建投資、維修費用和運轉(zhuǎn)費用都比較低的優(yōu)點；缺點是設(shè)備較為龐大，除塵

9、效率不高。 按照對除塵起主要作用的機械力分類，常用的機械除塵設(shè)備有以下兩類。 重力除塵器 也叫粉塵沉降室。它是利用重力和慣性力的作用進行除塵的設(shè)備，適用于粉塵粒度在40m以上或密度較大的粉塵顆粒。含塵氣體通過一個體積較大帶有隔板的空室，使氣流速度在0.5m/s以下，粉塵在重力與隔板撞擊力的共同作用下，沉降在重力除塵器的底部而從煙氣中分離出來。此設(shè)備的除塵效率為40%60%。 旋風除塵器 是利用離心力的作用進行分離凈化的除塵設(shè)備，適合于粒度大于20m的煙塵。含塵氣流從除塵器圓柱體的上部側(cè)面沿切線方向進入除塵器，在圓柱與中央排氣管之間的空間作旋轉(zhuǎn)運動沿螺線下降，使塵粒受離心力作用而被甩到器壁后失去

10、速度，與煙氣分離并滑入灰斗。旋風除塵器的除塵效率一般為70%80%，特點是結(jié)構(gòu)簡單，體積小，效果穩(wěn)定。 （2）過濾除塵 過濾除塵是使含塵氣體氣流穿過濾料，把粉塵阻留下來而與煙氣分離的方法。適用于處理含塵濃度較低，粉塵粒度0.10.2m的氣體除塵，除塵效率可達95%99%。此法常用與旋風除塵器配合使用。最常用的是袋式除塵器。濾袋的材料一般采用天然纖維、合成纖維、玻璃纖維或致密的細度、絨布、羊毛氈等。由于要求過濾材料有良好的力學強度、耐熱性和耐腐蝕性，使其應(yīng)用的廣泛性受到一定程度的制約。 （3）洗滌除塵 洗滌除塵是利用水液體對氣體中的塵粒進行捕集，使粉塵與氣體分離的方法。適用于各種除塵廢氣的處理，

11、除塵效率一般為70%90%，高效率的洗滌除塵器收塵率可達95%99%。洗滌除塵裝置由于氣流阻力大，用水量大，功率消耗大，因而運轉(zhuǎn)費用較高。同時，洗滌液必須經(jīng)過處理后才能排放，因此還需要附設(shè)廢水處理設(shè)施。洗滌除塵設(shè)備種類較多，應(yīng)用較廣的有離心式洗滌器、文丘里洗滌等。 （4）靜電除塵 靜電除塵是利用高壓電場對粉塵的作用，使氣體流中的粉塵帶電而被吸附在集塵極上，之后在粉塵自身重力或振動作用下從電極落下，從而達到除塵目的的方法。適用于除去粒度0.0520m的細小粉塵，多用于含金屬灰塵的回收，除塵率95%99.5%。靜電除塵器具有氣流阻力小、處理能力大的優(yōu)點，缺點是設(shè)備較大，維修費用高，不宜處理在電場中

12、易燃易爆的含塵氣體。 除上述除塵方式外，還有砂濾除塵、炭吸咐、泡沫黏附等除塵方法。在實際應(yīng)用中，單一的除塵方式往往不能去除廢氣中的所有粉塵，多數(shù)情況是幾種除塵方式串聯(lián)使用，甚至在除塵的同時可以去除一些有害成分，并以達到排放標準要求的指標。例如在礦熱爐內(nèi)生產(chǎn)稀土硅鐵合金時，產(chǎn)生的含塵廢氣經(jīng)過重力、旋風除塵后，用砂濾除塵，并用CaO作吸收劑，除塵率可達到99%，同時可除去99%以上的氟和92%以上的SO21，7。 廢氣中有害成分的凈化 前已述及，稀土生產(chǎn)中廢氣的主要有害成分是氟、氯，其次還含有二氧化硫等，對這些有害成分的分離凈化常用吸收法，其原理是采用水或含有某種化學試劑的溶液作為吸收劑，在凈化設(shè)

13、備中吸收劑與氣體逆流接觸，吸收其中的氟、氯和二氧化硫等，從而使廢氣得到凈化。 （1）含氟廢氣的凈化 稀土生產(chǎn)的廢氣中，氟多以HF和SiF4形式存在。在硫酸焙燒法處理氟碳鈰鑭礦時，按照完全分解后生成的HF理論量計算，分解lt精礦，要產(chǎn)出50150kg氟化氫，在煙氣中的濃度可達14g/m3，氟含量超標47倍。根據(jù)HF和SiF4的特點，常用的處理方法有以下幾種1。 水洗法 是處理含氟廢氣的常用方法。在噴淋塔中用低溫工業(yè)水洗滌含HF、SiF4和SO2的廢氣，化學反應(yīng)式為：HF（g）H2O(1)HF(1)H2O3SiF42H2O2H2 SiF4SiO2SO2H2OH2 SO32H2SO3O22H2SO4

14、 經(jīng)噴淋吸收后，凈化率可達97%98%，廢氣中氟含量和二氧化硫均可達到排放標準。此法比較簡單，但其水洗后的吸收液（混酸）具有很強的腐蝕作用。洗水量過小，吸收效率不高，洗水量過大，又不利于對吸收液的再處理。 混酸（氫氟酸和硫酸）可以用來制取氟化稀土、冰晶石和硅氟酸鈉。 氨水吸收法 用氨水作吸收液洗滌含氟氣體，其化學反應(yīng)如下：HFNH3H2ONH4FH2O3SiF44NH3H2O2(NH4)2SiF6SiO22H2O 此法凈化含氟廢氣可行氟化銨和硅氟酸銨。其吸收效率較高，可達95%以上。同時吸收后溶液量較小。但是，在高溫吸收時氨的損失量較大，所以在氨水吸收前對含氟廢氣進行強制冷卻是十分重要的條件。

15、 堿液中和法 用氫氧化鉀和石灰水等堿性溶液吸收含氟氣體，生成氟硅酸鉀（K2SiF6）和氧化鈣（CaF2）、氟硅酸鈣（CaSiF6）等，均可消除氟的危害。 （2）含氟、氯廢氣的凈化 由表10-2可見，在氯化法直接處理混合稀土精礦時，會排出大量含氟、氯的廢氣，氟、氯在煙氣中濃度平均為6.45g/m3和17.36g/m3，需要凈化后才能排入大氣中。 對該廢氣的凈化，可在填料塔內(nèi)用燒堿溶液與氣體進行逆流接觸，使氟、氯與燒堿發(fā)生如下化學反應(yīng)：Cl22NaOHNaClONaClH2OHFNaOHNaFH2O 此法對氟、氯的吸收率達95%99%，凈化后的廢氣中氟、氯的遠遠低于排放標準。 （3）含氯廢氣的凈化

16、 對稀土生產(chǎn)中的含氯廢氣，其回收或凈化方法除與上述含氟、氯廢氣相同的燒堿吸收法外，還可以用以下兩種方法。 水吸收法 用水洗滌吸收氯氣，可制取鹽酸。其反應(yīng)式為：Cl2H2O2HCl1O22 此法雖然比較簡單，但其反應(yīng)后生成的鹽酸對吸收設(shè)備有很強的腐蝕性。因此，解決氯氣吸收系統(tǒng)的設(shè)備防腐問題比較困難。 石灰乳洗滌法 用石灰乳洗滌含氯氣體，其化學反應(yīng)如下：Cl2Ca(OH)2Ca(ClO)2H2Cl2Ca(OH)2CaCl2H2O1O22 吸收后生成的含次氯酸鈣和氯化鈣的廢水，用85%以上的氯化鉀和酸鉀處理，可生成含量在99%以上的氯酸鉀和60%以上的氯化鈣。此法凈化效率較高，一般達95%98%。

17、（4）含氯化氫廢氣的凈化 在鹽酸分解離子型稀土精礦（REO92%）時，在酸分解槽上排出的氣體量一般在6.0kg/h左右（開始反應(yīng)時產(chǎn)出HCl較多，隨后較少）1。對氯化氫的凈化處理方法較多，有水吸收法、堿中和法、氨中和法、甘油吸收法等。堿吸收法較為簡單，使用較為普遍。此法以碳酸鈉溶液或稀燒堿溶液做吸收液，選用沖擊式吸收法，使氣液兩相逆流接觸，可獲得較佳的吸收效果。吸收后的氯化鈉水溶液進行蒸餾，即可制取工業(yè)用結(jié)晶氯化鈉。氨中和法與此類似，可制取氯化銨。 （5）廢氣中其他有害成分的凈化 在稀土生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢氣除含有以上有害成分外，還有二氧化硫以及由重油、煤、天然氣等燃料燃燒產(chǎn)生的少量氮氧化物等。對二氧化硫的方法可分為干法和濕法兩大類。濕法常用水、氨水、氫氧化鈉（鉀）或碳酸鈉（鉀）溶液為吸收劑；干法采用固體粉末或顆粒（如錳粉）為吸收劑。廢氣中的氮氧化物主要是NO和NO2，廢氣中氮氧化物的利用和吸收方法較多，主要有堿吸收法、氨吸收法、崔化還原法、硫酸吸收法等。 應(yīng)該指出，稀土生產(chǎn)中廢氣的處理不是按照上述凈化方法逐步進行的，而是在滿足排放標準的前提下，盡可能利用少的工序