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电解制氟生产中废气处理方法的探讨

摘 要:氟因为其特殊的物理性质,经常被作为氟化剂,从而实现对各种性能优良的含氟材料的制取。但是,自然界中的氟元素主要以化合物的形式存在,因此,人们要想获取氟单质,就必须采取相应的措施进行制取。电解制氟是获取氟单质的一种常见方式,但是,通过该方式制取氟的过程中,会产生一定的废气。因此,在采取电解法进行制氟过程中,应当加强对制氟过程中废气的处理,实现对废气的科学处理。本文就电解制氟过程中废气的处理方法进行了合理的探讨。 

  关键词:电解制氟;废气处理;环境污染;氟气 

  氟气呈淡黄色,并且具有毒性,氟气化学性质活泼,其具有强氧化性,可以与大多数氧化物反应,因此,其被用于制取含有氟材料的物质。目前,工业生产过程中采用的氟气主要通过电解无水氟化氢获取。 

  1 制取氟气的技术种类 

  从目前氟气的制取情况来看,常用的制取手段主要有以下三种方法: 

  ①电解法制氟; 

  ②等离子体裂变法; 

  ③化学药剂制取法。 

  从现阶段的情况来看,在以上三种方法中,电解制氟法是技术最为成熟的一种方法,经过人们对该项技术研究的不断深入,该项技术已经十分成熟,并且形成了一定规模。但是,从目前电解制氟法的具体应用情况来看,还存在许多问题,其中最为严重的一项问题,就是在电解制氟期间,会产生大量的废气,因此,在采用电解制氟法时,应当做好废气处理的研究。 

  2 电解制氟法应用过程中产生废气的原因 

  目前,电解制氟法制取氟采用的电解质是氟化氢钾和无水氟化氢的混合物,待电解质温度达到要求后,向电解质中通入直流电,涉及到的化学反应方程式如表1所示。 

  2.1 阴极产生的氢气中含有少量氟化氢 

  对无水氟化氢进行电解过程中,阴极会电解出氢气,但是在氢气中会含有一定量的氟化氢气体,这主要是因为气体氟化氢的沸点较低,仅有19.2℃,而在电解过程中,电解槽内的温度远超氟化氢的沸点,这就会导致电解期间氟化氢会发生挥发。 

  2.2 阳极产生的氟其中含有少量的氟化氢 

  依据相关规定完成对电解槽的组装后,将计算后的氟氢化钾和无水氟化氢加入到电解槽中,然后对装置的绝缘性、气密性等各项指标进行检查,确保各项内容都合格后,方可投入使用。起初运行阶段,采用较低的电流,该阶段主要是将混合后的水分、硫化物、硅化物去除,也被称作预电解阶段。该阶段以水电解为主,并且也会有少量的硅化物、硫化物、氟化氢电解,该阶段形成的氟气的纯度低,同时,由于电解槽的温度远高于氟化氢沸点,氟化氢会发生挥发,因此,这会导致生产的氟气中含有少量氟化氢,无法满足生产需求。此外,在具体电解过程中,如果出现事故,生产的氟气中也会还有氟化氢废气,因此,要利用废气处理系统对生产的气体进行处理。 

  3 处理阳极氟气中还有少量氟化氢杂质的措施 

  3.1 利用新鲜水吸收氢气中含有的少量氟化氢 

  采用电解法制造氟气过程中,电解槽阴极产生的氢气通过管道被输送到氢气缓冲罐中,然后从氢气缓冲罐再汲入到氢气洗剂塔中,氢气洗剂塔内装的是新鲜水,为了确保可以完成对氢气中氟化氢杂质的清除,清水液位高度应当在氢气洗剂塔的1/2-2/3 处。在废气处理过程中,整个装置中的新鲜水通过循环泵运输到洗剂塔顶部,然后完成相应喷淋作业。在该期间,新鲜水从上到下,氟化氢从下到上与新鲜水进行充分接触,此时,氢气中的氟化氢气体会被新鲜水循环吸收,经过处理后的氢气由洗剂塔顶部至排空塔架放空。通过该方式完成对氢气中氟化氢气体的处理,形成的氟化氢溶液的最高浓度能够达到30%。 

  3.2 利用氫氧化钠溶液吸收氟气中的氟化氢杂质 

  利用氢氧化钠溶液对氟其中的氟化氢杂质进行处理,氢氧化钠浓度的不同,涉及到的化学反应也会有所不同,具体情况如表2所示。 

  通过表2可以看出,利用氢氧化钠溶液对氟气中的氟化氢气体进行处理时,氢氧化钠溶液的浓度会对最终的生成物造成一定影响,当氢氧化钠浓度过低,生成物中会存在二氟化氧气体,其有毒,并且具有腐蚀性和刺激性气味,虽然可以溶解在水中,但溶解速度十分缓慢。因此,在工业生产过程中,利用氢氧化钠溶液处理氟气中的氢氟化氢,应当采用浓度在10-15%之间的氢氧化钠溶液,避免处理后的气体中还有二氟化氧气体。 

  实际生产过程中,电解槽阳极产生的氟气经过文丘里喷射管和压缩空气的混合比例为1:6,完成混合后,混合气体会进入到氟气缓冲罐中,再通过氟气缓冲罐进入氟气洗剂塔,具体处理过程中,为了确保处理效果能够得到期望标准,洗剂塔内装有新鲜水,装入的水量的液位应在洗剂塔的1/2-2/3处,然后向洗剂塔中加入氢氧化钠溶液,加入的溶液的浓度应当控制在10%-15%,氢氧化钠溶液通过循环泵进料至洗剂塔上部完成相应的喷淋作业,在该处理过程中,氢氧化钠溶液由上到下,氟化氢气体从下到上充分接触,确保反应的充分性,在处理过程中,会产生少量氧气,针对该过程中生产的氧气,可以通对氟气洗剂塔顶部进入到排空塔架放空。在实际处理过程中,应对处理过程中产生的氟化钠溶液排至废水处理。 

  4 结束语 

  从目前电解制氟的实际生产情况来看,在具体生产过程中,要通过合理的方式对制造过程中产生的废气进行科学处理,从而提高制造气体的纯度。在实际处理过程中,可以通过浓度在10-15%的氢氧化钠溶液和新鲜水,分别对氟其中的氟化氢和氢气中的氟化氢进行处理,从实际应用情况来看,这种处理方式在具体应用过程中不仅效果好,而且具有不错的经济效益。 

  参考文献: 

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  [3]刘永生.电解制氟阳极板的发展概况[J].低温与特气,2016,34(01):5-6+10. 

  [4]张俊辉.电解制氟生产中阴极尾气处理工艺的研究[A]. 中国核学会.中国核科学技术进展报告(第四卷)—中国核学会2015年学术年会论文集第6册(核化学与放射化学分卷、核化工分卷)[C].中国核学会:中国核学会,2015:5. 

  [5]张怀,赵冰,赵纪峥.HAZOP在电解制氟工艺中的应用[J].化学推进剂与高分子材料,2015,13(02):62-65.

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