Các phương pháp xử lý khí Flo và hợp chất của Flo

Khí flo và các hợp chất khác của nó rất là độc hại. Hiđro sunfua (HF) chỉ với nồng độ 0,1 phần tỷ trong không khí đã bắt đầu có thể gây hại đến nhiều loại sinh vật. Nồng độ cho phép của HF trong không khí là 20 μg/m³ trong khi đó giới hạn này đối với SO2 và NO2 thương ứng là 350 và 200 μg/m³ (TCVN 05 và 06 – 2009). Điều đó cho thấy rằng việc xử lý flo trong khí thải là hết sức quan trọng.

1. Dùng nước để hấp phụ khí florua

Florua rất dễ hòa tan trong nước, do đó dùng nước đế hấp thụ florua nhằm xử lý khí Flo có thế đảm bảo giảm nồng độ florua trong khi thải xuống dưới mức phát thải cho phép.

Sơ đồ buồng tưới xử lý khí florua

Các dạng thiết bị xử lý khí Flo hấp thụ như scrubơ tưới nước cùng chiều hoặc ngược chiều, có lớp đệm hoặc không lớp đệm (tháp rỗng phun nước), scrubơ Venturi đều có thể sử dụng cho mục đích xử lý khí Flo nêu trên.

2. Khử khí flo và florua bằng dung dịch xút NaOH

Trong khí thải có chứa flo dạng khí thì không thể dùng nước để hấp thụ được vì không phải lúc nào flo cũng chịu tác dụng với nước, hơn nữa trong hệ thống có thể hình thành hỗn hợp gây nổ. Trong trường hợp đó để xử lý khí Flo chất hấp thụ phù hợp là dung dịch NaOH 5- 10%.

Xử lý khí flo bằng dd NaOH

Khí thải chứa flo và hyđro florua đi vào tháp hấp thụ 1 trong đó được tưới dung dịch NaOH 5 + 10% qua vòi tưới 2. Khí sạch theo ống thải 3 thoát ra ngoài. Dung dịch từ tháp hấp thụ chảy ra được bơm vào bể hoàn nguyên 4 để hòa trộn cùng vối sữa với bơm từ bế 5 lên, tại dd xảy ra phản ứng hoàn nguyên (15.45) với điều kiện được khuấy đều. Hỗn hợp ở bể 4 chảy vào bể 6 để lắng trong, phần cặn lắng xuống đáy bể có canxi florua và vôi còn thừa. Phần dung dịch đã lắng trong của bể 6 được hút qua họng 7 để bơm iôn tưới trở lại vào tháp hấp thụ. Các bộ trao đổi nhiệt 8 có tác dụng khống chế nhiệt độ dung dịch tưới nằm trong khoảng 38 –  65°c. Sữa vôi được chuẩn bị bằng cách bổ sung vôi cục hoặc vôi đã tôi từ bunke 9 qua băng tải 10 vào bể ngâm vôi 5, một phần sữa vôi mới củng được bổ sung vào bế 5 sau khi được làm lạnh trong bộ trao đổi nhiệt 11.

Dung dịch NaOH ban đầu 50% được xe xitec chở đến và bơm vào bể chứa 22, ỏ dd được pha thêm nước để được nồng độ 25% và bổ sung vào bể lắng 6 theo nhu cầu. Khi cặn bùn trong bể láng 6 đã tích tụ nhiều, phần dung dịch trong bên trên bể được bơm  vào thùng phèn ly 13, còn cặn bùn được hút thải ra ngoài.

Nồng độ của dung dịch NaOH tưới vào tháp hấp thụ không được thấp hơn 2%, bởi vì lúc dd sẽ hình thành, điflo oxit (F₂0) rất độc. Ngoài ra, nếu thời gian tiếp xúc giữa khí thải và dung dịch tưới quá ngắn (1 s) thì hiện tượng phát sinh điflo oxit cũng xảy ra. Do dd hệ thống hấp thụ cần dược thiết kế với thời gian tiếp xúc tương đối dài để tránh hiện tượng nêu trên và lúc đó các phản ứng (15.43) và (15.44) mới xảy ra được triệt để.

3. Xử lý khí thải của bể điện phân và khí thải từ các hệ thống hút cục bộ trong công nghiệp sản xuất nhôm

Khí thải của phân xưỏng điện phân nhôm có chứa nhiều hợp chất của flo, nhựa và bụi.

Ví dụ, khỉ thoát ra từ bể diện phân trung bình có thành phần thể tích như sau (%): oxy – 21,0, CO – 0,33; C0₂ – 0,40; N₂ – 77,0; HF – 1,0. Các chất khác như: S0₂ = 22 mg/m³; nhựa và bụi = 150 mg/m³.

Bụi trong các hộ thống thông gió hút bụi, trên đường ống dẫn khí trước thiết bị lọc bụi thường có thành phần khối lượng (%) sau đây: Si0₂ – 0,04; Fe₂0₃ – 1,02; Na – 1,56; Al – 28,66; F₂ – 13,11; C 19,44; CaF₂ – 1,07; H₂0-8,22. Các chất khác trong bụi gồm: Al₂0₃ kích thước hạt dưới 4,5 µm, nhôm florua (AlF₃), criolỉt (Na₃AlF₆) và các tạp chất khác.

Khí thải với thành phần nêu trên có thể được xử lý bằng dung dịch có chứa Al₂0₃ và Na₂C0₃. Lượng Al₂0₃ trong dung dịch vừa đủ để thu được muối AlF₃.3HF, muối này sẽ kết hợp với natri cacbonat theo phản ứng sau:

12HF + Al₂0₃       = 2(AlF₃.3HF) + 3H₂0                                 (15.46)

2(AlF₃.3HF) + 3Na2C0₃ = 2(AlF₃.3NaF) + 3C0₂ + 3H₂0                   (15.47)

Sơ đồ hệ thống xử lý được cho ở hình 15.12.

Hệ thống xử lý khí thải từ bể điện phân nhôm

Khí hút lên từ bể điện phân có chứa CO và nhựa đầu tiên được đốt trong lò thiêu đốt 2, Tiếp theo khí thải được dẫn qua hệ thống lọc bụi bằng điện 3 rồi đi vào thiết bị hấp thụ khí flo 4 và thải ra khí quyển qua ống khói 6 cao 20 + 25 m.

Thiết bị hấp thụ 4 được cấụ tạo theo dạng bể hình hộp bằng bê tông cốt thép bên trong có lót lớp cao su đế chống ăn mòn. Bể được chỉa thành nhiều (3) ngăn và không cần lớp đệm, trong đổ dung dịch hấp thụ được phun trực tiếp vào dòng khí. Dung dịch đã sử dụng từ thiết bị hấp thụ chảy ra có chứa criolit kết tủa và một ít Al₂0₃ được khuấy đều trong bể chứa 7 và được bơm lên tưới cho thiết bị hấp thụ một cách tuần hoàn, trong đó phần cặn chiếm khoảng 2 + 3 g/L Một phần dung dịch tưới được liên tục đổ vào bể lắng 9, tại dd phần dung dịch đã lắng trong ở bên trên chảy trở lại vào bể tuần hoàn 7 đế tham gia vào chu trình tưới. Cặn thu được ở bế lắng 9 có thành phần chủ yếu là criolit, sau khi vắt khô bằng máy ly tâm và sấy, được sử đụng trở lại trong dây chuyền sản xuất nhôm.

Khí thải từ các hệ thống thông gió cục bộ trong phân xưởng điện phân nhôm cũng được xử lý tương tự như hệ thống xử lý đổi với bể điện phân. Lượng khỉ thải cần xử lý trong toàn phân xưởng lên đến trên 2 triệu m³ cho 1 tấn nhôm thành phẩm.