稀土冶炼虹吸出炉除氟装置

徐明钟

（四川江铜稀土有限公司，四川凉山615001）

稀土冶炼虹吸出炉除氟装置

徐明钟

（四川江铜稀土有限公司，四川凉山615001）

设计一种稀土冶炼虹吸出炉除氟装置，使稀土金属液在虹吸出炉过程中产生的含氟气体，经活性氧化铝层除氟后进入真空泵腔，以减少含氟气体与油的反应量，减缓油的变质速度；降低含氟气体对真空泵各器件的的腐蚀，保障真空泵的极限真空度和抽气效率，延长泵的使用寿命；减少含氟气体对空气的污染。

虹吸出炉；含氟气体；除氟；活性氧化铝

0 引言

氟化物熔盐体系氧化物电解工艺因具有单槽容量大、收率高、电流效率高等优点已成为我国稀土金属产业的主流生产工艺。但氟化物熔盐体系在电解过程中产生大量含氟气体（以HF和F2为主），含氟气体化学性质活泼，腐蚀性强，会对机械设备和人体造成损害，排入大气后对空气造成严重污染。

1 含氟气体产生机理

在稀土金属冶炼技术中，虹吸出炉方式得到了广泛应用与推广。虹吸出炉是利用真空泵将储气罐及其管道中的气体不断抽出后形成的真空负压将金属从炉槽内吸出的过程。虹吸过程中，随着稀土金属液体从槽体内被抽出，含氟气体夹带其中被带入真空包，同时高温的稀土金属液体被抽入模具浇铸时，表层的氟化物熔盐与空气发生反应形成含氟气体。真空泵作为原动力不断将气体从真空包和储气罐内抽出，含氟气体随着气流进入储气罐和真空泵。

2 含氟气体的危害

（1）稀土金属虹吸过程中，真空包内的含氟气体被抽入真空泵，因其化学性质活泼与泵腔内油极易发生化学反应使油质变坏，影响润滑和冷却效果。

（2）具有很强腐蚀性的含氟气体被抽入真空泵后，泵腔、旋片、转子等极易被腐蚀，缩短真空泵的使用寿命。

（3）因泵腔、旋片和转子等被腐蚀，旋片和泵腔之间的气隙增大（旋片和泵腔之间的气隙是决定真空泵抽气效率和极限真空度的关键因素），降低真空泵的极限真空度，影响真空泵的极限抽力；泵腔和旋片之间气隙增大，同时降低真空泵的抽气效率，使储气罐气压缓冲时间加长，造成气压不足，严重时会因气压不足造成稀土金属液抽吸过程中虹吸管堵塞，使金属无法抽出。

3 除氟装置

3.1 结构组成

虹吸出炉除氟装置包括顶层、底层和中间层3层结构，顶层、底层均为不锈钢钢丝，中间层为活性氧化铝。除氟装置结构组成见图1。

图1 除氟装置结构组成

（1）不锈钢钢丝网层为双向不锈钢钢丝网，钢丝直径1～2 mm，网孔为内边长1～3 mm的正方形孔。

（2）活性氧化铝层为球状活性氧化铝，主要成分为y-Al203和IrAl203，由上、中、下3层组成。上层和下层厚度10～30 mm（优选20 mm），氧化铝颗粒直径3～5 mm（优选4 mm）；中层厚度10～20 mm（优选10 mm），氧化铝颗粒直径1～3 mm（优选2 mm）。3.2工作原理

稀土金属液在虹吸出炉过程中，经除氟装置后进入真空泵腔，除氟装置双层双向不锈钢钢丝网层，提高了网层的强度、成形性、耐腐蚀疲劳性和磨损腐蚀性；含氟气体经除氟装置活性氧化铝层时，由于活性氧化铝主要成分y-Al203和IrAl203与氟离子有很强的交换能力，类似于阴离子交换树脂，但对氟离子的选择性比阴离子树脂更大，活性氧化铝吸附性强，吸附容量是活性炭的3～9倍，因此气体中的含氟气体经除氟剂吸附和离子交换后，几乎消耗殆尽。上层和下层球状活性氧化铝的单粒直径大于中层氧化铝的单粒直径，利于空隙的填充，提高除氟效果。

4 除氟装置安装位置及工艺流程

（1）安装位置。如图2所示，位置1：安装于储气罐内。储气罐高190 cm、直径120 cm，除氟装置安装于距离储气罐底部约80 cm处，便于除氟装置中钢丝网和活性氧化铝的取出、清洗和更换。位置2：安装于虹吸出炉装置的管路内。

（2）工艺流程。稀土金属出炉前真空包的出气球阀和进气球阀均处于关闭状态，启动真空泵，将储气罐及其管路中的气体逐渐抽出形成真空；当储气罐真空度达到工艺要求后，将虹吸车推至炉前，虹吸管（普遍采用钛管）深入电解槽底部后，打开出气球阀；稀土金属液在真空吸力作用下沿虹吸管，被抽入真空包内事先准备好的模具当中浇铸成型。其间，含氟气体夹带其中被吸入真空包，同时覆盖金属表层的氟化物熔盐在高温作用下与真空包内空气反应产生含氟气体。在真空泵抽力作用下，含氟气体沿管路进入储气罐，经除氟装置3层活性氧化铝除氟后，气体经真空泵吸气口进入泵腔并最终由排气口排入大气。

5使用效果

通过设置除氟装置，对稀土金属液虹吸过程中产生的含氟气体进行有效吸附和氟离子交换，使进入真空泵的含氟气体量得到有效控制，减缓了润滑油的变质速度，使油的润滑和冷却效果的到保证；因降低了含氟气体进入真空泵腔的量，降低了含氟气体对旋片、泵腔以及转子的腐蚀程度，延长真空泵的使用寿命；旋片和泵腔之间的气隙得到保证，真空泵的极限真空度和抽气效率得到保证，使整个稀土金属虹吸过程得以顺利进行；对稀土金属液虹吸过程中产生的含氟气体进行有效吸附和氟离子交换，减轻含氟气体排入大气造成的环境污染。

〔编辑李波〕

图2 安装除氟装置的虹吸出炉示意图

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2016.12.51

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