本發(fā)明屬于天然二氧化鈾氫氟化生成四氟化鈾工藝尾氣處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氫氟化工藝尾氣處理方法。

背景技術(shù)：

在天然四氟化鈾生產(chǎn)過程中，工藝尾氣對(duì)人身安全及周圍環(huán)境有較大危害。四氟化鈾生產(chǎn)中處理氫氟化工藝尾氣，尤其是處理尾氣中hf是一項(xiàng)重要技術(shù)。

目前，國(guó)外氫氟化工藝尾氣的處理方法主要有兩類：一是直接用堿液中和氟化氫，多用堿液koh、naoh溶液，也可以采用氨水、石灰乳等。二是回收氟化氫以制成不同濃度的氫氟酸加以利用。中和法主要用于hf濃度較低的工藝尾氣處理，多數(shù)在淋洗塔中進(jìn)行堿液循環(huán)泵由淋洗塔頂部進(jìn)入，與由塔底進(jìn)入的尾氣完成中和反應(yīng)。當(dāng)[f^-]達(dá)到一定濃度后，輸送至其它工序，回收其中naf，nh4f、kf等元素。回收法主要采用利用水作為噴淋液，多數(shù)氟化氫、水蒸汽經(jīng)淋洗、冷卻后進(jìn)入到淋洗液中，當(dāng)淋洗液酸度達(dá)到一定值后，進(jìn)行蒸餾處理；或者將酸液輸送至石灰池中和處理。然而，根據(jù)hf-h2o體系沸點(diǎn)與組成的關(guān)系，最高恒沸點(diǎn)溫度為112℃，對(duì)應(yīng)的氣相氟化氫含量約為38％，故只經(jīng)過蒸餾方法無法制取高濃度的氫氟酸。而利用復(fù)鹽法(利用naf、kf等可與氟化氫形成nahf2、khf2、khf3，然后在一定條件下分解復(fù)鹽，回收hf)回收、制備高濃度氫氟酸的方法在世界范圍內(nèi)沒用工程化應(yīng)用的先例。

以上兩種方法均存在不同程度的缺陷。中和法若采用堿液作淋洗液會(huì)產(chǎn)生大量淋洗液需要有后續(xù)工序進(jìn)行處理，才能夠回收部分有用物質(zhì)，但處理過程工藝技術(shù)復(fù)雜，操作繁復(fù)?；厥辗ㄖ迫〉臍浞釢舛葍H能達(dá)到38％，并需要建設(shè)一條蒸餾生產(chǎn)線，操作過程較為復(fù)雜；若不進(jìn)行蒸餾而進(jìn)行中和處理則產(chǎn)生大量廢液，酸液輸送至石灰池中和處理后，處理效率較低，據(jù)調(diào)研采用該法無法將酸液完全處理，從而對(duì)石灰池環(huán)境、土壤、地下水等造成污染。并且，低濃度氫氟酸具有極強(qiáng)的腐蝕性，在有氧氣存在時(shí)，氫氟酸腐蝕性能極強(qiáng)，對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)材料和管道、閥門要求很高。

最理想的方法是法國(guó)“l(fā).c”爐氫氟化尾氣處理處理技術(shù)，不經(jīng)過處理的工藝尾氣直接采用“l(fā).c”爐循環(huán)利用，具體為：在還原段與氫氟化段之間增設(shè)了uo2冷卻段和過量hf吸收段，將從還原段下移的高溫uo2冷卻至200℃，使之與從垂直氫氟化反應(yīng)區(qū)排除的過量hf氣體反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為uf4。根據(jù)資料顯示，利用該方法可使自身尾氣中hf含量降至0。然而該方法需要較為嚴(yán)格的控制條件，包括較大的hf濃度等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種安全高效的氫氟化工藝尾氣處理方法，能夠完全處理系統(tǒng)尾氣，對(duì)環(huán)境影響忽略不計(jì)。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案為：

一種氫氟化工藝尾氣處理方法，包括如下步驟：

步驟一：通冷卻水對(duì)冷凝器內(nèi)降溫，降溫過程中，控制冷卻水進(jìn)口溫度為10-25℃，出口溫度為25-45℃，降溫時(shí)間為30min；降溫后將冷凝器切入生產(chǎn)系統(tǒng)，對(duì)氫氟化工藝尾氣進(jìn)行冷凝；

步驟二：對(duì)冷凝器液體每小時(shí)取樣一次，分析冷凝液中氟化氫含量，直至保持在5％-15％之間；

步驟三：若冷卻水出口溫度低于35℃，說明冷卻水流量控制合適；若冷卻水出口溫度大于35℃，溫度每增加5℃，調(diào)節(jié)冷卻水流量增加5m³/h，溫度上升不足5℃時(shí)按5℃處理；

步驟四：開啟冷凝器上方的暫存罐進(jìn)出口閥門，接收氫氟酸；

步驟五：對(duì)不凝性氣體酸度進(jìn)行分析，其值應(yīng)小于2％；若高于2％，則根據(jù)反饋結(jié)果調(diào)節(jié)冷凝器溫度，酸度高于控制值1％，酸度高于控制值不足1％時(shí)按1％處理，冷卻水流量相應(yīng)增加2m³/h；

步驟六：時(shí)刻觀察工藝尾氣流量變化，若尾氣流量變化大于5％，則冷卻水流量增加1m³/h；不足5％時(shí)不調(diào)整；

步驟七：監(jiān)測(cè)暫存罐氫氟酸液位變化，達(dá)到容積70％時(shí)，啟動(dòng)屏蔽泵將氫氟酸泵入氫氟酸儲(chǔ)罐，進(jìn)行回收處理。

所述的冷凝器選用石墨作為內(nèi)襯材料，表面采用碳鋼。

所述的冷凝器冷卻劑采用生產(chǎn)上水，生產(chǎn)上水溫度為15℃。

所述的冷凝器長(zhǎng)徑比在(5～8):1范圍內(nèi)，冷凝器吸收反應(yīng)器內(nèi)徑為530mm，長(zhǎng)度為2860mm。

所述的冷凝器換熱面積為30m²。

本發(fā)明所取得的有益效果為：

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了氫氟化工藝尾氣的完全處理。冷凝的氫氟酸酸度較低約10％-30％，可作為副產(chǎn)品處理；也可通過蒸餾等方法重新利用；或利用中和法對(duì)其進(jìn)行徹底處理。本發(fā)明具有設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便快捷、控制條件易于實(shí)現(xiàn)、安全系數(shù)較高、經(jīng)濟(jì)性好，同時(shí)hf回收處理等優(yōu)點(diǎn)。具體如下：

(1)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。該取樣系統(tǒng)主要包括冷凝器、hf儲(chǔ)罐、屏蔽泵及相應(yīng)管道、閥門等。(2)操作方便快捷。在生產(chǎn)條件下，只需通過控制冷卻水控制閥門的開啟/關(guān)閉狀態(tài)，即可完成對(duì)氟化氫工藝尾氣的處理。(3)控制條件易于實(shí)現(xiàn)。處理過程中無需復(fù)雜的控制系統(tǒng)，其中溫度控制，可通過調(diào)節(jié)冷卻水流量進(jìn)行；壓力為常壓或微負(fù)壓，冷凝液?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流量有限，故冷凝器內(nèi)壓力可視為常壓。(4)安全系數(shù)較高。尾氣處理過程，對(duì)工藝控制條件無嚴(yán)格要求，流程簡(jiǎn)單，基本不涉及認(rèn)為操作。絕大部分損耗來自于氫氟酸的強(qiáng)氧化性，但在選材時(shí)采用了石墨、襯膠、襯氟等材質(zhì)，具有較強(qiáng)耐腐蝕性。(5)經(jīng)濟(jì)性好。該系統(tǒng)中僅需冷卻水進(jìn)行降溫(冷卻水可循環(huán)使用)，無需其它原材料(不凝性氣體依托排風(fēng)凈化工序處理)。所得氫氟酸可作為附屬產(chǎn)物出售，也可與生石灰反應(yīng)中和處理，徹底處理。(6)工藝尾氣處理完全。在此過程中除產(chǎn)生氫氟酸外，無其它需處理物質(zhì)產(chǎn)出。不凝性氣體依托排風(fēng)凈化工序處理，不凝性氣體中絕大多數(shù)為氮?dú)狻⒖諝?，只含有微量hf，可利用酸霧淋洗塔處理。

附圖說明

圖1為氫氟化尾氣處理工藝流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

如圖1所示，本發(fā)明所述氫氟化工藝尾氣處理方法包括如下步驟：

步驟一：通冷卻水對(duì)冷凝器內(nèi)降溫，降溫過程中，控制冷卻水進(jìn)口溫度為10-25℃，出口溫度為25-45℃，降溫時(shí)間為30min；降溫后將冷凝器切入生產(chǎn)系統(tǒng)，對(duì)氫氟化工藝尾氣進(jìn)行冷凝；

步驟二：對(duì)冷凝器液體每小時(shí)取樣一次，分析冷凝液中氟化氫含量，應(yīng)在5％-15％之間，若超過限值，則需要進(jìn)行相應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)整；

步驟三：若冷卻水出口溫度低于35℃，說明冷卻水流量控制合適；若冷卻水出口溫度大于35℃，溫度每增加5℃，調(diào)節(jié)冷卻水流量增加5m³/h，溫度上升不足5℃，按5℃處理；

步驟四：開啟冷凝器上方的暫存罐進(jìn)出口閥門，接收氫氟酸；

步驟五：通知排風(fēng)崗位對(duì)不凝性氣體酸度進(jìn)行分析，其值應(yīng)小于2％，若高于2％，則根據(jù)反饋結(jié)果調(diào)節(jié)冷凝器溫度，酸度高于控制值1％，酸度高于控制值不足1％，按1％處理，冷卻水流量相應(yīng)增加2m³/h；

步驟六：時(shí)刻觀察工藝尾氣流量變化，若尾氣流量變化大于5％，則冷卻水流量應(yīng)增加1m³/h，以調(diào)整冷凝器溫度；不足5％時(shí)可不調(diào)整；

步驟七：監(jiān)測(cè)暫存罐氫氟酸液位變化，達(dá)到容積70％時(shí)，啟動(dòng)屏蔽泵將氫氟酸泵入氫氟酸儲(chǔ)罐，進(jìn)行回收處理。

冷凝器選用石墨作為內(nèi)襯材料，設(shè)備表面采用碳鋼。計(jì)算得出需要換熱面積約為24m²，考慮到生產(chǎn)過程的不確定性設(shè)計(jì)換熱面積為30m²。長(zhǎng)徑比確定在(5～8):1范圍內(nèi)。冷凝器冷卻劑采用生產(chǎn)上水，考慮生產(chǎn)上水溫度為15℃，工藝尾氣溫度為160℃，每小時(shí)流量為3m³，換熱面積30m²，結(jié)合設(shè)備設(shè)計(jì)處理能力及尾氣密度，最終確定冷凝器吸收反應(yīng)器內(nèi)徑為530mm，長(zhǎng)度為2860mm。冷凝器冷卻水與尾氣采用逆流接觸，為保證冷凝效率，冷凝水出口溫度不能高于50℃，通過水的比熱及尾氣中各組分的比熱進(jìn)行分析，計(jì)算得出，冷凝水的流量為3m³/h。

氫氟化工藝尾氣中含有h2o、hf、n2、o2、nh4f、及微量金屬鈾等。其中金屬含量甚微，可忽略不計(jì)。hf含量約為5％—15％，其常溫常壓下hf沸點(diǎn)約為19.5℃，易溶于水，與水任意比互溶。尾氣中水份約占60％，其沸點(diǎn)常溫常壓100℃，低于100℃開始冷凝，溫度越低越利于水份冷凝。nh4f常溫常壓下為白色固體，沸點(diǎn)98℃，易溶于水，且在進(jìn)入尾氣管道前已經(jīng)過處理，尾氣中含量較少。其它氣體無害，無需處理。對(duì)氫氟化工藝尾氣的處理過程主要采用冷凝再回收方式進(jìn)行。氫氟化生產(chǎn)系統(tǒng)工藝尾氣，經(jīng)襯膠管道(經(jīng)沉降系統(tǒng)除去大部分nh4f)送入冷凝器冷凝成為水進(jìn)而吸收hf生產(chǎn)氫氟酸，氫氟酸靠重力自流入hf儲(chǔ)罐，不凝性氣體則通過儲(chǔ)罐上方管道送入排風(fēng)凈化系統(tǒng)與廠房?jī)?nèi)氣體一同進(jìn)行處理。