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是一項重要技術(shù)。
目前，國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)在淋洗塔中進行堿液循環(huán)泵由淋洗塔頂部進入，與由塔底進入的尾氣完成中和反應(yīng)。當[f-]達到一定濃度后，輸送至其它工序，回收其中naf，nh4f、kf等元素?；厥辗ㄖ饕捎美盟鳛閲娏芤?，多數(shù)氟化氫、水蒸汽經(jīng)淋洗、冷卻后進入到淋洗液中，當淋洗液酸度達到一定值后，進行蒸餾處理；或者將酸液輸送至石灰池中和處理。然而，根據(jù)hf-h2o體系沸點與組成的關(guān)系，最高恒沸點溫度為112℃，對應(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產(chǎn)生大量淋洗液需要有后續(xù)工序進行處理，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)。回收法制取的氫氟酸濃度僅能達到38％，并需要建設(shè)一條蒸餾生產(chǎn)線，操作過程較為復(fù)雜；若不進行蒸餾而進行中和處理則產(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的腐蝕性，在有氧氣存在時，氫氟酸腐蝕性能極強，對設(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“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格的控制條件，包括較大的hf濃度等。
技術(shù)實現(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，對環(huán)境影響忽略不計。
為達到上述目的，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：通冷卻水對冷凝器內(nèi)降溫，降溫過程中，控制冷卻水進口溫度為10-25℃，出口溫度為25-45℃，降溫時間為30min；降溫后將冷凝器切入生產(chǎn)系統(tǒng)，對氫氟化工藝尾氣進行冷凝；
步驟二：對冷凝器液體每小時取樣一次，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℃時按5℃處理；
步驟四：開啟冷凝器上方的暫存罐進出口閥門，接收氫氟酸；
步驟五：對不凝性氣體酸度進行分析，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％時按1％處理，冷卻水流量相應(yīng)增加2m3/h；
步驟六：時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％時不調(diào)整；
步驟七：監(jiān)測暫存罐氫氟酸液位變化，達到容積70％時，啟動屏蔽泵將氫氟酸泵入氫氟酸儲罐，進行回收處理。
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；或利用中和法對其進行徹底處理。本發(fā)明具有設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、操作方便快捷、控制條件易于實現(xiàn)、安全系數(shù)較高、經(jīng)濟性好，同時hf回收處理等優(yōu)點。具體如下：
(1)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。該取樣系統(tǒng)主要包括冷凝器、hf儲罐、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)，即可完成對氟化氫工藝尾氣的處理。(3)控制條件易于實現(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)冷卻水流量進行；壓力為常壓或微負壓，冷凝液單位時間內(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，對工藝控制條件無嚴格要求，流程簡單，基本不涉及認為操作。絕大部分損耗來自于氫氟酸的強氧化性，但在選材時采用了石墨、襯膠、襯氟等材質(zhì)，具有較強耐腐蝕性。(5)經(jīng)濟性好。該系統(tǒng)中僅需冷卻水進行降溫(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凈化工序處理，不凝性氣體中絕大多數(shù)為氮氣、空氣，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。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
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：通冷卻水對冷凝器內(nèi)降溫，降溫過程中，控制冷卻水進口溫度為10-25℃，出口溫度為25-45℃，降溫時間為30min；降溫后將冷凝器切入生產(chǎn)系統(tǒng)，對氫氟化工藝尾氣進行冷凝；
步驟二：對冷凝器液體每小時取樣一次，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出口閥門，接收氫氟酸；
步驟五：通知排風崗位對不凝性氣體酸度進行分析，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％時可不調(diào)整；
步驟七：監(jiān)測暫存罐氫氟酸液位變化，達到容積70％時，啟動屏蔽泵將氫氟酸泵入氫氟酸儲罐，進行回收處理。
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)計換熱面積為30m2。長徑比確定在(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℃，每小時流量為3m3，換熱面積30m2，結(jié)合設(shè)備設(shè)計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行分析，計算得出，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。hf含量約為5％—15％，其常溫常壓下hf沸點約為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98℃，易溶于水，且在進入尾氣管道前已經(jīng)過處理，尾氣中含量較少。其它氣體無害，無需處理。對氫氟化工藝尾氣的處理過程主要采用冷凝再回收方式進行。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而吸收hf生產(chǎn)氫氟酸，氫氟酸靠重力自流入hf儲罐，不凝性氣體則通過儲罐上方管道送入排風凈化系統(tǒng)與廠房內(nèi)氣體一同進行處理。