一种电解法生产NF3过程中含镍粉尘的处理装置及方法与流程

一种电解法生产nf3过程中含镍粉尘的处理装置及方法
技术领域
1.本发明涉及一种电解法生产nf3过程中含镍粉尘的处理装置及方法，属于化工技术领域。


背景技术：

2.三氟化氮(nf3)作为一种特种气体在半导体和液晶面板行业有很广泛重要的应用。制备nf3气体的主要方法为熔融盐电解法，阳极为镍阳极，电解液为nf3·
xhf熔融盐，电解温度为90℃～140℃，电解电压为5v～10v，电解电流密度为30ma/cm2～200ma/cm2，阳极产生nf3，阴极产生h2。
3.在nf3生产中，镍阳极会因腐蚀形成ni和nif
x
(x＝2或3)混合物熔融在电解体系中，因ni和nif
x
在nf3·
xhf熔融盐体系中溶解度有限，会沉积在电解槽底部或吸附在槽体与电极上。此外，部分ni和nif
x
混合物会随着nf3·
xhf熔融盐的蒸发吸附在槽盖上。因此，电解运行结束后，需对槽体、槽盖和电极进行清洗。清洗结束后，仍有部分ni和nif
x
混合物附着在槽体、槽盖和电极上，需要进一步进行打磨处理，在此过程中会产生含ni粉尘，需要进行处理后排放。
4.目前，常规的金属粉尘处理手段是采用抽风方式，金属粉尘随大气经除尘器拦截富集后，排入大气。用此方法处理nf3生产过程中的含ni粉尘存在两大问题：(1)不管采用何种风向，由于打磨的含ni粉尘颗粒度不同，粉尘下沉与飘荡同时存在，导致除尘室内含ni粉尘未随空气流向流动，飘散至各处，甚至会沿除尘室入口向外扩散；(2)除尘器中滤网目数过高，细粉尘会排放大气中，滤网目数过低，大颗粒粉尘会很快堵塞除尘器；采用湿式除尘器会使得含ni粉尘在除尘器中形成泥浆状物质，堵塞除尘器，而且由于nif2在水中溶解度为25.1g/l，湿式除尘器系统中用水的f离子超过外排要求，无法处理。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电解法生产nf3过程中含镍粉尘的处理装置及方法。
6.为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
7.一种电解法生产nf3过程中含镍粉尘的处理装置，包括工作台、鼓风机、除尘室、吸收水池、喷淋机构和抽风机构；除尘室为半密闭空间，除尘室的开放一侧设置有工作台，含镍粉尘的电解槽放置在工作台上；鼓风机位于工作台远离除尘室的一侧，鼓风机提供横向风力将电解槽中的镍粉尘吹向除尘室；除尘室的底部为多孔筛板结构，吸收水池位于多孔筛板的下方；喷淋机构用于向除尘室的顶部靠近工作台处提供雾化水，雾化水吸附除尘室中的粉尘后流入吸收水池中；抽风机构用于抽出除尘室中含有未被吸附粉尘的空气并经过滤收集后排放。
8.进一步的，所述多孔筛板的筛孔尺寸为8mm
‑
40mm。
9.进一步的，所述装置还包括吸收水泵和过滤器，吸收水泵的进水口与吸收水池连
接，吸收水泵的出水口与过滤器连接，过滤器与喷淋机构连接。
10.进一步的，所述吸收水泵为离心泵、往复泵或混流泵；所述过滤器包括分子筛吸附填料和目数≤500目的过滤网。
11.进一步的，所述喷淋机构包括雾化喷头、喷淋水池和喷淋水泵；雾化喷头位于除尘室顶部靠近工作台处，喷淋水池内贮存有水，喷淋水泵的进水口与喷淋水池连接，喷淋水泵的出水口与雾化喷头连接。
12.进一步的，所述喷淋水泵为离心泵、往复泵或混流泵。
13.进一步的，所述抽风机构包括除尘器、抽风机和排放塔；除尘器的入口连接于除尘室顶部远离工作台处，除尘器的出口与抽风机的进口连接，抽风机的出口与排放塔连接。
14.进一步的，所述除尘器还分别与喷淋机构和吸收水池连接，喷淋机构还用于对除尘器进行清洗，清洗后的水进入吸收水池中；所述除尘器为布袋式除尘器或静电式除尘器。
15.一种电解法生产nf3过程中含镍粉尘的处理方法，所述方法步骤包括：
16.(1)将含镍粉尘的电解槽放置在工作台上；
17.(2)开启鼓风机，打磨电解槽上附着的含镍粉尘，将粉尘吹至除尘室内，同时开启喷淋机构，使雾化水自除尘室顶部喷淋，雾化水将粉尘吸附后经除尘室底部的多孔筛板进入吸收水池中；其中，除尘室内每平方雾化水的喷淋量为100l/min～3000l/min；
18.(3)开启抽风机构，将除尘室内未被吸附的粉尘随空气抽出，经过滤收集后排放；其中，抽风机构的抽风量为2000m3/h～20000m3/h。
19.进一步的，除尘室内每平方雾化水的喷淋量为200l/min～2500l/min；抽风机构的抽风量为2500m3/h～18000m3/h。
20.有益效果
21.本发明提供了一种电解法生产nf3过程中含镍粉尘的处理装置，含镍粉尘经鼓风机吹向除尘室，大部分粉尘经雾化水吸收进入吸收水池，剩余粉尘随空气经抽风机构抽出，经过滤收集，剩余空气经排放塔排至大气中。所述装置可以实现nf3生产过程中含镍粉尘的无害化处理，粉尘排放浓度≤50mg/m3。未及时抽走剩余含镍粉尘因水幕的存在无法飘荡至室外，有效解决了含镍粉尘飘荡问题。
22.进一步的，该处理装置通过设置吸收水泵和过滤器，可将吸收水池内含ni废水抽出，经过滤吸附去除含ni物质后排入喷淋机构中，循环利用水资源。
23.本发明提供了一种电解法生产nf3过程中含镍粉尘的处理方法，所述方法结合水吸收、送风和抽风操作，首先利用鼓风机提供的横向风力，将含ni粉尘吹向除尘室；其次，利用nif2在水中溶解度，以及雾化水对细颗粒粉尘的吸附能力，雾化水由上向下喷淋，去除绝大部分含ni粉尘；最后，安装在除尘室顶部的抽风机构将剩余粉尘随空气抽出，进一步去除粉尘后经排放塔排放至大气中。严格控制雾化水的喷淋量和抽风机构的抽风量，喷淋量过小，无法形成有效水幕，含镍粉尘会飘荡至除尘室外；喷淋量过大不利于雾化水回流，会有含镍泥浆残留在多孔筛板上甚至流出除尘室；抽风量过小，会有微量含ni粉尘在除尘室内飘荡；抽风量过大，一是风机功率大，浪费电能，二是会将部分雾化水抽出，与含ni粉尘结合形成泥浆，堵塞抽风机构。
附图说明
24.图1为本发明所述处理装置结构示意图。
25.其中，1
‑
工作台；2
‑
鼓风机；3
‑
除尘室；4
‑
雾化喷头；5
‑
吸收水池；6
‑
吸收水泵；7
‑
过滤器；8
‑
喷淋水池；9
‑
喷淋水泵；10
‑
除尘器；11
‑
抽风机；12
‑
排空塔。
具体实施方式
26.下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
27.如图1所示，一种电解法生产nf3过程中含镍粉尘的处理装置，包括工作台1、鼓风机2、除尘室3、吸收水池5、喷淋机构和抽风机构；除尘室3为半密闭空间，除尘室3的开放一侧设置有工作台1，含镍粉尘的电解槽放置在工作台1上；鼓风机2位于工作台1远离除尘室3的一侧，鼓风机2提供横向风力将电解槽中的镍粉尘吹向除尘室3；除尘室的底部为多孔筛板结构，吸收水池5位于多孔筛板的下方；喷淋机构用于向除尘室3的顶部靠近工作台1处提供雾化水，雾化水吸附除尘室3中的粉尘后流入吸收水池5中；抽风机构用于抽出除尘室3中含有未被吸附粉尘的空气并经过滤收集后排放。
28.所述多孔筛板的筛孔尺寸为8mm～40mm。筛孔尺寸过小会在筛孔周边形成含ni泥浆，有溢流至除尘室外的风险，增加清理难度；筛孔尺寸过大增加操作人员因磕绊导致摔伤的风险。
29.所述装置还包括吸收水泵6和过滤器7，吸收水泵6的进水口与吸收水池5连接，吸收水泵6的出水口与过滤器7连接，过滤器7与喷淋机构连接。吸收水池5水位达到水池液位高点，启动吸收水泵6，含ni水经过滤器7过滤后进入喷淋机构，含ni物质富集在过滤器7上，处理时可用喷淋水清洗排入吸收水池5中。
30.所述吸收水泵6为离心泵、往复泵或混流泵；所述过滤器7包括分子筛吸附填料和目数≤500目的过滤网。
31.所述喷淋机构包括雾化喷头4、喷淋水池8和喷淋水泵9；雾化喷头4位于除尘室3顶部靠近工作台1处，喷淋水池8内贮存有水，喷淋水泵9的进水口与喷淋水池8连接，喷淋水泵9的出水口与雾化喷头4连接。
32.所述喷淋水泵9为离心泵、往复泵或混流泵。
33.所述抽风机构包括除尘器10、抽风机11和排放塔12；除尘器10的入口连接于除尘室3顶部远离工作台1处，除尘器10的出口与抽风机11的进口连接，抽风机11的出口与排放塔12连接。
34.所述除尘器10为布袋式除尘器或静电式除尘器。
35.所述除尘器10还分别与喷淋机构和吸收水池5连接，喷淋机构还用于对除尘器10进行清洗，清洗后的水进入吸收水池5中。
36.所述装置中，工作台的主要作用是放置附着含ni粉尘的电解槽。
37.鼓风机的作用是提供横向风力，将打磨出的含ni粉尘吹向除尘室。
38.除尘室的作用是提供半密闭空间，可有效防止粉尘四处飘散，其底部为多孔筛板，多孔筛板下面是吸收水池，作用是收集含ni粉尘的雾化水和方便清洗除尘室；除尘室顶部的前半部分连接喷淋机构中的雾化喷头，后半部分连接抽风机构中的除尘器。除尘室三面封死，一面敞开，由内至外依次为工作台和鼓风机，操作人员站在鼓风机和工作平台之间，
可满足操作人员职业健康要求。
39.雾化喷头的作用是将水雾化，形成雾状水吸收含ni粉尘。
40.吸收水池的作用之一是贮存含ni粉尘的水，作用之二是提供含ni粉尘沉降的场所，方便清理含镍粉尘用于回收。
41.吸收水泵的作用是将吸收水池的水抽至喷淋水池中，喷淋水泵的作用是将喷淋水池的水抽至除尘室上方。
42.过滤器的作用是在吸收水池的水抽至喷淋水池过程中，去除吸收水池中水溶解的含ni粉尘和颗粒物，保障喷淋水池中nif2浓度低于饱和浓度，预防nif2过早堵塞雾化喷头，延长雾化碰头的寿命。清洗过滤器时可用喷淋水池的水清洗后再排入吸收水池中。
43.喷淋水池的作用是为吸收含ni粉尘提供水源。
44.除尘器的作用是去除抽风机构中残余的含ni粉尘。清洗除尘器时可用喷淋水池的水清洗后再排入吸收水池中。
45.抽风机的作用是为抽风机构提供动力。
46.排放塔的作用是为抽风机构中空气的排放提供场所。
47.一种电解法生产nf3过程中含镍粉尘的处理方法，所述方法步骤包括：
48.(1)将含镍粉尘的电解槽放置在工作台1上。
49.(2)开启鼓风机2，打磨电解槽上附着的含镍粉尘，将粉尘吹至除尘室3内，同时开启喷淋机构，使雾化水自除尘室3顶部喷淋，雾化水将粉尘吸附后经除尘室3底部的多孔筛板进入吸收水池5中；其中，除尘室3内每平方雾化水的喷淋量为100l/min～3000l/min，优选为200l/min～2500l/min。
50.(3)开启抽风机构，将除尘室3内未被吸附的粉尘随空气抽出，经过滤收集后排放；其中，抽风机构的抽风量为2000m3/h～20000m3/h，优选为2500m3/h～18000m3/h。
51.实施例1
52.本实施例中，除尘室3内每平方雾化水的喷淋量为1200l/min，抽风机构的抽风量为15000m3/h，排放塔12的出口处经检测粉尘浓度为38mg/m3。
53.实施例2
54.本实施例中，除尘室3内每平方雾化水的喷淋量为800l/min，抽风机构的抽风量为12000m3/h，排放塔12的出口处经检测粉尘浓度为43mg/m3。
55.对比例1
56.本对比例中，除尘室3内每平方雾化水的喷淋量为50l/min，抽风机构的抽风量为15000m3/h，由于雾化水量过小，只能吸收部分粉尘，其余粉尘在除尘室内外飘散。
57.对比例2
58.本对比例中，除尘室3内每平方雾化水的喷淋量为1000l/min，抽风机构的抽风量为35000m3/h，由于抽风量过大，有少量雾化水随着空气抽至除尘器，运行一段时间后，鼓风机鼓出的风在除尘室内形成涡流，造成雾化水四处飘散；此外，抽风机出现异响。停止运行装置，打开除尘器，发现含ni泥浆堵塞除尘器，导致抽风系统无法正常工作。
59.对比例3
60.本对比例的处理装置仅包括工作台、鼓风机、除尘室、除尘器、抽风机和排放塔，处理时，部分粉尘被抽风装置抽走，部分粉尘在除尘室内外飘散。
61.综上所述，发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明的精神和原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。