一种三氟化氮电解残渣资源回收的工艺及设备制造技术

本发明专利技术公开了一种三氟化氮电解残渣资源回收的工艺及设备，该工艺是先将电解残渣粉碎，再进行高温无氧热解，金属氟化物以粉末状保留下来，大部分氟化氢铵和氟化氢气化变成蒸汽，热解后的蒸汽通入冷凝装置，冷凝后冷凝液为氟化氢铵，不凝气为氟化氢，将冷凝液结晶后，回收得到氟化氢铵固体；氟化氢不凝气通入装有氧化钙的容器进行反应，生成氟化钙；热解后的金属氟化物残渣经过高温蒸汽完全脱氟，脱氟的蒸汽用氨水吸收，将脱氟后的金属氧化物粉末冷却后回收。本发明专利技术利用氟化氢铵、氟化氢和金属氟化物的气固液在不同温度下的相变特性，与设备结合实现三氟化氮电解残渣中氟化氢铵、氟化氢和金属氧化物的分离和清洁生产、资源循环利用。用。用。

【技术实现步骤摘要】
一种三氟化氮电解残渣资源回收的工艺及设备


[0001]本专利技术涉及回收三氟化氮电解残渣的
，具体涉及一种三氟化氮电解残渣资源回收的工艺及设备。

技术介绍

[0002]高纯三氟化氮气体在微电子工业中作为一种优良的等离子蚀刻气体，对硅和氧化硅具有优异的蚀刻速率和选择性，因此在集成电路、芯片制造等诸多行业中占据重要地位。工业中，三氟化氮的生产方式有以下两种：一是电解无水氟化氢产生氟气，然后与熔融的氟化氢铵反应生成三氟化氮；二是电解无水氟化氢和熔融的氟化氢铵的混合物，可以直接在电解槽能生成三氟化氮。以上两种工艺得到的三氟化氮粗品中夹带有大量的氟化氢，需在后续提纯过程中除去，但是，现有的提纯技术是用固体碱或碱液进行吸收，后续处理工序比较复杂，且易造成二次污染。因此，有必要对工艺装置做进一步的探索和优化。除此之外还有氟化氢和氟化铵，属于固体危险废物，需要对其进行固废处理，否则会造成物质的严重浪费和重金属污染。
[0003]电解法制备三氟化氮过程中，镍作为阳极逐渐溶解，以氟化镍、络合物等形式沉积在电解槽底部，影响电解效率。因此，必须定期清理电解槽内沉积物，以维持电解顺利进行。清理出的沉积物就是电解废渣，实际上电解残渣中氟化氢铵和氟化氢的含量约在50
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60％；其余固体中有55
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65％的氟化镍、25
‑
35％的氟化铁、8
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12％的氟化铜和2％的杂质组成。电解槽拆卸过程中需要进行彻底清洗，产生大量含氟并夹带氨氮的废水。镍作为贵重金属，具有较高的经济价值，如果不加以回收，会造成浪费和严重的重金属污染；电解废渣中携带的大量氟化氢铵，其特征污染物为氟和氨氮，氟有较强的毒性，氨氮也是严重污染物，氟和氨氮为第二类污染物质，最高允许排放浓度氟化物为6mg/L，氨氮为10mg/L。
[0004]目前，对于三氟化氮的电解废渣和电解槽清洗废水中的氟和氨氮，一般进行分别处理。对于三氟化氮的电解废渣的处理方法主要有以下几种方式：一种是对含镍废渣中的氟离子进行石灰中和沉淀，再对铵根离子使用化学法进行氨氮处理，这种处理方式只是进行无害化处理，没有实现资源的循环利用，造成了资源的浪费，且会造成处理成本增加；另一种是将电解含镍废渣使用水溶解后，然后固液分离，使液体成为氟化铵水溶液，固体成为含镍废渣，固体渣料需继续进行分离，这种处理方式较为复杂，并且分离的含镍废渣属于危险废物，仍需交由专业公司处理。还有一种是采用氢氟酸溶解镍渣后，向电解液中加入硫酸，采用电解回收金属镍，这种处理方式耗能较大，而且加入硫酸后，会引入其它杂质，导致后续处理工艺和成本的增加。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的之一在于提供一种三氟化氮电解残渣资源回收的工艺，根据氟化氢和氟化氢铵的气固液相变特性，从而通过控制适当的温度，把氟化氢铵与氟化氢从三氟化氮电解残渣中蒸发出来并通过冷凝结晶实现了对资源的回收利
用；本专利技术的目的之二在于提供一种三氟化氮电解残渣资源回收的工艺的设备，通过高温无氧热解装置将氟化氢铵和氟化氢分离出来，再通过冷凝结晶将氰化氢铵回收，通过氧化钙罐将氟化氢回收，通过蒸汽脱氟装置将金属氟化物粉末脱氟，经过冷却装置冷却后得到金属氧化物粉末，实现资源的回收利用。
[0006]本专利技术的目的之一采用如下技术方案实现：
[0007]一种三氟化氮电解残渣资源回收的工艺，包括以下步骤：
[0008]1)将三氟化氮电解残渣粉碎；
[0009]2)将粉碎后的残渣上料至高温无氧热解装置，进行高温无氧热解，得到热解后的气体和粉末；其中，粉末为金属氟化物粉末；
[0010]3)热解后的气体进行冷凝，得到冷凝液和不凝气，冷凝液结晶后得到氟化氢铵，将不凝气通入装有氧化钙的容器，生成氟化钙；反应方程式为：2HF+Ca(OH)2＝CaF2↓
+2H2O。
[0011]4)将热解后的金属氟化物粉末通入高温蒸汽进行脱氟，脱氟后的高温蒸汽经过换热处理后，再通入装有氨水的容器中吸收氟气；而固体经过冷却后，得到金属氧化物粉末，其中，金属氧化物粉末含有70～80％氧化镍，剩余为氧化铁、氧化铜或其他杂质。
[0012]进一步，步骤2)中，高温无氧热解的温度为400～600℃，优选500℃，原因是高温下金属腐蚀性加快，400～600℃既能满足热解工艺又能适当延长金属耐腐蚀的寿命，选用500℃既能使氟化氢铵和氟化氢完全热解，又能适当降低能耗。
[0013]再进一步，步骤3)中，冷凝结晶采用水冷，水冷为常温自来水，自来水经过风冷换热器进行降温，实现循环使用。
[0014]进一步，步骤4)中，高温蒸汽的温度为400～600℃，优选为500℃。
[0015]再进一步，步骤4)中，选用过量的氨水来吸收经过换热后的氟气。恰好反应的氨水:2NH3+3F2＝N2+6HFNH3；过量足量氨水:8NH3+3F2＝N2+6NH4FF2；过量的氨水:NH3+3F2＝NF3+3HF。过量的氨水能完全还原氟化氢。
[0016]本专利技术的目的之二采用如下技术方案实现：
[0017]一种三氟化氮电解残渣资源回收的设备，所述设备的使用方法如上述的三氟化氮电解残渣资源回收的工艺，所述设备包括粉碎装置、上料装置、高温无氧热解装置、冷凝装置、结晶装置、氧化钙罐、蒸汽脱氟装置、氨水罐、换热装置和冷却装置；
[0018]粉碎装置的出料口与上料装置的进料口连接，上料装置的出料口与高温无氧热解装置的进料口连接，高温无氧热解装置的出气口与冷凝装置的进气口连接，冷凝装置的冷凝液出口与结晶装置的冷凝液入口连接，冷凝装置的不凝气出口与氧化钙罐的不凝气进口连接；
[0019]高温无氧热解装置的出料口与蒸汽脱氟装置的进料口连接，蒸汽脱氟装置内部流通有高温蒸汽；蒸汽脱氟装置的蒸汽出口与换热装置的蒸汽进口连接，换热装置的出气口与氨水罐的进气口连接，蒸汽脱氟装置的出料口与冷却装置连接。
[0020]进一步，所述上料装置包括料斗、料管和螺旋上料机，料斗与螺旋上料机通过料管连接；料管设有料位计和若干个阀门，在上料阶段，将用阀门分段密封，把里面的空气抽出，避免高温无氧热解装置中的气体回灌至上料装置。
[0021]再进一步，所述高温无氧热解装置为熔盐加热炉或电加热炉。
[0022]进一步，所述设备还包括真空泵，所述真空泵与高温无氧热解装置连接，使得高温
无氧热解装置处于无氧真空状态，减少热解过程中有氧气混入；所述冷凝装置为刮板冷凝器。
[0023]再进一步，所述设备还包括出料装置，出料装置包括依次连接的水冷螺旋输送机和料仓，水冷螺旋输送机设有冷却水出口，水冷螺旋输送机的冷却水出口与入口与所述冷却装置循环连接。
[0024]相比现有技术，本专利技术的有益效果在于：
[0025](1)已知三氟化氮电解残渣中主要污染物为氟化氢铵、氟化氢和金属氟化物，氟化氢铵的沸点为240℃，氟化氢的沸点为19.51℃。本专利技术的三氟化氮电解残渣资本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三氟化氮电解残渣资源回收的工艺，其特征在于，包括以下步骤：1)将三氟化氮电解残渣粉碎；2)将粉碎后的残渣上料至高温无氧热解装置，进行高温无氧热解，得到热解后的气体和粉末；其中，粉末为金属氟化物粉末；3)热解后的气体进行冷凝，得到冷凝液和不凝气，冷凝液结晶后得到氟化氢铵，将不凝气通入装有氧化钙的容器，生成氟化钙；4)将热解后的金属氟化物粉末通入高温蒸汽进行脱氟，脱氟后的高温蒸汽经过换热处理后，再通入装有氨水的容器中吸收氟气；而固体经过冷却后，得到金属氧化物粉末。2.如权利要求1所述的三氟化氮电解残渣资源回收的工艺，其特征在于，步骤2)中，高温无氧热解的温度为400～600℃。3.如权利要求1所述的三氟化氮电解残渣资源回收的工艺，其特征在于，步骤3)中，冷凝和结晶均采用水冷，水冷为常温自来水。4.如权利要求1所述的三氟化氮电解残渣资源回收的工艺，其特征在于，步骤4)中，高温蒸汽的温度为400～600℃。5.如权利要求1所述的三氟化氮电解残渣资源回收的工艺，其特征在于，步骤4)中，选用过量的氨水来吸收所述氟气。6.一种三氟化氮电解残渣资源回收的设备，其特征在于，所述设备的使用方法如权利要求1～5任一项所述的三氟化氮电解残渣资源回收的工艺，所述设备包括粉碎装置、上料装置、高温无氧热解装置、冷凝装置、结晶装置、氧化钙罐、...

【专利技术属性】
技术研发人员：王国东，王金淼，刘春姣，张中财，杨武佂，王朋玉，王林玉，
申请(专利权)人：河南众信蓝天环保装备有限公司，
类型：发明
国别省市：