專利名稱：一種鋁電解及微電子工業(yè)產生的碳氟化合物的分解方法
技術領域：
本發(fā)明屬廢氣處理領域，特別涉及一種鋁電解及微電子工業(yè)產生的碳氟化合物的分解方法。
背景技術：
全氟碳化物PFCs，主要包括CF4 ,C2F6和C3H8等，是造成全球溫室效應的高潛勢氣體。其中CF4和C2F6的CO2溫室效應等效值分別為6500和9200，噸鋁的CF4和C2F6物排放量相當于I. 35噸CO2，超過生產每噸電解鋁直接產生的I. 22噸C02。即，鋁電解排放煙氣中CF4和C2F6對溫室效應的影響超過CO2的影響。其中90%的CF4和C2F6來源于鋁電解工業(yè)，其余的由微電子工業(yè)產生。我國不僅是鋁生產大國，而且生產大量的微電子產品，排放大量的PFCs。因此，將CF4、C2F6和C3H8分解或轉化，減少溫室氣體的排放，達到國家的減排的目標，是我國急需解決的問題?！つ壳霸谖㈦娮庸I(yè)采用等離子分解法處理廢氣CF4和C2F6。但該分解方法盡管可以消除PFCs，但在消除分解中產生C02、CO、COF2或HF，需要后繼多工序處理這些氣體，而且由于PFCs性質穩(wěn)定，也要消耗相當多的能量?？諝馊紵〞a生有毒的NOx和大量的污染廢水?；瘜W分解法還未找到一種能高效而且能大量處理PFCs的催化劑。

發(fā)明內容
本發(fā)明針對已存在處理方法的缺點，利用金屬單質，包括鋁、鎂、鈉、鈣等活潑金屬，分解PFCs，如CF4、C2F6、C3F8以及氟里昂(CCl2F2),產生的C和金屬的氟化物或氯化物，可以回收進行循環(huán)利用，也實現了 PFCs的零排放，且分解率可達到93%-99%。本發(fā)明一種鋁電解及微電子工業(yè)產生的碳氟化合物的分解方法，按照以下步驟進行
(1)將固體金屬放入一個坩堝內，通過真空系統(tǒng)將反應器內空氣抽盡，通入保護氣體氬氣后進行加熱，加熱到預定溫度；
(2)當溫度升至預定溫度后，通過真空系統(tǒng)抽出保護性氣體，并通入待分解的PFCs氣體，密閉反應條件下進行反應，反應時間為30 40分鐘；將反應器冷卻到室溫后，取出反應物，坩堝內反應產物自然分層，得到可回收利用的碳和金屬氟化物、氯化物。所述固體金屬為鋁、鎂、鈉、鈣。所述預定溫度，當固體金屬為鋁時，預定溫度大于660°C，當固體金屬為鎂時，預定溫度大于649°C;當固體金屬為鈉時，預定溫度大于98°C，當固體金屬為鈣時，預定溫度大于842。。。所述預定溫度，當固體金屬為鋁時，預定溫度為700°C -950°C;當固體金屬為鎂時，預定溫度為660°C -900°C ;當固體金屬為鈉時，預定溫度為120°C -450°C ;當固體金屬為鈣時，預定溫度為860°C -1000°C。所述PFCs氣體為CF4、C2F6、C3F8、CCl2F2或者上述氣體中的一種或幾種按照任意比混合。本發(fā)明中金屬與氣體反應后的反應產物均為金屬氟化物和碳粉。反應過程金屬和氣體的相對的加入量按照反應產物為金屬氟化物(當分解CCl2F2時產物為氟化物何氯化物)和碳粉的化學計量計算加入。本發(fā)明的優(yōu)點是反應所需要的原料較廉價易得，特別對金屬鋁而言，電解產生的鋁液可直接注入反應器，減少了把金屬熔化所需要的熱量，此反應為放熱反應，反應過程中會放出熱量，可以彌補由于散熱損失的熱量，降低外界向反應器提供能量用于維持反應。鋁的價電子為3，分解單位體積的的PFCs所消耗的反應物鋁也較少。反應后得到的產物由于密度的不同，靜置冷卻后分層，這樣為產物的回收提供了可能。產生的碳送回炭陽極廠生產炭陽極，金屬的氟化物可作為電解質或添加劑加入到電解槽中補充消耗的電解質。這樣整個反應過程的物質和能量既得到了高效利用，產物也能完全得到回收再利用，實現了處理PFCs的零排放，降低了能耗和處理成本。而且整個處理流程短，過程簡單，加上反應條件不是很苛刻，對反應器的要求也不是很高，這樣也可以降低設備的費用。
具體實施例方式下面通過實施例對本發(fā)明的內容做進一步詳細說明。實施例I
本發(fā)明用鋁處理鋁電解槽電解產生的煙氣PFCs。將固體鋁放入一個坩堝內，通過真空泵將反應器內空氣抽盡，通入保護氣體氬氣后進行加熱。加熱到700°C后，抽出保護性氣體并通入CF4氣體后在密閉反應條件下進行反應，30分鐘后，冷卻后產物都分為顏色明顯的三層，第一層為AlF3，中間一層為反應產物C，最下面一層為未反應的Al，700°C下CF4的反應分解率達到95%。實施例2
本發(fā)明用鋁處理鋁電解槽電解產生的煙氣PFCs。將固體鋁放入一個坩堝內，通過真空泵將反應器內空氣抽盡，通入保護氣體氬氣后進行加熱。加熱到730°C后，抽出保護性氣體并通入CF4氣體后在密閉反應條件下進行反應，35分鐘后，冷卻后產物都分為顏色明顯的三層，第一層為AlF3，中間一層為反應產物C，最下面一層為未反應的Al，700°C下CF4的反應分解率達到97%。實施例3
本發(fā)明用鋁處理鋁電解槽電解產生的煙氣PFCs。將固體鋁放入一個坩堝內，通過真空泵將反應器內空氣抽盡，通入保護氣體氬氣后進行加熱。加熱到830°C后，抽出保護性氣體并通入CF4氣體后在密閉反應條件下進行反應，35分鐘后，冷卻后產物都分為顏色明顯的三層，第一層為AlF3，中間一層為反應產物C，最下面一層為未反應的A1，830°C下CF4的反應分解率達到99%。實施例4
本發(fā)明用鋁處理鋁電解槽電解產生的煙氣PFCs。將固體鋁放入一個坩堝內，通過真空泵將反應器內空氣抽盡，通入保護氣體氬氣后進行加熱。加熱到914°C°C后，抽出保護性氣體并通入CF4氣體后在密閉反應條件下進行反應，40分鐘后，冷卻后產物都分為顏色明顯的三層，第一層為AlF3，中間一層為反應產物C，最下面一層為未反應的A1，830°C下CF4的反應分解率達到98%。實施例5
將固體鋁放入一個坩堝內，通過真空泵將反應器內空氣抽盡，通入保護氣體氬氣后進行加熱。加熱到700°C后，抽出保護性氣體并通入C2F6氣體后在密閉反應條件下進行反應，35分鐘后，冷卻后產物都分為顏色明顯的三層，第一層為AlF3，中間一層為反應產物C，最下面一層為未反應的Al，700°C下C2F6的反應分解率達到93%。實施例6
本發(fā)明用鋁處理鋁電解槽電解產生的煙氣PFCs。將固體鋁放入一個坩堝內，通過真空泵將反應器內空氣抽盡，通入保護氣體氬氣后進行加熱。加熱到730°C后，抽出保護性氣體并通入C2F6氣體后在密閉反應條件下進行反應，35分鐘后，冷卻后產物都分為顏色明顯的三層，第一層為AlF3，中間一層為反應產物C， 最下面一層為未反應的Al，730°C下C2F6的反應分解率達到96%。實施例7
本發(fā)明用鋁處理鋁電解槽電解產生的煙氣PFCs。將固體鋁放入一個坩堝內，通過真空泵將反應器內空氣抽盡，通入保護氣體氬氣后進行加熱。加熱到830°C后，抽出保護性氣體并通入C2F6氣體后在密閉反應條件下進行反應，35分鐘后，冷卻后產物都分為顏色明顯的三層，第一層為AlF3，中間一層為反應產物C，最下面一層為未反應的A1，830°C下C2F6的反應分解率達到96%。實施例8
本發(fā)明用鋁處理鋁電解槽電解產生的煙氣PFCs。將固體鋁放入一個坩堝內，通過真空泵將反應器內空氣抽盡，通入保護氣體氬氣后進行加熱。加熱到914°C后，抽出保護性氣體并通入C2F6氣體后在密閉反應條件下進行反應，35分鐘成后，冷卻后產物都分為顏色明顯的三層，第一層為AlF3，中間一層為反應產物C，最下面一層為未反應的A1，830°C下C2F6的反應分解率達到97%。實施例9
將固體鎂放入一個坩堝內，通過真空泵將反應器內空氣抽盡，通入保護氣體氬氣后進行加熱。加熱到660°C后，抽出保護性氣體并通入CF4氣體后在密閉反應條件下進行反應，30分鐘后，反應完成冷卻后產物得到MgF2和C，660°C下CF4的反應分解率達到96%。實施例10
將固體鎂放入一個坩堝內，通過真空泵將反應器內空氣抽盡，通入保護氣體氬氣后進行加熱。加熱到750°C后，抽出保護性氣體并通入CF4氣體后在密閉反應條件下進行反應，30分鐘后，反應完成冷卻后產物得到MgF2和C，750°C下CF4的反應分解率達到99%。實施例11
將固體鎂放入一個坩堝內，通過真空泵將反應器內空氣抽盡，通入保護氣體氬氣后進行加熱。加熱到790°C后，抽出保護性氣體并通入CF4氣體后在密閉反應條件下進行反應，30分鐘后，反應完成冷卻后產物得到MgF2和C，790°C下CF4的反應分解率達到99%。實施例12
將固體鎂放入一個坩堝內，通過真空泵將反應器內空氣抽盡，通入保護氣體氬氣后進行加熱。加熱到690°C后，抽出保護性氣體并通入C2F6氣體后在密閉反應條件下進行反應，30分鐘后，反應完成冷卻后產物得到MgF2和C，690°C下CF4的反應分解率達到98%。實施例13
將固體鎂放入一個坩堝內，通過真空泵將反應器內空氣抽盡，通入保護氣體氬氣后進行加熱。加熱到750°C后，抽出保護性氣體并通入C2F6氣體后在密閉反應條件下進行反應，30分鐘后，反應完成冷卻后產物得到MgF2和C，750°C下CF4的反應分解率達到99%。實施例14
將固體鎂放入一個坩堝內，通過真空泵將反應器內空氣抽盡，通入保護氣體氬氣后進行加熱。加熱到790°C后，抽出保護性氣體并通入C2F6氣體后在密閉反應條件下進行反應，30分鐘后，反應完成冷卻后產物得到MgF2和C，790°C下CF4的反應分解率達到99%。實施例15
將固體鎂放入一個坩堝內，通過真空泵將反應器內空氣抽盡，通入保護氣體氬氣后進行加熱。加熱到790°C后，抽出保護性氣體并通入C2F6氣體后在密閉反應條件下進行反應，30分鐘后，反應完成冷卻后產物得到MgF2和C，790°C下CF4的反應分解率達到99%。實施例16
將固體鈉放入一個坩堝內，通過真空泵將反應器內空氣抽盡，通入保護氣體氬氣后進行加熱。加熱到450°C后，抽出保護性氣體并通入CF4氣體后在密閉反應條件下進行反應，30分鐘后，反應完成冷卻后產物得到NaF和C，450°C下CF4的反應分解率達到98%。實施例17
將固體鈉放入一個坩堝內，通過真空泵將反應器內空氣抽盡，通入保護氣體氬氣后進行加熱。加熱到600°C后，抽出保護性氣體并通入CF4氣體后在密閉反應條件下進行反應，40分鐘后，反應完成冷卻后產物得到NaF和C，600°C下CF4的反應分解率達到98%。實施例18
將固體鈉放入一個坩堝內，通過真空泵將反應器內空氣抽盡，通入保護氣體氬氣后進行加熱。加熱到700°C后，抽出保護性氣體并通入CF4氣體后在密閉反應條件下進行反應，40分鐘后，反應完成冷卻后產物得到NaF和C，700°C下CF4的反應分解率達到98%。實施例19
將固體鈣放入一個坩堝內，通過真空泵將反應器內空氣抽盡，通入保護氣體氬氣后進行加熱。加熱到860°C后，抽出保護性氣體并通入CF4氣體后在密閉反應條件下進行反應，40分鐘后，反應完成冷卻后產物得到CaF2和C，900°C下CF4的反應分解率達到98%。實施例20
將固體鈣放入一個坩堝內，通過真空泵將反應器內空氣抽盡，通入保護氣體氬氣后進行加熱。加熱到950°C后，抽出保護性氣體并通入C2F6氣體后在密閉反應條件下進行反應，40分鐘后，反應完成冷卻后產物得到CaF2和C，950°C下C2F6的反應分解率達到98%。實施例21
將固體鈣放入一個坩堝內，通過真空泵將反應器內空氣抽盡，通入保護氣體氬氣后進行加熱。加熱到1000°c后，抽出保護性氣體并通入C3H8氣體后在密閉反應條件下進行反應，40分鐘后，反應完成冷卻后產物得到CaF2和C，1000°C下C3H8的反應分解率達到98%。實施例22
將固體鋁放入一個坩堝內，通過真空泵將反應器內空氣抽盡，通入保護氣體氬氣后進行加熱。加熱到750°C后，抽出保護性氣體并通入CCl2F2氣體后在密閉反應條件下進行反應，40分鐘后，反應完成冷卻后產物得到A1C13、AlF3和C，750°C下CCl2F2的反應分解率達到 96%ο實施例23
將固體鎂放入一個坩堝內，通過真空泵將反應器內空氣抽盡，通入保護氣體氬氣后進行加熱。加熱到730°C后，抽出保護性氣體并通入CCl2F2氣體后在密閉反應條件下進行反應，40分鐘后，反應完成冷卻后產物得到MgCl2、MgF2和C，750°C下CCl2F2的反應分解率達到 96%ο實施例24
將固體鈉放入一個坩堝內，通過真空泵將反應器內空氣抽盡，通入保護氣體氬氣后進 行加熱。加熱到700°C后，抽出保護性氣體并通入CCl2F2氣體后在密閉反應條件下進行反應，40分鐘后，反應完成冷卻后產物得到NaCl、NaF和C，700°C下CCl2F2的反應分解率達到96%。實施例24
將固體鈣放入一個坩堝內，通過真空泵將反應器內空氣抽盡，通入保護氣體氬氣后進行加熱。加熱到950°C后，抽出保護性氣體并通入CCl2F2氣體后在密閉反應條件下進行反應，40分鐘后，反應完成冷卻后產物得到CaCl2、CaF2和C，950°C下CCl2F2的反應分解率達到 96%ο實施例25
將固體鋁放入一個坩堝內，通過真空泵將反應器內空氣抽盡，通入保護氣體氬氣后進行加熱。加熱到950°C后，抽出保護性氣體并通入CCl2F2氣體后在密閉反應條件下進行反應，40分鐘后，反應完成冷卻后產物得到A1C13、AlF3和C，950°C下CCl2F2的反應分解率達到 96%ο實施例26
將固體鎂放入一個坩堝內，通過真空泵將反應器內空氣抽盡，通入保護氣體氬氣后進行加熱。加熱到900°C后，抽出保護性氣體并通入CCl2F2氣體后在密閉反應條件下進行反應，40分鐘后，反應完成冷卻后產物得到MgCl2、MgF2和C，900°C下CCl2F2的反應分解率達到 96%ο實施例27
將固體鈉放入一個坩堝內，通過真空泵將反應器內空氣抽盡，通入保護氣體氬氣后進行加熱。加熱到120°C后，抽出保護性氣體并通入CF4氣體后在密閉反應條件下進行反應，30分鐘后，反應完成冷卻后產物得到NaF和C，120°C下CF4的反應分解率達到93%。
權利要求
1.一種鋁電解及微電子工業(yè)產生的碳氟化合物的分解方法，其特征在于按照以下步驟進行 (1)將固體金屬放入一個坩堝內，通過真空系統(tǒng)將反應器內空氣抽盡，通入保護氣體氬氣后進行加熱，加熱到預定溫度； (2)當溫度升至預定溫度后，通過真空系統(tǒng)抽出保護性氣體，并通入待分解的PFCs氣體，密閉反應條件下進行反應，反應時間為30 40分鐘；將反應器冷卻到室溫后，取出反應物，坩堝內反應產物自然分層，得到可回收利用的碳和金屬氟化物、氯化物。
2.根據權利要求I所述的一種鋁電解及微電子工業(yè)產生的碳氟化合物的分解方法，其特征在于所述固體金屬為鋁、鎂、鈉、鈣。
3.根據權利要求I所述的一種鋁電解及微電子工業(yè)產生的碳氟化合物的分解方法，其特征在于所述預定溫度，當固體金屬為鋁時，預定溫度大于660°C，當固體金屬為鎂時，預定溫度大于649°C;當固體金屬為鈉時，預定溫度大于98°C，當固體金屬為鈣時，預定溫度大于 842。。。
4.根據權利要求I所述的一種鋁電解及微電子工業(yè)產生的碳氟化合物的分解方法，其特征在于所述預定溫度，當固體金屬為鋁時，預定溫度為700°C -950°C ;當固體金屬為鎂時，預定溫度為660°C -900°C;當固體金屬為鈉時，預定溫度為120°C _450°C;當固體金屬為鈣時，預定溫度為860°C -1000°C。
5.根據權利要求I所述的一種鋁電解及微電子工業(yè)產生的碳氟化合物的分解方法，其特征在于所述PFCs氣體為CF4、C2F6、C3F8、CCl2F2或者上述氣體中的一種或幾種按照任意比混合。
全文摘要
一種鋁電解及微電子工業(yè)產生的碳氟化合物的分解方法，屬廢氣處理領域。本發(fā)明按照以下步驟進行(1)將固體金屬放入一個坩堝內，通過真空系統(tǒng)將反應器內空氣抽盡，通入保護氣體氬氣后進行加熱，加熱到預定溫度；(2)當溫度升至預定溫度后，通過真空系統(tǒng)抽出保護性氣體，并通入待分解的PFCs氣體，密閉反應條件下進行反應，反應時間為30～40分鐘；將反應器冷卻到室溫后，取出反應物，坩堝內反應產物自然分層，得到可回收利用的碳和金屬氟化物、氯化物。本發(fā)明實現了處理PFCs的零排放，降低了能耗和處理成本。而且整個處理流程短，過程簡單，加上反應條件不是很苛刻，對反應器的要求也不是很高，這樣也可以降低設備的費用。
文檔編號B01D53/68GK102941004SQ201210487460
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月27日 優(yōu)先權日2012年11月27日
發(fā)明者石忠寧, 唐衛(wèi), 王兆文, 高炳亮, 胡憲偉, 徐君莉 申請人:東北大學