光纖產業項目大氣污染物防治對策

毛迪凡

（中冶南方工程技術有限公司 能源環境與經濟評價中心 湖北武漢 430074）

1 引言

近10年來，我國光電子信息技術及產業發展迅速。作為新興的產業項目，光纖產業項目同時具有機電產業項目和化學工業項目的雙重特性。光纖產業項目綜合性強，工藝流程復雜，大氣污染物繁多且環境危害大的特點，給該類項目的環境影響評價工作及大氣污染物防治工作帶來了新的挑戰。

本文在介紹光纖產業項目生產工藝的基礎上，闡述該類項目生產過程中產生的主要大氣污染物的特點，重點分析該類項目環境影響評價中的核心問題——大氣污染物的防治對策，為該類項目的環境影響評價工作提供了科學指導和依據。

2 光纖產業項目生產工藝簡述

光纖制作工藝主要分為光纖預制棒制作、光纖預制棒酸洗及水洗、拉絲涂覆、測試、成纜等工藝過程。

2.1 光纖預制棒的制作

光纖預制棒的制作主要為化學氣相沉積法，可分為兩步，即沉積和熔縮。

2.1.1 沉積過程：沉積過程分為內包層沉積和疏松芯層沉積：首先利用超純O2作為載運氣體，將已汽化的飽和蒸氣SiCl4和摻雜劑經氣體傳輸裝置導入石英玻璃管中，純氧氣一方面起載氣作用，另一方面起反應氣體的作用；然后，啟動玻璃車床，以幾十轉/分鐘的轉速使其旋轉，并用1400～1600℃高溫氫氧火焰加熱石英玻璃管的外壁，這時管內的SiCl4、SF6、BBr3等化學試劑在高溫作用下，發生氧化反應，形成粉塵狀的化合物SiO2、SiF4、B2O3等，并沉積在石英玻璃管的內壁上。當噴燈經過沉積物時，它們就凝固為固態玻璃。

在沉積內包層時，采用通入 SiCl4、SF6、BBr3進行沉積，一方面可以降低沉積溫度，防止沉積管變形；另一方面可以提高沉積效率。

2.1.2 熔縮過程：經沉積后，石英玻璃管內壁上已沉積了相當厚的玻璃層，只是中心還留下一個小孔，需提高氫氧焰的溫度至1800℃，利用石英的表面張力進行塌縮，使石英玻璃管與沉積的石英玻璃熔縮成一體成為實心棒。

2.2 光纖預制棒酸洗及水洗

將化學氣相沉積后的光纖預制棒采用酸液清洗，腐蝕石英玻璃管表面的細微毛刺。

2.3 拉絲及涂覆

將已清洗好的預制棒安放在拉絲塔上部的饋送機卡盤上，送入高溫加熱爐內，在保護氣保護下，將預制棒尖端加熱至2000°C，軟化的熔融態玻璃從高溫加熱爐底部的噴嘴處滴落出來，并凝聚形成一帶小球細絲，靠自身重量下垂變細而成纖維；將光纖頭端繞過拉絲塔繞在收線盤上，然后啟動自動收線裝置收線。

為保護光纖表面，提高抗拉強度和抗彎曲強度，需要給光纖涂覆丙烯酸樹脂。光纖的一次涂覆，在拉絲過程中同步進行的，當熔融光纖向下拉制時，迅速的進行涂覆來保護光纖表面。

2.4 光纖測試

光纖測試主要包括：折射率測試、幾何尺寸檢測、吸收光譜檢測、發射光譜檢測、光學特性檢測等。

2.5 光纖成纜

將光纖產品與成纜加強件等元件在成纜機內按照一定規則絞合制成光纜產品。

3 光纖產業項目生產過程中產生的主要大氣污染物

光纖產業項目生產過程中產生的大氣污染物主要為化學氣相沉積廢氣和光纖預制棒酸洗廢氣。化學氣相沉積廢氣主要污染物為Cl2、Br2、SO2、氟化物以及未沉積于石英玻璃管上的粉塵（含SiO2）。光纖預制棒酸洗工藝一般采用50%HF+40%HNO3混合酸進行，產生的主要大氣污染物為HF、NOx。光纖制作傳統MCVD工藝所產生的廢氣中除含有鹵素氣體（Cl2、Br2）、相關產物（氟化物、SO2）以及酸洗產物（HF、NOx）外，還含有大量的固體SiO2超微細粉。

4 光纖產業項目廢氣處理工藝難點及處理工藝初步設計

4.1 光纖產業項目廢氣處理工藝難點

對于粒徑為微米級的SiO2超微細粉，雖然其物理化學性質與大直徑材料物理化學性質的相差不太大，但因其表面積大，表面能大，活性高，使其表面與界面性質發生了很大的變化。

大量的SiO2超微細粉的存在，對光纖產業項目廢氣處理提出了嚴峻的挑戰。

4.2 處理工藝初步設計

和超微細粉的主要分級原理一樣，廢氣處理中主要利用重力場和離心力場將固相從氣-固相中分離出來，或者可以采用靜電除塵對SiO2超微細粉進行處理。針對廢氣中的氣相組分，本文設計采用讓廢氣從底部旋風式進入酸霧洗滌塔，堿液在酸霧洗滌塔中逆向流動，充分提高待處理廢氣與噴淋水的接觸時間，提高廢氣處理效率。參考氣-固相分離的常規方法，以及各方面因素的考慮，不同污染物擬采用相對應的處理設備，并進行組合使用。對于SiO2超微細粉的存在，最初設置袋式除塵，對于鹵素氣體（Cl2、Br2）、相關產物（氟化物、SO2）以及酸洗產物（HF、NOx）的存在，擬采用堿液噴淋的方法進行處理。

綜合上述兩步處理方法，考慮到HF的強腐蝕性，本文決定先采用袋式過濾，再進行堿液噴淋處理方案對工藝中的廢氣進行處理。

5 實際工藝過程中的廢氣處理

實際光纖工藝過程的廢氣處理過程中，本文采用了如圖1的方案進行廢氣處理。

圖1 袋式過濾+堿液噴淋工藝示意圖

經過抽樣檢測分析，證明經過本文設計使用的廢氣處理設備（袋式除塵處理+堿液噴淋方案）處理的廢氣排放物，即監測排放物達到《大氣污染物綜合排放標準》（GB16297-1996）排放標準。

結語

光纖產業項目生產過程中產生的大氣污染物主要為化學氣相沉積廢氣和光纖預制棒酸洗廢氣。光纖產業項目生產過程中產生的大量的SiO2超微細粉的存在，對光纖產業項目廢氣處理提出了嚴峻的挑戰。袋式除塵處理+堿液噴淋方案中SiO2超微細粉收集效率達到95%，且有效抑制了梗阻現象的發生。經過抽樣檢測分析，證明經過本文設計使用的廢氣處理設備處理的廢氣排放物，即監測排放物達到《大氣污染物綜合排放標準》（GB16297-1996）排放標準要求。

[1]陳偉、李詩愈、王彥亮等.特種光纖技術及其發展趨勢[J].烽火技術2011.5(25):10～15.

[2]周洪鵬.闡述我國光纖預制棒產業 [J].光纖光纜及材料.2012.7(28):67～69.

[3]黃榜才、衣永青、段云峰.Er-Yb共摻雙包層光纖的研制[J].光子學報.2009.2(38):339～342.

[4]李斌.光纖工藝廢氣處理[J].制造研發.2011.10(21):34～36.