降低鋅電積外排酸霧的生產實踐

歐陽全紅

(中金嶺南有色金屬股份有限公司丹霞冶煉廠,廣東 韶關 512300)

濕法煉鋅過程中酸霧的產生主要發生在鋅電積車間。 鋅電積過程中釋放出大量的氧氣和少量的氫氣,它們逸出時會帶出電解液而形成酸霧。 另外,為維持鋅電積過程需要的適宜溫度,電解廢液需要經過風冷塔進行降溫,從塔頂逸出的氣體也形成酸霧。酸霧會刺激人的呼吸道與皮膚,腐蝕人的牙齒,污染周邊空氣和土壤[1-5]。

中金嶺南丹霞冶煉廠(以下簡稱“丹霞冶煉廠”)自2009年10月投產以來,一直重視對環境的保護和治理,經過多年的工藝技術改進和設備改造,鋅電積過程酸霧的排放不但達到了廣東省特別排放限值要求,而且在行業內遙遙領先。

1 改進前鋅電積外排酸霧存在的問題

鋅電積車間的電解液采用空氣冷卻塔降溫,維持電解液溫度在35 ～42 ℃,風冷塔設計有上、下兩層捕滴器,能夠將大部分液體捕捉下來。 酸霧吸收率為80% ～85%,但是外逸的酸霧還是比較嚴重,對周圍的設備設施和環境造成影響。

電解廠房內使用兩臺風冷塔風機強制抽風,室內的環境得到改善。 但是當一臺風冷塔風機進行檢修作業,只有一臺工作時,通風量明顯不足,廠房內酸霧偏大。 另外,不同的氣壓、風向對風冷塔的抽風效果也有較大的影響。

物料變化導致凈化生產出現波動時,新液鈷、鍺等雜質元素超標,陰極上產生的氫氣量增加,造成酸霧濃度上升。

2 改進措施

2.1 風冷塔的改進

1)風冷塔布液系統的改進。 改進措施:①噴淋管數量由原來的16 根增加至24 根,并均勻布置;②噴頭數量由原來的32 個增加至48 個,且將噴頭出口形式作了相對改進,由原來的直噴管改為螺旋狀出口,增加了布液面積,提高了液體霧化能力,便于液體冷卻;③嚴格把控噴淋管的材質、厚度、焊接質量,減少因噴淋管損壞、噴頭脫落等問題造成液體噴出塔外的現象。

2)捕滴器的改進。 改進措施:①原V 型捕滴器的間距為50 mm,間距較大,不能很好地阻隔酸霧中的部分液滴飄出,通過試驗將捕滴器的間距縮小至40 mm,既能保證酸霧中的液滴較少飄出,又保證了液體的冷卻效果;②改進捕滴器材質,由PVC 材質改為PP 材質,提高了使用壽命,避免使用過程中部分捕滴器損壞造成酸霧飄出;③嚴把捕滴器安裝質量關,避免因人為因素造成酸霧外逸。

3)增設第三層絲網捕沫器。 在兩層捕滴器上方增設一層絲網浦沫器,用于收集經過捕滴器后飄出的較小顆粒液滴。 據該項目的工況及具體情況,采用了專門適用于電解液冷卻塔的改良除沫器,其主要用于分離直徑較大的3 ～5 μm 液滴。 當帶有霧沫的氣體以一定的速度上升,通過除水器上的改良除沫器時,由于霧沫上升的慣性作用,使得霧沫與除沫器的細絲碰撞而粘附在細絲表面上。 細絲表面上的霧沫進一步擴散,加上霧沫本身的重力沉降,使霧沫形成較大的液滴沿著細絲流至它的交織處。 由于細絲的親濕性、液體的表面張力及細絲的毛細管作用,使得液滴越來越大,直至其自身的重力超過氣體上升的浮力和液體表面張力的合力時,就被分離而下落。 只要操作氣速等條件選擇得當,氣體通過該除沫器后,其除沫效率可達99%以上,完全達到去除霧沫的目的。

第三層絲網捕沫器是一種高效的氣液分離裝置,使用的絲網除沫器材質為PP 材質,具有以下特點:結構簡單、重量輕、耐腐蝕;空隙率大、壓力降小;接觸表面積大、除沫效率高;安裝、維修、操作方便。其工作原理如圖1所示。

圖1 第三層絲網捕沫器工作原理

改造完成后,風冷塔外排廢氣酸霧濃度檢測值為0.1 mg/m3,降溫幅度在5 ～6 ℃,具有較好的環境效應,也滿足了生產降溫需求。

2.2 對通風罩進行改造

車間總共有8 臺風冷塔對電解循環液降溫,原設計電解槽上使用兩臺60 000 m3/h 的風機進行抽風,槽上酸霧較少,但是其中一臺進行檢修的時候,槽上的酸霧比較嚴重,為確保槽上酸霧長期處于較低水平,對通風罩進行了改造。 將另外兩臺風冷塔風機也并入通風罩進行抽風,確保任何時候都有至少有兩臺風機正常工作。 電解槽通風系統示意圖見圖2。

圖2 電解槽通風系統示意圖

為了調節風機的進風量和電解槽面的空氣流速,在通風罩上增加一個可以調節角度的百葉窗。既降低了電解槽面酸霧,又保證了風冷塔的降溫效果。

2.3 嚴控新液質量

新液雜質偏高時,鋅片會復溶,產生大量氫氣,氣體上升過程會夾帶出大量含酸小液滴,造成電解槽面酸霧增加。

攪拌裝置對除鐵效果影響非常大,為提高針鐵礦生成率,引進了德國的EKATO 高效氣體分散攪拌裝置,提高了攪拌效率,同時為改善氣體分散效果創造了條件。 除鐵效果改善的同時,F-、Cl-、As、Sb、Ge 等也去除得更徹底。 除鐵后液的各雜質水平:[F-]為18 ～20 mg/L,[Cl-]為400 ～500 mg/L,[As] ≤0.01 mg/L,[Sb] ≤0.01 mg/L,[Ge] ≤0.02 mg/L。

壓濾機卸渣前后或者新濾布剛剛投入使用時,液體中都不可避免地夾帶一些渣,從而污染新液,造成雜質含量上升。 為解決這個問題,凈化壓濾機增設了不合格液溜槽,壓濾機吹渣、卸渣后重新使用或者剛剛換完新濾布投入使用的壓濾機全部將壓濾液切換到不合格液溜槽5 ～10 min,確認濾液清亮、無渣后,再切換回濾液溜槽。 該措施使得凈化新液的穩定性、合格率大幅提升。

濕法煉鋅系統隨著時間的延長,溶液中的有機物開始累積,TOC(有機碳總量)達到一定的量后會對鋅片質量和電流效率產生比較大的影響,嚴重時甚至造成燒板。 活性炭加入的連續性、均勻性對吸附溶液中的TOC(有機碳總量)有較大的影響。2019年將活性炭的加入方式由干料加入改成漿化后加入,電解廢液TOC(有機碳總量)含量穩定在30 ～40 mg/L。

凈液工序改造前,新液質量不穩定,鋅片偶爾會有小孔,槽面酸霧檢測值為1.2 ～2.0 mg/m3,雖然比同行槽面酸霧2.0 ～3.5 mg/m3低,但人在電解槽面行走時,還是能感覺到酸霧刺鼻。 改造完成后,電解生產平穩,槽面酸霧檢測值下降到0.8 ～1.0 mg/m3,降幅達30%以上,整個廠房內的作業環境大為改善。

3 效果分析

3.1 檢測標準方法及氣象參數

酸霧檢測標準方法見表1。 檢測當天氣象參數檢測結果見表2。

表1 酸霧檢測標準方法

表2 檢測當天氣象參數

3.2 檢測位置

兩座風冷塔的檢測點位示意圖見圖3,檢測點位對應的外排酸霧檢測結果見表3。 表3中排放限值標準參照《大氣污染物排放限值》(DB 44/27—2001)第二時段無組織排放監控濃度限值。

表3 風冷塔外排酸霧檢測結果

圖3 檢測點位示意圖

3.4 檢測結果

改進完成后,鋅電積廠房四周外排酸霧檢測值小于0.025 mg/m3,風冷塔外排酸霧0.3 mg/m3,完全達到排放限值要求,整體環境和員工的感覺良好。

4 結語

丹霞冶煉廠針對鋅電積車間外逸酸霧嚴重的問題,通過嚴控新液質量,改進電解槽通風系統,改進風冷塔布液系統、捕滴器,并增加捕沫器等措施,使得外排酸霧減少了99.5%以上,廠房四周的酸霧濃度小于0.025 mg/m3,風冷塔外排酸霧0.3 mg/m3,不但達到了國家限值排放的要求,而且在行業內遙遙領先。 同時,由于風冷塔增高、噴淋系統改進,風冷塔的降溫幅度也達到5 ～6 ℃,滿足了鋅電積正常穩定生產的要求。