氨浸分銀工藝中氨氣散排治理的優化改造

房孟釗

（1. 中國有色礦業集團剛果礦業有限責任公司，北京 100000； 2. 大冶有色金屬有限責任公司，湖北 黃石 435002）

某冶煉廠稀貴金屬車間的生產任務是提取銅陽極泥中的貴金屬， 即金、銀、鉑、鈀等， 生產規格為1 kg 或3 kg 的4N（99.99%）金錠、15 kg 的4N 銀磚、3N海綿鉑、3N海綿鈀等。貴金屬產品中白銀的產量最高， 每年約300 t， 能帶來可觀的經濟效益。目前， 從陽極泥中提取銀的工藝中， 應用最廣泛的主要為亞硫酸鈉分銀-甲醛沉銀工藝和氨浸分銀-水合肼沉銀工藝。該廠稀貴金屬車間最初工藝是亞硫酸鈉分銀-甲醛沉銀工藝， 但是在長期的生產實踐中， 此工藝暴露出很多缺點， 如： 容易結晶、管道堵塞、亞硫酸鈉分銀效率低等， 最嚴重的是甲醛沉銀后液無法回用且污水系統處理困難。因此，經過論證， 改用氨浸分銀-水合肼沉銀工藝取代亞硫酸鈉分銀—甲醛沉銀工藝， 此工藝實現工業化生產應用后， 大幅提高了分銀效率， 極大降低了分銀渣中的含銀指標， 且水合肼沉銀得到的粗銀粉含銀品位也大幅增加， 同時還降低了一線工作人員的勞動強度［1-3］。但是， 經過一段時間生產實踐，發現氨浸分銀-水合肼沉銀工藝存在氨氣利用率低、散排嚴重、生產環境惡劣、沉銀后液無法重復使用等問題。通過新建一套脫氨塔系統， 徹底解決了水合肼沉銀后液處理的難題， 且沉銀后液經過脫氨塔的處理還可得到能返回氨浸分銀工序中使用的氨水［4］， 可進一步降低生產成本。

1 氨氣散排的影響

改造前的液氨分銀-水合肼沉銀工藝流程如圖1 所示， 采用該工藝， 生產現場會出現氨氣散排且散排點多、量大， 并且存在突發性散排和持續性散排并行等問題， 不但生產成本高， 而且影響周邊人群身體健康， 破壞環境。經過分析梳理發現， 主要問題有以下三個方面： 1）分銀通氨過程中易出現氨氣逸出； 2）沉銀過濾過程中因采用壓濾機過濾會形成氨氣散排； 3）氨氣吸收塔吸收能力不足， 效率較低［5-9］。

圖1 改造前液氨分銀-水合肼沉銀工藝流程圖Fig.1 Before the reconstruction， liquid ammonia split silver-hydraulic sinking silver process flow chart

2 氨氣散排分析及解決思路

2.1 分銀通氨過程中氨氣逸出

1）原因分析：

①分銀通氨過程中， 氨氣是直接通入反應釜中， 由于氨氣溶解度低， 導致大量氨氣散排后進入空氣中， 根據通氨前后溶液中氨濃度的計算結果可知， 此階段氨氣實際使用效率不足60%；

②為了排出反應釜內的氨氣， 分銀、沉銀反應釜采用了負壓抽風， 從而增加溶液中氨的揮發。

2）解決思路：

①將液氨先轉變為氨水， 然后再將氨水加入反應釜中反應。業內已有成熟的氨水制備設備，可直接將液氨槽車中的液氨在4~6 h內一次性全部轉換為氨水， 以儲存備用。該方案可減少反應釜在開放環境下氨氣融入水的過程中的揮發量； 同時， 采用該方案后， 不用儲存液氨， 故可撤掉液氨站， 從而消除液氨站構成的重大安全風險。

②將用于分銀、沉銀的8 臺反應釜改為密閉微正壓反應釜， 抑制反應過程中氨的揮發。反應釜密封改造后， 分銀、沉銀過程處于微正壓狀態， 可以有效抑制溶液中的氨氣揮發， 減少氨氣散排總量。另外， 分銀過程中微正壓可以有效地穩定分銀液中的氨濃度， 保證分銀精礦的含銀指標； 沉銀過濾過程中可以使用反應釜內的壓力進行正壓輸送， 有效避免泵和管道的堵塞； 密封式的微正壓反應， 可以實現有效控制氨氣排放的時間和頻次， 使其均勻排放， 避免了反應過程中部分時段排放過于集中， 進而提升吸收塔負荷能力。

2.2 壓濾機過濾形成散排

1）原因分析：

①沉銀時的過濾是在開放環境下進行的， 期間散排出的氨氣難以集中處理；

②過濾所采用的壓濾機在運行過程中其內部存在減壓過程， 會導致大量氨氣快速逸出；

③壓濾機采用的是懸掛式濾布過濾， 過濾時，濾布存在毛細滲透問題， 會加劇氨氣散排。

2）解決思路： 采用密閉式正壓過濾機過濾， 并且自帶洗滌功能。這種方式可將銀粉過濾環境由開放式變為密閉式， 使氨氣由散排變為集中排放，便于對氨氣進行收集和處理。

2.3 氨氣吸收塔吸收能力不足

1）原因分析：

①氨氣吸收塔以水為介質吸收氨氣， 在保證出口煙氣達標的情況下， 吸收液濃度一般僅能達到3%。吸收塔的這種吸收方式在運行過程中需頻繁換水， 導致廢水產出量較大， 超過了系統對廢水的回用能力， 并且也增加了污水處理系統的負荷。

②吸收塔換水間隙會短暫缺水， 導致設備運行不穩定， 氨氣外排超標。

③吸收塔無法實現高濃度吸收液的循環， 增加了系統運行成本。

2）解決思路： 以濃度為10%~20%稀硫酸取代水作為氨氣吸收介質， 隨著吸收過程的進行， 不斷少量地添加硫酸， 最終吸收液總濃度能夠達到50%以上， 氨有效濃度能達到13%， 可大幅降低吸收系統廢水產出量， 產出的廢水可經脫氨塔處理得到氨水， 氨水又可以回用到生產上。

3 改造方案實施

3.1 氨水制備系統改造

3.1.1 氨水制備系統改造必要性分析

1）工藝需求。該廠稀貴金屬車間生產工藝是氨浸分銀工藝， 先以濃度為6%~7%的氨水將氯化銀、硫酸銀絡合， 然后將其溶于溶液， 從而實現銀的分離和回收。目前， 生產系統采用液氨汽化后的氨氣， 直接通入分銀反應釜中， 即氨氣溶解、氨水絡合銀在一個容器內同時完成。該方法存在的問題如下：

①氨氣溶于水是放熱反應， 使溶液溫度升高，抑制氨氣的溶解； 同時氨氣溶解也需要一定時間，由于氨氣溶解、氨水絡合銀同時進行， 無法提供充足的反應時間， 導致大量氨氣還未溶解即揮發進入空氣。目前， 實測的分銀過程中氨氣使用效率約為80%。

②脫氨塔每天都會產生約30 m3濃度為10%~15%的氨水， 這些氨水需要返回生產系統。目前，這種操作模式無法穩定、均勻地將氨水返回每個反應釜， 導致各反應釜中氨濃度存在一定差異， 間接造成氨的浪費。

③氨氣直接通入反應釜會使分銀反應釜中氨的濃度先逐漸上升然后趨于穩定， 故在分銀反應過程中， 有較長一段時間氨濃度未達到標準要求的6%~7%， 這段時間反應效率較低， 不僅拉長了整個反應過程， 還增加了氨氣的揮發逸出量。

如果將氨氣轉化為氨水直接在反應釜中使用， 可以在氨水制備設備上實現氨氣高效無污染溶解， 避免氨氣逸出。同時， 制備的氨水濃度可以保持穩定， 便于生產現場對其定量使用。

2）生產與安全管理需求。該廠稀貴金屬車間唯一的重大危險源就是液氨站儲罐， 企業每年需花費巨額資金用于液氨站的檢查維護、改造完善。若在液氨槽車卸車時直接將液氨制備為氨水， 就可省去液氨儲存環節， 停用液氨儲罐， 從根本上消除重大危險源。

3.1.2 氨水制備系統改造后制備能力分析

氨水制備系統改造后， 制備能力需達到每小時制取15 t濃度為25%的氨水。

計算依據： 液氨可根據使用量卸車， 不必卸空。按照目前實際使用量2~3 d 卸車1 次， 每次卸車約10 t， 液氨卸車和轉化為氨水的時間為5 h。仍然用10%稀氨水作為原料， 制取25%濃氨水， 則單次濃氨水制備量約為70 m3?？赏ㄟ^計算得到：每小時需制取氨水14 t?？紤]到需要留足一定的富余量， 所以， 制備能力選取15 t/h。

3.1.3 氨水制備系統改造

改造對象主要包括： 氨水制備設備、稀氨水原料系統、濃氨水儲存和輸送系統、輔助系統、自動化控制系統的改造； 設備設施、區域內管道等安裝和調試， 以及雨棚搭建、設備基礎施工等輔助工程。

1）氨水制備設備： 采用濃度10%的稀氨水和濃度99.9%的液氨為原料； 制備能力為每小時制取15 t濃度25%的氨水； 所有接觸氨水的部位材質為316 L 不銹鋼； 產出氨水濃度、氨水產出量均可調，并使用可編程控制器（PLC）控制， PLC 具備遠程控制功能； 配有冷卻系統等必備的附屬設施。

2）稀氨水原料儲罐： 稀氨水原料儲罐總容積不低于100 m3， 材質為304 不銹鋼和普鋼復合材料。

3）濃氨水儲罐： 總容積不低于100 m3， 材質為304不銹鋼和普鋼復合材料， 外壁做保溫處理。

4）濃氨水輸送系統： 包括濃氨水輸送泵， 輸送過程中用于計量氨水的計量系統， 用于調節濃氨水的點控制閥以及相應管道。

5）自動控制系統： 該系統為全自動控制， 控制對象包括氨水制備、氨水定量輸送、容量測量等，控制功能集成于氨水制備設備的PLC系統中。

6）安全、環保防護系統： 包含分別設置于設備內部、工作現場、液氨卸車點的各一套氨氣泄漏檢測系統和與之配套的緊急切斷閥和報警設施， 以及氨水儲槽的氨氣揮發處理吸收塔等。

7）其他附屬設施： 包括設備安裝基礎、設施安裝區域硬化地面、設備本體雨棚等。

3.1.4 氨水制備系統改造項目費用預算

1）氨水制備系統改造項目費用預算為270 萬元， 其中設備費用約190 萬元。項目的主要構成：①購置15 t/h 氨水制備設施， 單次卸氨10 t， 生產的氨水可使用2~3 d； ②新增原料和濃氨水儲罐各一個， 容積均為100 m3； ③新增配套氨水輸送系統（重點在計量系統）； ④其他輔助系統（環保、消防等）。

2）氨浸分銀-沉銀反應釜密封項目費用預算為48萬元， 均為設備費用。項目的主要構成： ①反應釜攪拌軸密封改造為耐正壓模式； ②反應釜人孔改為橡膠密封， 并采用氣動活動密封蓋。

3.2 粗銀粉壓濾機升級改造

目前該設備已在用1 臺， 效果較好， 完全解決了銀粉過濾時的散排問題。如圖2所示， 過濾洗滌干燥一體機主要結構有傳動裝置、升降裝置、機械密封、人孔、罐體、攪拌系統、出料閥裝置、支腿等，過濾面積為2 m2。如圖3 所示， 其工作原理是利用空壓風在罐體內產生正壓實現固液分離。該設備可在同一容器內完成從進料到過濾、洗滌、干燥，最后到出料的全過程連續操作。實際生產中， 單反應釜的反應和過濾時間合計為3 h， 處理量為3000 t， 如果按年均過濾總量1000 鍋次（日均過濾量3 鍋次）計算， 則單臺密閉式過濾機處理能力無法滿足生產負荷， 需增加1臺。粗銀粉壓濾機升級改造項目費用預算為120 萬元， 其中設備費用約105萬元。

圖2 過濾洗滌干燥一體機結構簡圖Fig.2 Filter and wash dry all -in -one structure

圖3 過濾洗滌干燥一體機工藝流程簡圖Fig.3 Filter and wash dry all-in-one process process brief map

3.3 氨氣吸收塔改造

項目的主要構成： 1）設置1 m3硫酸高位槽， 材質為不銹鋼； 2）將目前的吸收塔改造為無填料防堵塞吸收塔， 并增加塔高； 3）新建一個循環地池，吸收塔液經過地池循環， 方便清理和吸收塔換水；4）完善現有抽風管路， 同時在分銀渣出料區域增設抽風罩。

氨氣吸收塔改造項目費用預算為61 萬元， 其中設備費用約31萬元。

3.4 改造后的新工藝流程

改造后的氨水分銀-水合肼沉銀工藝流程如圖4所示。改造的自動化氨水制備系統采用氨水取代液氨， 不僅可以外購液氨制備氨水， 還可以同時通過處理脫氨塔產生的稀氨水得到高濃度的氨水，最終保證進入每一分銀反應釜中的氨水濃度一致， 且穩定達到25%。高濃度氨水既提高了氨的利用率， 又進一步降低了分銀渣的含銀量， 為后續開展降低分銀單釜的總氨量提供了有利條件。

圖4 改造后氨水分銀-水合肼沉銀工藝流程Fig.4 After the transformation， ammonia moisture and silver-hydraulic sinking silver process

板框壓濾機升級為過濾洗滌干燥一體機， 整個過程可實現氨氣的零散排。

將分銀反應釜與沉銀反應釜進行密封， 可進一步控制氨浸分銀-水合肼沉銀工藝生產過程中氨氣的大量散排。

采用稀硫酸取代吸收塔中的水來吸收氨氣，可降低廢水量， 還可提高吸收氨氣的效率， 進一步降低吸收塔外排廢氣中的氨氣含量。

采用新工藝后， 可取消重大危險源液氨站。

3.5 改造后效果

改造后， 徹底解決了生產現場氨氣散排的問題， 同時提高了氨的利用率， 降低了銀的系統占用。如表1 所示， 采用氨水代替液氨， 單釜減少350 kg 氨， 且分銀渣含銀均值由7.5 kg/t 下降到4 kg/t； 粗銀粉品位均值提升到97%； 脫氨塔制備的氨水濃度達到18%以上。

表1 改造后關鍵指標對比Table 1 Key indicator comparison after transformation

4 效益分析

4.1 經濟效益

改造前， 該廠稀貴車間的耗氨量約為1000 t/a，其中60%以上散排進入空氣中。優化改造后， 預計可減少50%的氨氣散排量， 即每年氨氣用量可減少500 t， 按照3000元/t計算， 每年可通過減少氨氣用量節約成本150 萬元。此次優化改造的成本總投入約499 萬元， 預計只需三年左右即可收回成本。

4.2 社會效益

改造后， 可有效解決安全環保問題， 具有較好的社會效益。

1）避免分銀過程中氨氣揮發逸出， 大幅優化分銀崗位操作環境， 徹底解決稀貴車間生產環境惡劣的問題。

2）降低氨氣吸收塔運行負荷， 有效保證排口達標排放。

3）停用液氨站， 消除稀貴工業園唯一的重大危險源， 降低安全和管理風險。

5 結 論

為了解決液氨分銀-水合肼沉銀工藝生產過程中氨氣散排嚴重的問題， 對氨水制備系統、粗銀粉壓濾機、氨氣吸收塔等進行了一系列升級改造。改造后， 徹底解決了生產現場氨氣散排的問題， 同時提高了氨的利用率， 降低了銀的系統占用。分銀渣含銀均值大幅下降， 粗銀粉品位均值得到有效提高。

升級改造工程兼顧了經濟效益和社會效益。改造投入成本可控， 且可在三年左右收回改造成本， 三年之后企業將在改造后的新工藝上收獲可觀的經濟效益。

新工藝實施后， 實現了工作現場氨氣零排放，大幅改善了工作環境； 降低了氨氣吸收塔運行負荷， 保證了排口達標排放， 避免了對外部環境的污染； 停用了液氨站， 消除了重大危險源， 降低了安全和管理風險。