銀電解液凈化系統(tǒng)的安全改造

王光忠,劉 超,陳海軍

(1.中南大學(xué),湖南長(zhǎng)沙 410083;2.河南豫光金鉛集團(tuán),河南濟(jì)源 454650)

銀電解液凈化系統(tǒng)的安全改造

王光忠1,2,劉 超2,陳海軍2

(1.中南大學(xué),湖南長(zhǎng)沙 410083;2.河南豫光金鉛集團(tuán),河南濟(jì)源 454650)

大規(guī)模生產(chǎn)1#電解銀的企業(yè)幾乎全部采用熱分解的工藝方法凈化電解液,除去其中的銅、鉛、鉍等雜質(zhì),在熱分解過(guò)程會(huì)生成大量AgNO3等硝酸鹽結(jié)晶體,在一定條件下會(huì)發(fā)生爆炸事故,破壞力很大,是一大安全隱患,文章從生產(chǎn)實(shí)踐出發(fā),分析了爆炸事故形成的原因,通過(guò)設(shè)備改造,徹底根治了安全隱患。

銀電解;硝酸銀;爆炸;安全;

銀電解液凈化效率的高低,不僅直接影響電銀粉質(zhì)量,也關(guān)系到電銀粉的加工成本,因此白銀生產(chǎn)廠家都在不斷探索高效率的銀電解液凈化技術(shù)。目前,企業(yè)較常采用的凈化技術(shù)主要有以下幾種:(1)食鹽沉淀法。將雜質(zhì)含量高的電解液抽出,加飽和的食鹽水沉淀回收銀,沉淀后液回收銅、鉍。該技術(shù)成本高,銀的回收提純復(fù)雜,只有少數(shù)小型企業(yè)使用;(2)氨水中和法。用氨水調(diào)節(jié)pH值除去其中銻、鉍、銅等雜質(zhì),然后加硫酸沉鉛,凈化后的電解液循環(huán)使用,該技術(shù)除雜速度快、成本低,但過(guò)程復(fù)雜、流程冗長(zhǎng),且在氨水中和的過(guò)程中,若條件控制不當(dāng),易產(chǎn)生疊氮酸根,疊氮酸根在酸性環(huán)境中不穩(wěn)定,易發(fā)生爆炸,存在安全隱患,只有少數(shù)企業(yè)采用;(3)液堿中和法。在電解液中加入液堿,使硝酸銀轉(zhuǎn)換成氧化銀,然后用過(guò)濾洗滌的氧化銀,去中和需要凈化的廢電解液,控制pH值除去Sb、Bi雜質(zhì),該技術(shù)除雜速度快、成本很低,是銀電解液凈化的一個(gè)發(fā)展方向,但目前還處于研究階段;(4)熱分解法?？刂齐娊庖簻囟?使Cu(NO3)2分解成CuO,然后水浸過(guò)濾 ,濾液調(diào)pH值后返回電解系統(tǒng)循環(huán)使用,該技術(shù)成熟,成本相對(duì)較低,是目前電解液凈化的主要技術(shù)手段,但生產(chǎn)實(shí)踐中,因溢鍋或拋灑,造成電解液中的硝酸鹽結(jié)晶物,進(jìn)入凈化平臺(tái)等設(shè)施的衛(wèi)生死角。硝酸銀結(jié)晶物在有限空間受到高溫或撞擊,容易發(fā)生爆炸,破壞力巨大,安全事故較多。

1 生產(chǎn)現(xiàn)狀和爆炸原因分析

1.1 生產(chǎn)現(xiàn)狀

2004年～2010年河南豫光金鉛集團(tuán)經(jīng)歷了跨越式發(fā)展,主導(dǎo)產(chǎn)品電鉛產(chǎn)量由原來(lái)15萬(wàn)t擴(kuò)大到36萬(wàn)t,相應(yīng)的鉛陽(yáng)極泥產(chǎn)量也由3 000 t提高到6 500 t,盡管在此期間貴金屬冶煉部分,進(jìn)行了相應(yīng)的擴(kuò)改,但是隨著廢電解液處理量的日益增大,小規(guī)模生產(chǎn)不易暴露的問(wèn)題也隨之暴露,高強(qiáng)度的連續(xù)生產(chǎn),使設(shè)備維修保養(yǎng)工作質(zhì)量下降,爆炸事故逐漸增多,逐漸危害到職工的安全健康,安全問(wèn)題日益突出。

1.2 生產(chǎn)設(shè)備及其配置介紹

目前,凈化系統(tǒng)配置了三臺(tái)熱分解凈化釜、一臺(tái)浸出釜、兩座凈化塔及相應(yīng)的輔助設(shè)施,其設(shè)備明細(xì)列于表1。

表1 凈化系統(tǒng)主要生產(chǎn)設(shè)備

凈化釜平臺(tái)改造前平面布置圖如圖1所示,凈化釜鍋臺(tái)結(jié)構(gòu)主視圖如圖2所示,凈化釜鍋臺(tái)結(jié)構(gòu)俯視圖如圖3所示。

圖1 凈化釜平臺(tái)改造前平面布置圖

圖2 凈化釜鍋臺(tái)結(jié)構(gòu)主視圖

圖3 凈化釜鍋臺(tái)結(jié)構(gòu)俯視圖

由圖1～圖3可知,凈化液集結(jié)點(diǎn)主要有三:(1)鍋臺(tái)與鋼平臺(tái)連接處的夾縫中;(2)凈化釜和鍋臺(tái)之間的夾縫中;(3)凈化釜下方的地面上。

1.3 熱分解凈化原理概述

將含有較高雜質(zhì)的電解液,置于不銹鋼蒸發(fā)釜中加熱蒸干,在蒸發(fā)的過(guò)程中AgNO3、Pb(NO3)2、Sb(NO3)3、Bi(NO3)3、Cu(NO3)2逐漸結(jié)晶為硝酸鹽晶體,當(dāng)溫度升高到200～250℃時(shí),Cu(NO3)2開(kāi)始分解成CuO,而其它的銀鹽、鉛鹽、鉍鹽等不分解,待Cu(NO3)2分解完全后,趁熱往蒸發(fā)釜內(nèi)加入純水,控制pH值,攪拌浸出,這個(gè)過(guò)程中,沒(méi)有分解的銻鹽、鉍鹽水解生成沉淀,與不溶的CuO一起留于渣中分離,而銀、鉛又離解成離子進(jìn)入浸出液中,浸出液加入欠量的化學(xué)純硫酸進(jìn)行沉鉛,過(guò)濾后得到凈化液。然后加軟化水和硝酸調(diào)整凈化液的酸度和銀離子濃度后,返電解系統(tǒng)使用。

過(guò)程反應(yīng)方程式如下:

在蒸發(fā)濃縮的過(guò)程中,有大量硝酸鹽結(jié)晶物的生成,而硝酸鹽是易爆炸物質(zhì),在受到撞擊等條件下,很容易發(fā)生爆炸,是生產(chǎn)過(guò)程中的一大安全隱患。

1.4 歷次爆炸事故回顧

1.2007年5月5日8:50左右,楊某拆除凈化鍋圍磚時(shí),操作工不小心,炮條沖擊了帶有硝酸銀結(jié)晶體的爐膛磚,引發(fā)爆炸,碎屑擊傷眼睛。

2.2008年11月6日15:30左右,盧某點(diǎn)火約3 min后,3#和4#凈化鍋之間鋼板下發(fā)生爆炸,鋼板被炸裂,撬起50 cm左右,鋼板嚴(yán)重變形,所幸無(wú)人員傷亡。

3.2009年2月23日,維修切割凈化鍋旁的煙囪,焊渣落到凈化鍋鍋臺(tái)上,導(dǎo)致2#、3#鍋之間發(fā)生強(qiáng)烈爆炸事故,鍋臺(tái)間鋼板被炸飛。

4.2009年5月26日13:00左右,許某等切割凈化鍋臺(tái)附近的鋼板,1#、2#鍋之間鋼板發(fā)生爆炸, 5 mm厚的不銹鋼板炸起,炸起的不銹鋼板打到凈化釜蓋上,將凈化釜蓋打出60 cm遠(yuǎn),踩在凈化釜蓋上刷漆的操作工孟某,失去平衡跌落到凈化釜中,腰部擦到凈化釜壁上,造成輕傷。

1.5 爆炸原因分析

凈化系統(tǒng)頻繁發(fā)生爆炸,說(shuō)明目前的凈化設(shè)備及操作方法等軟硬件設(shè)施存在漏洞,要杜絕安全隱患的發(fā)生,必須根除發(fā)生爆炸的原因,為此,針對(duì)歷次凈化釜爆炸事故分析,匯總整理后如下:

1.因爐膛內(nèi)閥門(mén)泄露或燃?xì)馊紵煌耆?導(dǎo)致?tīng)t膛內(nèi)的混合氣體達(dá)到爆炸極限,點(diǎn)火時(shí)發(fā)生爆炸,爆炸的沖擊波撞擊爐膛,引起鋼平臺(tái)或爐膛夾縫中的硝酸鹽結(jié)晶物發(fā)生爆炸。

2.鍋臺(tái)和鍋臺(tái)上方的鋼平臺(tái)之間,硝酸銀結(jié)晶物多,凈化結(jié)束?；鸷?鋼板冷卻速度快,鍋臺(tái)冷卻速度慢,鋼板和鍋臺(tái)之間的縫隙變小,擠壓硝酸銀結(jié)晶物,發(fā)生爆炸。硝酸銀結(jié)晶物產(chǎn)生的原因如下: (1)蒸發(fā)過(guò)程中火焰控制不當(dāng),電解液升溫過(guò)快,發(fā)生溢鍋現(xiàn)象或管道老化如連接處漏液等,電解液滴落到鍋臺(tái)和鋼平臺(tái)之間的夾縫中,并逐漸積累;(2)在浸出過(guò)程中,浸入凈化液的塑料軟管粘附較多的凈化液,在來(lái)回搬運(yùn)的過(guò)程中,拋灑到鋼平臺(tái)之上,或浸出壓濾時(shí)壓濾機(jī)漏液,凈化液拋灑造成鍋臺(tái)與鋼平臺(tái)之間硝酸鹽結(jié)晶物積累;(3)鋼板在強(qiáng)酸性條件下腐蝕現(xiàn)象嚴(yán)重,導(dǎo)致鍋臺(tái)和平臺(tái)之間縫隙變大,電解液滲漏到鋼板下部;(4)在蒸發(fā)分解的過(guò)程中,爐膛內(nèi)溫度過(guò)高,凈化釜內(nèi)受熱不均,導(dǎo)致鍋底溫度過(guò)高,容易造成溢鍋現(xiàn)象,凈化液進(jìn)入爐膛。

3.在檢修和拆裝的過(guò)程中,由于操作不慎,發(fā)生撞擊或焊渣、切割渣跌落到結(jié)晶體上,引起爆炸。

2 設(shè)備改造

針對(duì)以上爆炸事故發(fā)生的原因,在生產(chǎn)實(shí)踐中單位采取了四項(xiàng)改造措施:

2.1 通風(fēng)、通氣防燃?xì)獗?/p>

凈化鍋爐膛上增加鼓風(fēng)機(jī),在點(diǎn)火、燒終點(diǎn)、維修等情況下,對(duì)爐膛進(jìn)行預(yù)吹掃。一方面,沖擊稀釋爐膛內(nèi)燃?xì)鉂舛?破壞其爆炸的臨界條件,防止點(diǎn)火時(shí)發(fā)生爆燃,另一方面,對(duì)爐膛吹風(fēng)降溫,避免凈化燒終點(diǎn)時(shí)升溫過(guò)快發(fā)生溢鍋現(xiàn)象。

2.2 鋼平臺(tái)全密封阻止硝酸鹽結(jié)晶物進(jìn)入爐膛,增大鍋臺(tái)和鋼平臺(tái)間距

分析調(diào)查發(fā)現(xiàn):硝酸鹽結(jié)晶物積累在鋼板和鍋臺(tái)之間狹小的空間里,出現(xiàn)熱脹冷縮時(shí)容易發(fā)生爆炸。因此,杜絕凈化系統(tǒng)爆炸事故的發(fā)生,必須從以下三個(gè)方面入手。進(jìn)行設(shè)備改造,凈化釜平臺(tái)改造后示意圖如圖4～圖6所示。

1.清除原有的硝酸鹽結(jié)晶物。將現(xiàn)有鍋臺(tái)上方的鋼板全部拆除,換上材質(zhì)為5 mm厚不銹鋼板,徹底清理鍋臺(tái)與鋼板之間的硝酸鹽結(jié)晶物,并更換兩層鍋臺(tái)磚,然后用高溫水泥造面。

圖4 凈化釜平臺(tái)改造后平面布置圖

圖5 凈化釜結(jié)構(gòu)主視圖

圖6 凈化釜結(jié)構(gòu)俯視圖

2.阻止新硝酸鹽結(jié)晶物的形成。首先,在凈化鍋上沿周圍增加收集槽,當(dāng)出現(xiàn)溢鍋現(xiàn)象時(shí),可將凈化液收集到收集槽內(nèi),避免流到鋼平臺(tái)上,進(jìn)而流到爐膛內(nèi),形成爆炸隱患。另外,在收集槽旁設(shè)置積液槽,出現(xiàn)溢鍋現(xiàn)象時(shí),方便清理收集槽內(nèi)的電解液。其次,在鋼平臺(tái)周邊及鋼平臺(tái)和鍋臺(tái)結(jié)合處焊補(bǔ)100 mm高的防溢墻,并且在鋼平臺(tái)的一角開(kāi)設(shè)溢流口,在出現(xiàn)凈化液大量溢出時(shí),凈化液可通過(guò)溢流口進(jìn)入地坑內(nèi),防止了凈化液滲入鍋臺(tái)和鋼平臺(tái)之間,造成硝酸銀結(jié)晶物的積累,另外,改造后的鋼平臺(tái)表面保持鋼平臺(tái),可用洗水直接沖洗,更加衛(wèi)生干凈。

3.增大鍋臺(tái)與鋼板之間的距離,使鍋臺(tái)和鋼平臺(tái)之間呈開(kāi)放的空間。將鋼平臺(tái)用200 mm高的槽鋼架起,使鍋臺(tái)和鋼平臺(tái)之間通風(fēng)良好,同時(shí),在槽鋼上開(kāi)通風(fēng)口,便于清理、沖洗、通風(fēng)。

2.3 增加攪拌裝置確保受熱均勻,減少溢鍋現(xiàn)象

對(duì)每臺(tái)凈化鍋增加1臺(tái)功率為7.5kW的型號(hào)為YB2-132M-4的減速機(jī),在凈化蒸發(fā)的過(guò)程中邊攪拌邊加熱,確保凈化釜內(nèi)熔體受熱均勻,提高蒸發(fā)效率。

2.4 大棚防護(hù)焊渣跌落、漏液

在凈化鍋和燃燒器上方增加防護(hù)棚,使燃燒器和凈化平臺(tái)全部被遮蓋,防止在燃燒器和凈化平臺(tái)上方維修時(shí),焊渣濺落到鋼平臺(tái)上爆炸。另外,防護(hù)棚本身具有遮陽(yáng)避雨的作用,可防止因燃燒器安全裝置失效、失控,引起燃?xì)庑孤妒鹿省?/p>

3 改造后效果對(duì)比

凈化系統(tǒng)改造之后效果明顯,其前后對(duì)比結(jié)果列于表2。

表2 凈化系統(tǒng)改造前后效果對(duì)比

凈化系統(tǒng)改造后效果圖如圖7～圖8所示。

4 結(jié) 論

實(shí)踐證明凈化系統(tǒng)安全改造后效果明顯,與原系統(tǒng)相比,具有以下優(yōu)點(diǎn):

圖7 凈化釜平臺(tái)改造實(shí)物圖

圖8 凈化釜平臺(tái)改造實(shí)物圖

1.杜絕了爆炸事故的發(fā)生。

2.改造簡(jiǎn)單,成本較低。

3.積液槽和密封平臺(tái)的設(shè)計(jì),既改善了操作環(huán)境,有利于職工的身心健康,又防止了硝酸銀的損失,提高了銀的直收率。

綜上所述,該凈化系統(tǒng)安全改造切實(shí)可行,對(duì)運(yùn)用熱分解技術(shù)進(jìn)行電解液凈化的企業(yè),具有很大的借鑒意義和推廣價(jià)值。

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The Security Reform of the Silver Electrolyte Purification System

WANGGuang-zhong1,2,LIU Chao2,CHEN Hai-jun2
(1.Central South University,Changsha410083,China;2.Henan Yuguang Gold&Lead Group,Jiyuan454650,China)

Mass production of silver 1#electrolysis enterprises almost all used the thermal decomposition process in electrolyte purification to remove the impurities such as copper,lead and bismuth.But in the decomposition process,it produced AgNO3crystal which occurred explosion accident under certain conditions.It was a safe hidden trouble for its huge destructive power.Bassed on the production practice,the paper analyzed the reasons of the formation of explosion accidents,and through equipmentmodification,it eradicated the hidden trouble thoroughly.

silver electrolysis;nitric acid silver;explosions;safety

TF803.27

A

1003-5540(2010)06-0047-05

王光忠(1971-),男,高級(jí)工程師,主要從事貴金屬和納米氧化鋅的生產(chǎn)和管理工作。

2010-09-12