自動(dòng)酸洗系統(tǒng)在銅酸洗中的應(yīng)用

胡 燊， 陳 浩， 許平娟

（1.中國瑞林工程技術(shù)有限公司，江西 南昌 330031；2.合肥水泥設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230051）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，銅材越來越廣泛的被應(yīng)用在航空、工業(yè)、農(nóng)業(yè)和輕工業(yè)生產(chǎn)中，大型銅材管件的需求也隨之增多。在銅材的初加工中，除去表面的氧化層是不可缺少的一個(gè)工藝環(huán)節(jié)。銅線、棒、管和帶材等在大氣環(huán)境中經(jīng)高溫退火處理后，其表面產(chǎn)生的氧化層妨礙進(jìn)一步的加工和使用，因此必須有效地將其去除，才可以進(jìn)入下一道加工工序。去除金屬表面氧化物的方法主要有化學(xué)法、機(jī)械磨削法和電化學(xué)法。其中化學(xué)法由于其效率高、效果好而得到廣泛的應(yīng)用。目前，銅材粗加工中化學(xué)法存在以下幾個(gè)問題：①酸洗過程中會(huì)產(chǎn)生大量的酸霧，它不但污染車間環(huán)境，損害設(shè)備的加工精度和使用壽命，而且危害人體健康；②酸與金屬氧化物接觸不充分或反應(yīng)后生成的氧化物沉淀在材料表面，從而影響材料的質(zhì)量；③材料在酸洗槽酸洗時(shí)，內(nèi)部的溫度要保持一定的范圍，而普通的加熱方法只能通過檢測裝置來實(shí)現(xiàn)，客觀因素比較多；④用完的酸水沒有被充分利用和處理就排放到污水廠，造成部分資源的浪費(fèi)，增加了污水廠處理的負(fù)荷。銅酸洗行業(yè)由于產(chǎn)量小、投資少，所以自動(dòng)化程度非常低。加酸和配酸都是操作人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行添加，人為因素非常大，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)過酸洗（麻點(diǎn)）和欠酸洗的現(xiàn)象（黃斑）[1～4]。

1 銅酸洗控制系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)的組成

該酸洗系統(tǒng)有五個(gè)子系統(tǒng)組成，即稀釋系統(tǒng)、酸洗系統(tǒng)、酸霧收集系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)和廢水回收系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 酸洗系統(tǒng)工藝流程Fig.1 The process of pickling system

稀釋系統(tǒng)主要由稀釋罐、自動(dòng)加熱裝置和濃硫酸注入管組成；稀釋前，水被注入罐體，當(dāng)水達(dá)到一定的高度時(shí)，濃硫酸通過注入管，注入到稀釋罐內(nèi)，為了得到均勻的稀酸，濃硫酸被引導(dǎo)到罐體的中心（即稀釋水的中心），這樣稀釋時(shí)將產(chǎn)生劇烈的反應(yīng)，它可以起到攪拌的作用，稀釋罐外的一個(gè)加熱裝置，此裝置可以通過自動(dòng)溫度控制使稀釋的酸加熱到一定的溫度。

酸洗系統(tǒng)由酸洗槽、自動(dòng)開關(guān)門體防酸霧系統(tǒng)、提升系統(tǒng)和自動(dòng)加熱裝置組成；酸洗前，物料通過提升系統(tǒng)放入酸洗槽中。對(duì)于棒材，槽底部有支撐結(jié)構(gòu)，當(dāng)物料被放到槽體內(nèi)時(shí)，它會(huì)自動(dòng)散開；注入酸液前，門體系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉，從而保證酸霧不會(huì)揮發(fā)出來，影響車間的環(huán)境；稀酸由底部注入酸洗槽，酸洗槽上有一個(gè)溢流口，以保證酸液在槽體的一定高度，進(jìn)酸口在槽體底部的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是新注入的酸液不會(huì)直接通過溢流口被排除。被溢流出的硫酸將通過管道，重新被收集到罐中，再注入至酸洗槽中。

酸霧收集系統(tǒng)包括吸、吹風(fēng)機(jī)、酸霧收集凝固罐、泵；吸風(fēng)機(jī)和吹風(fēng)機(jī)分別對(duì)稱的布置在酸洗槽的兩側(cè)。當(dāng)酸洗槽的門體自動(dòng)關(guān)閉時(shí)，風(fēng)機(jī)連鎖被打開，酸洗槽內(nèi)部形成一定流向的風(fēng)路，酸霧自動(dòng)的被收集到凝固罐中，當(dāng)酸霧冷卻為酸水后，泵將它抽到稀釋槽中。

攪拌系統(tǒng)：對(duì)于比較短的材料，酸洗時(shí)采用主動(dòng)攪拌方式，即酸洗槽內(nèi)有一個(gè)提升裝置，材料被固定的放入這個(gè)裝置內(nèi)，隨提升裝置一起升降攪拌；對(duì)于比較長大件材料，主要采用間接攪拌方式，即酸洗槽內(nèi)安裝有一個(gè)液體攪拌器，使得液體不停的來回?cái)[動(dòng)。這樣酸洗時(shí)可以沖掉材料表面的沉淀、雜質(zhì)和氧化物。

廢水回收系統(tǒng)：酸洗后的酸液中含有一定的銅離子和硫酸銅顆粒，為了二次再回收利用，酸液被排放到一個(gè)沉淀池中，加入一定的藥劑，進(jìn)行沉淀，沉淀后的廢水進(jìn)行環(huán)保處理后被排入污水處理廠，而池內(nèi)的沉淀物被收集起來，作為冶煉材料被運(yùn)往冶煉車間。

1.2 控制原理

工作時(shí)，首先向稀釋罐注入一定量的水，當(dāng)達(dá)到要求的液位時(shí)，水閥自動(dòng)關(guān)閉，同時(shí)打開濃硫酸閥，濃硫酸注入稀釋罐的中部，由于濃酸遇到水會(huì)產(chǎn)生劇烈的反應(yīng)，罐內(nèi)液體運(yùn)動(dòng)劇烈，這樣可以起攪拌作用，當(dāng)硫酸稀釋完畢后，溫度加熱器的閥門打開，稀硫酸通過換熱器開始被加熱，當(dāng)達(dá)到規(guī)定的溫度后，加熱器閥門自動(dòng)關(guān)閉，酸洗槽進(jìn)酸口的泵開啟，將稀釋后的稀酸源源不斷的抽到酸洗槽中。

在酸洗槽注入稀酸前，將所要酸洗的材料放入酸洗槽中，并關(guān)閉酸洗槽體中的門體。酸洗液從酸洗槽的槽底被注入，當(dāng)液體到達(dá)一定的高度時(shí)，吸、吹風(fēng)機(jī)打開，酸洗槽體內(nèi)部的酸霧隨著風(fēng)向被收集到冷凝槽中進(jìn)行液化，液化后的酸通過泵重新注入到稀釋罐中。當(dāng)稀酸的水位高于溢流口時(shí)，液體從溢流口中流出，流出的液體通過泵再次注入到酸洗槽中或是其它的酸洗槽中。當(dāng)溢流的酸液不再需要時(shí)，可以控制閥門使多余的酸液直接排放到沉淀池中。為了保證內(nèi)部酸液的溫度，加熱器與稀釋罐相連的管道被關(guān)閉，而與酸洗槽相連的管道被打開，給酸洗槽中的稀酸加熱并到一定的溫度。酸洗時(shí)，為了提高酸洗的效率，需開啟槽內(nèi)的液體攪拌器，酸液在槽內(nèi)不停的波動(dòng)，沉淀在材料表面的雜質(zhì)被沖刷下來。

當(dāng)酸洗完成后，酸洗槽的廢酸出口被打開，酸洗液流到沉淀池中，當(dāng)槽體的酸洗液全部排空時(shí)，酸洗槽的門體開啟，酸洗材料被自動(dòng)的運(yùn)出酸洗槽。

酸液流到沉淀池后，往沉淀池內(nèi)加入藥劑，使液體中的銅離子生成沉淀。隨后中和處理后的廢水流到排污廠。收集沉淀池內(nèi)的沉淀物，運(yùn)往冶煉廠。

2 系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

目前，銅酸洗的配酸方法主要采用人工配酸，將濃酸和水直接注入到酸洗槽內(nèi)，酸液的濃度無法控制，酸洗質(zhì)量無法得到保證，酸洗時(shí)容易出現(xiàn)過酸洗和欠酸洗現(xiàn)象。本酸洗系統(tǒng)改變了以往配酸的方式，采用了自動(dòng)的配酸方法，在稀釋罐中由控制檢測裝置將濃酸稀釋到所需的濃度后注入到酸洗槽內(nèi)，這樣可以提高酸洗的質(zhì)量；材料在酸洗時(shí)容易產(chǎn)生大量的酸霧，彌漫在整個(gè)生產(chǎn)車間里。人長期吸入酸霧會(huì)損害呼吸道，影響身體健康，廠房內(nèi)的設(shè)備和鋼結(jié)構(gòu)遇到酸霧時(shí)將產(chǎn)生慢性腐蝕，長期的慢性腐蝕會(huì)提高設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用、縮短設(shè)備的使用壽命，對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)的廠房，也會(huì)因?yàn)槁愿g而帶來安全危險(xiǎn)。酸霧收集系統(tǒng)可以很好的收集酸洗時(shí)產(chǎn)生的酸霧；酸洗槽體上裝有一個(gè)帶自動(dòng)開關(guān)的平拉式結(jié)構(gòu)的門體，它可以起到密封作用，并且降低酸洗液熱量的揮發(fā)，由于酸霧含酸的濃度比較高，酸霧量比較小，降低了設(shè)備的能耗。酸洗的廢水含有大量的有效物質(zhì)，然而目前的酸液處理的方法是直接當(dāng)廢水處理，這樣浪費(fèi)了一定的資源，回收系統(tǒng)可以很好的解決這個(gè)問題，它可以變廢為寶，提取酸洗液中有效的成分進(jìn)行重新冶煉；攪拌系統(tǒng)可以使酸洗槽內(nèi)產(chǎn)生一定的穩(wěn)流，流動(dòng)的液體可以把物料表面的雜質(zhì)和沉淀物沖刷下來，提高酸洗的質(zhì)量。

3 結(jié)論

自動(dòng)酸洗系統(tǒng)在銅酸洗行業(yè)的使用不但提高了設(shè)備的自動(dòng)化程度，而且改變了原有的酸洗工藝。該系統(tǒng)借鑒了黑色金屬酸洗行業(yè)的一些優(yōu)點(diǎn)，而且針對(duì)本行業(yè)的特點(diǎn)采用了一些新的設(shè)備、工藝和方法。本系統(tǒng)的應(yīng)用不但對(duì)銅行業(yè)有一定的促進(jìn)作用，而且對(duì)其它的有色金屬行業(yè)有一定的借鑒作用[5]。

[1]韓向利.不銹鋼儲(chǔ)罐的酸洗鈍化[J].中小企業(yè)管理與科技，2009，1.

[2]康書文.不銹鋼酸洗、鈍化工藝研究[J].材料保護(hù)，2003，6.

[3]Andrew Orme，楊秋霜.不銹鋼的軋制、退火、酸洗綜合生產(chǎn)線[J]鋼鐵，2004，4.

[4]陳永和，推式酸洗技術(shù)的概述[J].武鋼技術(shù)，1991，4.

[5]魏愛軍.一種銅管材酸洗設(shè)備的應(yīng)用[J].機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2011，1.