FC-1100酸霧抑制劑在電積除霧中的應(yīng)用研究

劉招平

（1.紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司,福建上杭 364200；2.福州大學(xué),福建福州 350001）

FC-1100酸霧抑制劑在電積除霧中的應(yīng)用研究

劉招平1,2

（1.紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司,福建上杭 364200；2.福州大學(xué),福建福州 350001）

金屬酸洗、濕法冶金等電積工序會產(chǎn)生酸霧,污染環(huán)境、腐蝕設(shè)備、危害員工健康。本文介紹了一種有效的治理電積酸霧技術(shù),通過工業(yè)試驗研究以及借鑒國外行業(yè)成熟的工業(yè)應(yīng)用指標(biāo),發(fā)現(xiàn)采用酸霧抑制劑可以有效治理電積酸霧,使企業(yè)在職業(yè)健康和環(huán)境保護(hù)方面滿足國家標(biāo)準(zhǔn)。

酸霧；抑制劑；電積；治理

為進(jìn)一步推進(jìn)資源節(jié)約綜合利用和環(huán)境保護(hù)技術(shù)進(jìn)步,加快新技術(shù)的推廣應(yīng)用,引導(dǎo)投資方向,促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展,國家發(fā)改委、科技部、國家環(huán)?？偩秩块T聯(lián)合發(fā)布了《國家鼓勵發(fā)展的資源節(jié)約綜合利用和環(huán)境保護(hù)技術(shù)》公告。其中,酸霧的凈化治理研究即是該公告所列260項技術(shù)之一。針對國家這種積極鼓勵資源節(jié)約綜合利用和環(huán)境保護(hù)技術(shù)的大趨勢,應(yīng)用酸霧抑制劑作為一種新型的電積酸霧治理技術(shù),開展其相關(guān)研究則顯得意義重大。

1 電積酸霧產(chǎn)生、危害和國家標(biāo)準(zhǔn)

金屬酸洗、濕法冶金等電積工序主要通過電解槽陰陽極發(fā)生氧化還原反應(yīng)而得到陰極產(chǎn)品。陰陽兩極間主要進(jìn)行以下兩個反應(yīng)。

陽極：2H2O-4e＝4H＋+O2↑

陰極：Me2++2e=Me

根據(jù)反應(yīng)[1],在陽極產(chǎn)生氧氣,同時產(chǎn)生酸根離子。隨著氧氣從酸性電解液中溢出,硫酸也將被帶出來,在空氣中形成酸霧。電積車間空氣中酸霧濃度含量偏高,不僅會污染環(huán)境,腐蝕車間設(shè)備,而且會危害操作工人的身心健康。根據(jù)1997年1月1日開始實施的GB 16297-1996《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定,1997年1月1日前設(shè)立的污染源硫酸霧執(zhí)行周界外濃度最高值為1.5 mg/m3標(biāo)準(zhǔn),1997年1月1日起設(shè)立(包括新建、擴(kuò)建、改建)的污染源硫酸霧執(zhí)行周界外濃度最高值為1.2 mg/m3標(biāo)準(zhǔn)。

2 酸霧抑制劑治理電積酸霧試驗研究

2.1 酸霧抑制劑治理電積酸霧原理

酸霧抑制劑可以降低電解液的表面張力[2],當(dāng)氧氣從陽極溢出時,由于和電解液間張力的下降,氧氣泡行至電解液表面時將不再發(fā)生強(qiáng)烈的爆裂,而是會將氣泡中的氧氣緩慢排出,從而大大降低電解液中酸性成分向空氣中的噴射,因而具有降低酸霧的效果。

本試驗將采取一種目前新型的酸霧抑制劑FC-1100進(jìn)行試驗研究,該抑制劑是美國3M公司產(chǎn)品,是一種含45%～55%固態(tài)氟的添加劑,黃褐色液體,完全溶于水,25℃時密度為1．2 g/cm3。該酸霧抑制劑代表了先進(jìn)的酸霧抑制劑研究水平。

2.2 實驗設(shè)備及投料點選擇

實驗設(shè)備及投料點選擇：1)酸霧檢測設(shè)備：KC-24型微電腦恒流大氣連續(xù)采樣器；表面張力儀。2)物料投槽設(shè)備：物料容器配輸液管和一個簡易的流量控制器。3)投料點選擇：投放位置選在富液進(jìn)入的電積前液槽,這樣有利于酸霧抑制劑在體系中的均勻混合。

2.3 試驗過程

1)初次投槽量。當(dāng)FC-1100在電積液中的含量達(dá)到10 mg/L(活性成分)時即可明顯降低酸霧釋放,而FC-1100的活性成分含量為50%左右。我國某濕法冶金提銅[3]廠電積系統(tǒng)電積液量約1 700 m3,則初次投槽量定為：1 700×10/50%=34 000 g。

2)正常生產(chǎn)每日投料量。該濕法冶金提銅廠每日生產(chǎn)陰極銅約30 t,根據(jù)相應(yīng)的電積系統(tǒng)電積液量,正常生產(chǎn)時投放速度為5 mL/min,采用輸液管連續(xù)添加,每天投放7 200 mL。這個指標(biāo)需要根據(jù)檢測后的酸霧濃度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

3)日常生產(chǎn)投入藥劑量與酸霧濃度關(guān)系。電積液中抑制劑濃度與酸霧濃度的關(guān)系見圖1所示,電積液中抑制劑濃度與電積液表面張力的關(guān)系見圖2所示。試驗中,通過測量電解液中的表面張力值,能夠得到藥劑在電解液中的濃度,從而得出空氣中酸霧的濃度。例如要控制空氣中酸霧濃度到0．8 mg/m3,則電積液中FC-1100濃度在5 mg/L,電積液表面張力在60 mN/m左右。電積液中FC-1100濃度越高,則空氣中酸霧濃度越低。考慮到其它因素的影響,一般電解槽里面的FC-1100濃度保持在10 mg/L到20 mg/L之間。

圖1 FC-1100在電積液中的濃度與空氣中酸霧濃度關(guān)系

圖2 FC-1100在電積液中的濃度與電積液表面張力關(guān)系

2.4 測定結(jié)果

1)酸霧濃度及電積液表面張力測定結(jié)果。表面張力儀檢測酸霧抑制劑添加前后的電積液表面張力,用KC-24型微電腦恒流大氣連續(xù)采樣器采取藥劑添加前后的電積廠房內(nèi)氣體樣送檢,得出數(shù)據(jù)見表1。

表1 酸霧濃度及電積液表面張力測定結(jié)果

從表1中可以看出,酸霧濃度和電積液中的表面張力值隨著酸霧抑制劑的添加而逐步降低,效果明顯。當(dāng)停止加藥后,酸霧濃度和電積液中的表面張力值逐步回升,抑制劑的效果在投槽結(jié)束后還在發(fā)揮抑制酸霧作用,維持藥效約4～5天。在正常生產(chǎn)中,酸霧抑制劑需要連續(xù)不間斷添加。

2)人體感觀效果。酸霧抑制劑添加之前,酸霧濃度較大,人員到電積槽面上感到難受,特別是鼻腔受到強(qiáng)烈的刺激,電積崗位槽面操作人員作業(yè)時要戴雙層口罩,以減輕刺激感。在藥劑添加1天后,人員在槽面上就感覺出酸霧明顯減少,甚至在沒戴口罩情況下,槽面操作人員也可以進(jìn)行作業(yè),不會感到太大的刺激。以上數(shù)據(jù)和人體感官結(jié)果表明,酸霧抑制劑抑制酸霧的效果迅速、明顯,持續(xù)應(yīng)用酸霧抑制劑后電積廠房空氣中酸霧濃度值可以控制在國家標(biāo)準(zhǔn)的1．2 mg/m3以下。

3 FC-1100酸霧抑制劑的國外工業(yè)應(yīng)用

3.1 工業(yè)應(yīng)用效果

國內(nèi)外為避免酸霧的產(chǎn)生作了不少研究[4-6]。國內(nèi)一般都是添加塑料小球,使氧氣逸出過程中帶出的水或酸溶液不順暢,并吸附或粘在小球上,以減少酸霧的產(chǎn)生,但是采取這種做法后,車間還是有氣味。由于FC-1100價格較為較貴,藥劑投入會占用一定成本,所以國內(nèi)很少有廠家采用該酸霧抑制劑。以濕法煉鋅電積車間為例,由于車間酸霧太大,國內(nèi)一般采取的是工人剝完鋅后就下班的被動方式。相信在我國關(guān)于員工職業(yè)健康監(jiān)管的法律法規(guī)越來越完善的情況下,酸霧抑制劑在國內(nèi)會開始普及。

相比較之下,由于國外在員工的職業(yè)健康安全方面監(jiān)管嚴(yán)格,目前在這方面的研究更為深入。筆者親自考察了在秘魯使用該藥劑去除酸霧的綠山銅礦。綠山(CERRO VERDE)銅礦是秘魯?shù)谌筱~礦生產(chǎn)商,年生產(chǎn)陰極銅90 kt(每天約生產(chǎn)250 t陰極銅),銅精礦180 kt和鉬兩千余噸。從1997年開始,該銅礦就開始應(yīng)用酸霧抑制劑。該礦的工業(yè)應(yīng)用證明,該抑制劑對抑制酸霧揮發(fā)和保持良好作業(yè)環(huán)境有著顯著效果。目前,該銅礦采用連續(xù)添加方式添加,添加的頻率為23 mL/min,電積液系統(tǒng)中酸霧抑制劑的濃度控制在8 mg/L,電積槽空氣酸度濃度控制在0．7 mg/m3左右(秘魯國家最高酸霧濃度標(biāo)準(zhǔn)為2 mg/m3),各項生產(chǎn)指標(biāo)正常穩(wěn)定,始極板和陰極銅外觀良好,產(chǎn)品為99．99%的陰極銅。根據(jù)作者現(xiàn)場感受,在電積廠房見不到酸霧也聞不到酸味。

3.2 使用成本

該礦年生產(chǎn)90 kt的陰極銅,總共耗FC-1100酸霧抑制劑34 800磅，根據(jù)合同12．5美元/磅價格,噸銅成本在(34 800磅/90 000 t)×12．5美元＝4．83美元,折合人民幣約34元。

4 結(jié)論及建議

通過酸霧抑制劑在我國某濕法冶金提銅廠的試驗以及秘魯綠山銅礦多年的實際工業(yè)應(yīng)用經(jīng)驗表明,采用酸霧抑制劑,可以明顯抑制車間的酸霧濃度,達(dá)到國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，同時車間設(shè)備受酸霧的腐蝕不再存在,降低了設(shè)備的維護(hù)費用,操作環(huán)境大大改善,滿足職業(yè)健康安全和環(huán)保標(biāo)準(zhǔn),有助于提高企業(yè)公眾形象,具有良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

為達(dá)到更好的酸霧治理效果，建議采取以下措施共同治理酸霧：1)在電解槽液體表面覆蓋10～20 mm厚的Φ3～Φ5 mm的聚丙烯(pp)小球,但是要定期用260#煤油洗去小球表面的油污,否則影響銅板質(zhì)量；2)在電解槽面可覆蓋10 mm厚的Ф3～Ф5 mm的低壓聚乙烯粒料；3)保持電積廠房通風(fēng)。

在對員工職業(yè)健康安全監(jiān)管越來越嚴(yán)格，法律法規(guī)越來越完善的今天,每噸銅成本增加34元的藥劑投入，與員工的職業(yè)健康安全和設(shè)備腐蝕折舊維護(hù)成本相比，國內(nèi)企業(yè)將越來越多地愿意承擔(dān)社會責(zé)任。

[1]張磊,王海北．新型酸霧抑制劑FC-1100的應(yīng)用研究[J]．有色金屬,2007(6):18-19．

[2]張同軒,張軍．新型酸霧抑制劑的應(yīng)用[J]金屬制品,2007(1):31-32．

[3]胡根華．紫金山銅礦提銅工藝的研究[J]．有色冶金設(shè)計與研究, 2002(1):1-3．

[4]袁交秋．高效酸霧抑制劑的研制[J]．礦冶工程,1998,18(4):48-49．

[5]王瑞峰,王雪麗．BSY型酸霧抑制劑的開發(fā)應(yīng)用[J]．遼寧化工,1998,27 (1):30-32．

[6]劉朗明．鋅電積酸霧治理的工業(yè)試驗[J]．中國有色冶金,2004,33 (6):27-28,37．

FC-1100 Application for Removing Acid Mist in the Process of Electrowinning

LIU Zhaoping1,2
(1.Zijin Mining Group Co.,Ltd.,Shanghang,Fujian 364200，China;2.Fuzhou University,Fuzhou,Fujian,350001，China)

Acid mist was often produced in the process of electrowinning including metal pickling and other hydrometallurgical procedures,which can cause environment pollution,equipment corrosion and harm of staff health.This article describes an effective technology on treating acid mist of electrowinning.Through industrial experiment study and mature index of foreign industry,it was found that use of inhibitor can treat acid mist of electrowinning effectively,which can make the enterprises meet the national standard of health and environment protection.

acid mist;inhibitor;electrowinning;treatment

TF811

A

1004-4345(2014)03-0011-03

2014-03-12

福建省區(qū)域重大項目（No.2011H4025）。

劉招平(1981—),男,工程師,主要從事環(huán)保研究及管理。