MSA鍍液帶出回收系統(tǒng)對(duì)電鍍錫液消耗的影響

尚元艷,王志登,謝志剛

(上海梅山鋼鐵股份有限公司,江蘇 南京 210039)

電鍍是鍍錫產(chǎn)線的一個(gè)非常重要的工序,是后續(xù)軟熔、鈍化工藝獲得優(yōu)質(zhì)電鍍錫產(chǎn)品的基礎(chǔ)。甲基磺酸(MSA)鹽鍍錫是近年來(lái)出現(xiàn)的高速鍍錫新電技術(shù),該鍍錫液無(wú)毒,在自然條件下能夠完全降解,廢水處理簡(jiǎn)單。與目前國(guó)內(nèi)主流的苯酚磺酸(PSA)體系相比,MSA鍍液具有導(dǎo)電性能好、分散能力強(qiáng)、深鍍能力好、電流密度范圍寬[1-2]、鍍液錫離子濃度低、錫泥量少等諸多技術(shù)優(yōu)勢(shì),在國(guó)外已取得較廣泛的應(yīng)用。在國(guó)內(nèi)已有梅鋼、首鋼、沙鋼、中粵、友富電鍍錫機(jī)組在使用該技術(shù)。

MSA鍍液由化學(xué)品和主原料錫組成,為降低MSA鍍液的使用成本,生產(chǎn)過(guò)程中要進(jìn)行鍍液的帶出回收。MSA鍍液化學(xué)品組成包括甲基磺酸、添加劑、抗氧化劑,成本較高,國(guó)外鍍液化學(xué)品噸鋼消耗成本為16元人民幣左右,國(guó)內(nèi)的MSA鍍液化學(xué)品噸鋼消耗要高于這個(gè)水平,分析原因主要是由于鍍液化學(xué)品的帶出回收效率不高引起的。鍍液損失不但帶來(lái)錫液化學(xué)品成本的升高,同時(shí)也帶來(lái)錫耗的上升。主原料錫是不可再生資源,最近10年間錫粒的價(jià)格在每噸(1～3.3)萬(wàn)美元之間波動(dòng)。它是鍍錫機(jī)組的重要成本指標(biāo)之一,降低鍍層超標(biāo)耗率意味著降低生產(chǎn)成本。從錫的消耗方向分析,影響鍍層超標(biāo)耗率的因素有板面鍍層超差、錫泥發(fā)生率及鍍液損失,一般情況下,經(jīng)過(guò)幾年的生產(chǎn)運(yùn)行,鍍錫機(jī)組的跑冒滴漏已基本解決,但由于機(jī)組鍍液帶出回收系統(tǒng)不合理,造成鍍液帶出回收效率不高而引起的鍍液損失這類(lèi)隱性問(wèn)題卻沒(méi)有引起足夠重視。因此生產(chǎn)上提高M(jìn)SA鍍液的帶出回收效率對(duì)節(jié)約鍍液成本尤為重要。

本文以一電鍍錫機(jī)組MSA鍍液帶出回收系統(tǒng)為例,介紹目前MSA鍍液帶出回收系統(tǒng)普遍存在的問(wèn)題,并對(duì)提高該鋼廠的鍍錫鍍液回收效率提出改造建議。

1 MSA鍍液帶出回收系統(tǒng)現(xiàn)狀及對(duì)鍍液消耗的影響

一般鍍錫線都有鍍液帶出回收系統(tǒng),作用是回收從電鍍槽帶出的電鍍液,減少電鍍液的帶出損失,降低電鍍液物料消耗,尤其是貴金屬錫的消耗。

1.1 鍍液帶出回收系統(tǒng)現(xiàn)狀

電鍍錫機(jī)組鍍液帶出回收系統(tǒng)按圖1紅色方式運(yùn)行:電鍍后的帶鋼進(jìn)入電鍍后三級(jí)逆流漂洗槽,帶鋼運(yùn)行方向與去離子水運(yùn)行方向相反,去離子水從三級(jí)逆流漂洗槽3#槽進(jìn)入,溢流到1#漂洗槽后,與沖洗下來(lái)的電鍍液經(jīng)溢流口一起進(jìn)入電鍍液存儲(chǔ)槽(TC-2)。蒸發(fā)器對(duì)TC-2中回收的稀鍍液進(jìn)行蒸發(fā)濃縮,蒸發(fā)水進(jìn)入廢水坑,濃縮鍍液回TC-2,生產(chǎn)中每班通過(guò)泵PC-2從TC-2取一定體積的濃縮后的電鍍液到電鍍循環(huán)槽(TC-1)中,補(bǔ)充TC-1因電鍍液的帶出引起的液位降低。原則上沖洗水流量設(shè)定=蒸發(fā)器實(shí)際蒸發(fā)水量+TC-2到TC-1中的移液量,即每天從TC-2到TC-1中的移液量大概是4～8 m3,蒸發(fā)器的蒸發(fā)能力與加入沖洗水流量大體相當(dāng)。

圖1 某鋼廠電鍍錫機(jī)組鍍液帶出回收系統(tǒng)圖

1.2 鍍液回收系統(tǒng)對(duì)鍍液消耗的影響

(1) TC-2體積大,不利于鍍液的濃縮回收。該TC-2體積為85 m3,機(jī)組最初設(shè)計(jì)時(shí)既具有存儲(chǔ)TC-1鍍液功能,又具有鍍液回收存儲(chǔ)的功能。TC-2作為鍍液存儲(chǔ)槽是合適的,但作為鍍液帶出回收槽存在一定缺陷,因?yàn)橐何灰笥?0 m3蒸發(fā)器才能開(kāi)始工作,至少有20 m3回收的稀鍍液保留在TC-2中,帶出回收的鍍液不能被TC-1及時(shí)利用。遇到TC-1檢修清罐,TC-1的鍍液要存放到TC-2,TC-2回收的鍍液因不滿足TC-1中鍍液濃度管控的要求而排空,造成很大浪費(fèi)。

(2) 蒸發(fā)器設(shè)計(jì)的蒸發(fā)能力不具備處理鍍液回收系統(tǒng)異常時(shí)的能力。根據(jù)現(xiàn)有的鍍液回收設(shè)備布置及回收方式,在正常鍍液回收狀態(tài)下,TC-2液位在25 m3附近±5 m3波動(dòng)。TC-2中液位一旦偏離正常水平,就很難再恢復(fù)正常液位。從圖2的TC-2液位的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)可以看出,TC-2液位處于不穩(wěn)定水平;除了蒸發(fā)器蒸發(fā)能力下降不易監(jiān)控到外,引起TC-2液位不穩(wěn)定的因素有:①各班設(shè)定的脫鹽水量差異。②發(fā)生事故。如:1#漂洗槽溢流口擋板損杯,為保護(hù)沉沒(méi)輥,設(shè)定脫鹽水量加大,超出了蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)蒸發(fā)能力。③鋼板上出現(xiàn)小白點(diǎn)時(shí),三級(jí)逆流漂洗(12 cm3)重新充水前排空到TC-2。這些因素都導(dǎo)致TC-2液位升高,正?；厥斟円河忠淮伪幌♂?回收率降低。

(3) 電鍍液游離酸帶出量低,回收鍍液中錫泥含量高。根據(jù)TC-1、TC-2中回收鍍液檢測(cè)數(shù)據(jù)(表1)可以看出,鍍槽中電鍍液存在組分的不均衡帶出現(xiàn)象,尤其是游離酸,TC-2回收鍍液的游離酸濃度相對(duì)較低,均值為10 mL/L。TC-2中錫離子由于存儲(chǔ)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間水解程度要重,鍍液混濁,錫泥較多,圖3實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果證明了這一現(xiàn)象。圖3為實(shí)驗(yàn)室配制含不同游離酸濃度(1#鍍液樣中MSA濃度為9.374 mL/L,2#鍍液樣中MSA濃度為53.23 mL/L)的兩個(gè)鍍液樣在靜置狀態(tài)下Sn2+濃度隨時(shí)間的變化趨勢(shì)。錫泥較多,一方面會(huì)增加錫耗,另一方面會(huì)帶來(lái)蒸發(fā)器板式熱交換器運(yùn)行的不穩(wěn)定,導(dǎo)致蒸發(fā)器蒸發(fā)能力下降。

圖2 該電鍍錫機(jī)組某年TC-1及TC-2中鍍液液位

表1 TC-1和TC-2中鍍液各組分濃度高低比較

圖3 實(shí)驗(yàn)室中含不同游離酸濃度的1#和2#鍍液樣中Sn2+濃度隨時(shí)間的變化趨勢(shì)

2 鍍液帶出回收系統(tǒng)回收效率提升方案

為提高電鍍錫機(jī)組鍍液帶出回收效率,降低鍍液成本,根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備狀況,提出兩種鍍液帶出回收效率提升方案。

(1)方案一為原有的系統(tǒng)不變,僅通過(guò)操作方式改變來(lái)提升鍍液的帶出回收效率,如圖4紅色線圖所示。去離子水從三級(jí)逆流漂洗槽3#槽進(jìn)入,溢流到1#漂洗槽后,與沖洗下來(lái)的電鍍液一起進(jìn)入TC-2。TC-2中回收的稀鍍液通過(guò)泵連續(xù)抽到TC-1,蒸發(fā)器對(duì)TC-1中的鍍液直接蒸發(fā)濃縮,濃縮后鍍液回TC-1,直接參與電鍍,蒸發(fā)水用做三級(jí)逆流漂洗水。

圖4 鍍液帶出回收系統(tǒng)回收效率提升優(yōu)化方案一

(2) 方案二在原有的鍍液帶出回收系統(tǒng)基礎(chǔ)上,增加從三級(jí)逆流漂洗到TC-1的管路和閥門(mén)。圖5紅色為系統(tǒng)改造增加部分。鍍液回收系統(tǒng)正常時(shí)采用TC-1蒸發(fā)回收,回收系統(tǒng)故障時(shí)采用TC-2蒸發(fā)回收。

圖5 鍍液帶出回收系統(tǒng)回收效率提升優(yōu)化方案二

為方便操作實(shí)現(xiàn),自動(dòng)閥采用程序控制,回收系統(tǒng)根據(jù)TC-1開(kāi)機(jī)循環(huán)后允許的液位范圍采用自動(dòng)切換操作,因此,相關(guān)管路需增加自動(dòng)控制切斷閥。為保持 TC-1液位的安全性,需增加TC-1循環(huán)工作時(shí)高低液位報(bào)警功能,28 m3≤LL≤32 m3。操作模式有手動(dòng)和自動(dòng)兩種,手動(dòng)模式下限定帶出回收只能在TC-2中操作。

方案二運(yùn)行示例如下:開(kāi)機(jī)后鍍液帶出回收采用TC-1回收,當(dāng)TC-1液位為28 m3≤LL≤32 m3時(shí),鍍液帶出回收采用TC-1回收,如圖6所示;當(dāng)鍍液液位達(dá)到32 m3時(shí),高液位報(bào)警,鍍液帶出回收通過(guò)自動(dòng)閥及程序切換到TC-2回收,如圖7所示。生產(chǎn)繼續(xù),回收系統(tǒng)故障排除后,當(dāng)TC-1液位降為28 m3時(shí),低液位報(bào)警,回收系統(tǒng)切換到TC-1回收。處理回收系統(tǒng)異常時(shí)也可以用手動(dòng)操作,避免由于TC-1液位升高影響正常生產(chǎn)。

圖6 鍍液帶出回收系統(tǒng)改造后TC-1回收示意圖

比較兩種鍍液回收效率提升優(yōu)化方案,方案一優(yōu)點(diǎn)是不需要改變系統(tǒng)、增加設(shè)備,鍍液回收系統(tǒng)正常工作時(shí),僅通過(guò)操作方式改變來(lái)實(shí)現(xiàn)鍍液回收效率提升;缺點(diǎn)是當(dāng)鍍液回收系統(tǒng)異常時(shí),TC-2液位上升,原先正?；厥盏腻円河忠淮伪幌♂?回收效率降低。方案二的優(yōu)點(diǎn)是不但解決回收鍍液及時(shí)有效利用問(wèn)題,而且解決了蒸發(fā)器不具備處理鍍液回收系統(tǒng)異常時(shí)的能力(將鍍液回收系統(tǒng)正?；厥张c異?；厥諈^(qū)分開(kāi)來(lái))問(wèn)題;缺點(diǎn)是需要鍍液回收系統(tǒng)簡(jiǎn)單改造,增加投資。

圖7 鍍液帶出回收系統(tǒng)改造后TC-2回收示意圖

綜上所述,針對(duì)該電鍍錫機(jī)組鍍液回收的現(xiàn)狀,方案二對(duì)鍍液帶出回收效率提升及生產(chǎn)安全性具有優(yōu)勢(shì)。

3 結(jié)論

該電鍍錫機(jī)組鍍液帶出回收系統(tǒng)與鍍液消耗有直接關(guān)系,是機(jī)組MSA鍍錫液消耗高的主要原因。評(píng)估該鍍錫機(jī)組的鍍液帶出回收的現(xiàn)狀,建議選取方案二作為鍍液帶出回收效率提升改造方案。