氨浸分銀工藝中氨氣散排治理的優(yōu)化改造

房孟釗

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

某冶煉廠稀貴金屬車間的生產(chǎn)任務(wù)是提取銅陽極泥中的貴金屬， 即金、銀、鉑、鈀等， 生產(chǎn)規(guī)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(chǎn)品中白銀的產(chǎn)量最高， 每年約300 t， 能帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。目前， 從陽極泥中提取銀的工藝中， 應(yīng)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(chǎn)實(shí)踐中， 此工藝暴露出很多缺點(diǎn)， 如： 容易結(jié)晶、管道堵塞、亞硫酸鈉分銀效率低等， 最嚴(yán)重的是甲醛沉銀后液無法回用且污水系統(tǒng)處理困難。因此，經(jīng)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(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)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(biāo)， 且水合肼沉銀得到的粗銀粉含銀品位也大幅增加， 同時(shí)還降低了一線工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度［1-3］。但是， 經(jīng)過一段時(shí)間生產(chǎn)實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)氨浸分銀-水合肼沉銀工藝存在氨氣利用率低、散排嚴(yán)重、生產(chǎn)環(huán)境惡劣、沉銀后液無法重復(fù)使用等問題。通過新建一套脫氨塔系統(tǒng)， 徹底解決了水合肼沉銀后液處理的難題， 且沉銀后液經(jīng)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(jìn)一步降低生產(chǎn)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(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)會(huì)出現(xiàn)氨氣散排且散排點(diǎn)多、量大， 并且存在突發(fā)性散排和持續(xù)性散排并行等問題， 不但生產(chǎn)成本高， 而且影響周邊人群身體健康， 破壞環(huán)境。經(jīng)過分析梳理發(fā)現(xiàn)， 主要問題有以下三個(gè)方面： 1）分銀通氨過程中易出現(xiàn)氨氣逸出； 2）沉銀過濾過程中因采用壓濾機(jī)過濾會(huì)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(yīng)釜中， 由于氨氣溶解度低， 導(dǎo)致大量氨氣散排后進(jìn)入空氣中， 根據(jù)通氨前后溶液中氨濃度的計(jì)算結(jié)果可知， 此階段氨氣實(shí)際使用效率不足60%；

②為了排出反應(yīng)釜內(nèi)的氨氣， 分銀、沉銀反應(yīng)釜采用了負(fù)壓抽風(fēng)， 從而增加溶液中氨的揮發(fā)。

2）解決思路：

①將液氨先轉(zhuǎn)變?yōu)榘彼?然后再將氨水加入反應(yīng)釜中反應(yīng)。業(yè)內(nèi)已有成熟的氨水制備設(shè)備，可直接將液氨槽車中的液氨在4~6 h內(nèi)一次性全部轉(zhuǎn)換為氨水， 以儲(chǔ)存?zhèn)溆?。該方案可減少反應(yīng)釜在開放環(huán)境下氨氣融入水的過程中的揮發(fā)量； 同時(shí)， 采用該方案后， 不用儲(chǔ)存液氨， 故可撤掉液氨站， 從而消除液氨站構(gòu)成的重大安全風(fēng)險(xiǎn)。

②將用于分銀、沉銀的8 臺(tái)反應(yīng)釜改為密閉微正壓反應(yīng)釜， 抑制反應(yīng)過程中氨的揮發(fā)。反應(yīng)釜密封改造后， 分銀、沉銀過程處于微正壓狀態(tài)， 可以有效抑制溶液中的氨氣揮發(fā)， 減少氨氣散排總量。另外， 分銀過程中微正壓可以有效地穩(wěn)定分銀液中的氨濃度， 保證分銀精礦的含銀指標(biāo)； 沉銀過濾過程中可以使用反應(yīng)釜內(nèi)的壓力進(jìn)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(yīng)， 可以實(shí)現(xiàn)有效控制氨氣排放的時(shí)間和頻次， 使其均勻排放， 避免了反應(yīng)過程中部分時(shí)段排放過于集中， 進(jìn)而提升吸收塔負(fù)荷能力。

2.2 壓濾機(jī)過濾形成散排

1）原因分析：

①沉銀時(shí)的過濾是在開放環(huán)境下進(jìn)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(jī)在運(yùn)行過程中其內(nèi)部存在減壓過程， 會(huì)導(dǎo)致大量氨氣快速逸出；

③壓濾機(jī)采用的是懸掛式濾布過濾， 過濾時(shí)，濾布存在毛細(xì)滲透問題， 會(huì)加劇氨氣散排。

2）解決思路： 采用密閉式正壓過濾機(jī)過濾， 并且自帶洗滌功能。這種方式可將銀粉過濾環(huán)境由開放式變?yōu)槊荛]式， 使氨氣由散排變?yōu)榧信欧?，便于?duì)氨氣進(jìn)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(zhì)吸收氨氣， 在保證出口煙氣達(dá)標(biāo)的情況下， 吸收液濃度一般僅能達(dá)到3%。吸收塔的這種吸收方式在運(yùn)行過程中需頻繁換水， 導(dǎo)致廢水產(chǎn)出量較大， 超過了系統(tǒng)對(duì)廢水的回用能力， 并且也增加了污水處理系統(tǒng)的負(fù)荷。

②吸收塔換水間隙會(huì)短暫缺水， 導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定， 氨氣外排超標(biāo)。

③吸收塔無法實(shí)現(xiàn)高濃度吸收液的循環(huán)， 增加了系統(tǒng)運(yùn)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(zhì)， 隨著吸收過程的進(jìn)行， 不斷少量地添加硫酸， 最終吸收液總濃度能夠達(dá)到50%以上， 氨有效濃度能達(dá)到13%， 可大幅降低吸收系統(tǒng)廢水產(chǎn)出量， 產(chǎn)出的廢水可經(jīng)脫氨塔處理得到氨水， 氨水又可以回用到生產(chǎn)上。

3 改造方案實(shí)施

3.1 氨水制備系統(tǒng)改造

3.1.1 氨水制備系統(tǒng)改造必要性分析

1）工藝需求。該廠稀貴金屬車間生產(chǎn)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(luò)合， 然后將其溶于溶液， 從而實(shí)現(xiàn)銀的分離和回收。目前， 生產(chǎn)系統(tǒng)采用液氨汽化后的氨氣， 直接通入分銀反應(yīng)釜中， 即氨氣溶解、氨水絡(luò)合銀在一個(gè)容器內(nèi)同時(shí)完成。該方法存在的問題如下：

①氨氣溶于水是放熱反應(yīng)， 使溶液溫度升高，抑制氨氣的溶解； 同時(shí)氨氣溶解也需要一定時(shí)間，由于氨氣溶解、氨水絡(luò)合銀同時(shí)進(jìn)行， 無法提供充足的反應(yīng)時(shí)間， 導(dǎo)致大量氨氣還未溶解即揮發(fā)進(jìn)入空氣。目前， 實(shí)測(cè)的分銀過程中氨氣使用效率約為80%。

②脫氨塔每天都會(huì)產(chǎn)生約30 m3濃度為10%~15%的氨水， 這些氨水需要返回生產(chǎn)系統(tǒng)。目前，這種操作模式無法穩(wěn)定、均勻地將氨水返回每個(gè)反應(yīng)釜， 導(dǎo)致各反應(yīng)釜中氨濃度存在一定差異， 間接造成氨的浪費(fèi)。

③氨氣直接通入反應(yīng)釜會(huì)使分銀反應(yīng)釜中氨的濃度先逐漸上升然后趨于穩(wěn)定， 故在分銀反應(yīng)過程中， 有較長一段時(shí)間氨濃度未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的6%~7%， 這段時(shí)間反應(yīng)效率較低， 不僅拉長了整個(gè)反應(yīng)過程， 還增加了氨氣的揮發(fā)逸出量。

如果將氨氣轉(zhuǎn)化為氨水直接在反應(yīng)釜中使用， 可以在氨水制備設(shè)備上實(shí)現(xiàn)氨氣高效無污染溶解， 避免氨氣逸出。同時(shí)， 制備的氨水濃度可以保持穩(wěn)定， 便于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)其定量使用。

2）生產(chǎn)與安全管理需求。該廠稀貴金屬車間唯一的重大危險(xiǎn)源就是液氨站儲(chǔ)罐， 企業(yè)每年需花費(fèi)巨額資金用于液氨站的檢查維護(hù)、改造完善。若在液氨槽車卸車時(shí)直接將液氨制備為氨水， 就可省去液氨儲(chǔ)存環(huán)節(jié)， 停用液氨儲(chǔ)罐， 從根本上消除重大危險(xiǎn)源。

3.1.2 氨水制備系統(tǒng)改造后制備能力分析

氨水制備系統(tǒng)改造后， 制備能力需達(dá)到每小時(shí)制取15 t濃度為25%的氨水。

計(jì)算依據(jù)： 液氨可根據(jù)使用量卸車， 不必卸空。按照目前實(shí)際使用量2~3 d 卸車1 次， 每次卸車約10 t， 液氨卸車和轉(zhuǎn)化為氨水的時(shí)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(jì)算得到：每小時(shí)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(tǒng)改造

改造對(duì)象主要包括： 氨水制備設(shè)備、稀氨水原料系統(tǒng)、濃氨水儲(chǔ)存和輸送系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、自動(dòng)化控制系統(tǒng)的改造； 設(shè)備設(shè)施、區(qū)域內(nèi)管道等安裝和調(diào)試， 以及雨棚搭建、設(shè)備基礎(chǔ)施工等輔助工程。

1）氨水制備設(shè)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(shí)制取15 t濃度25%的氨水； 所有接觸氨水的部位材質(zhì)為316 L 不銹鋼； 產(chǎn)出氨水濃度、氨水產(chǎn)出量均可調(diào)，并使用可編程控制器（PLC）控制， PLC 具備遠(yuǎn)程控制功能； 配有冷卻系統(tǒng)等必備的附屬設(shè)施。

2）稀氨水原料儲(chǔ)罐： 稀氨水原料儲(chǔ)罐總?cè)莘e不低于100 m3， 材質(zhì)為304 不銹鋼和普鋼復(fù)合材料。

3）濃氨水儲(chǔ)罐： 總?cè)莘e不低于100 m3， 材質(zhì)為304不銹鋼和普鋼復(fù)合材料， 外壁做保溫處理。

4）濃氨水輸送系統(tǒng)： 包括濃氨水輸送泵， 輸送過程中用于計(jì)量氨水的計(jì)量系統(tǒng)， 用于調(diào)節(jié)濃氨水的點(diǎn)控制閥以及相應(yīng)管道。

5）自動(dòng)控制系統(tǒng)： 該系統(tǒng)為全自動(dòng)控制， 控制對(duì)象包括氨水制備、氨水定量輸送、容量測(cè)量等，控制功能集成于氨水制備設(shè)備的PLC系統(tǒng)中。

6）安全、環(huán)保防護(hù)系統(tǒng)： 包含分別設(shè)置于設(shè)備內(nèi)部、工作現(xiàn)場(chǎng)、液氨卸車點(diǎn)的各一套氨氣泄漏檢測(cè)系統(tǒng)和與之配套的緊急切斷閥和報(bào)警設(shè)施， 以及氨水儲(chǔ)槽的氨氣揮發(fā)處理吸收塔等。

7）其他附屬設(shè)施： 包括設(shè)備安裝基礎(chǔ)、設(shè)施安裝區(qū)域硬化地面、設(shè)備本體雨棚等。

3.1.4 氨水制備系統(tǒng)改造項(xiàng)目費(fèi)用預(yù)算

1）氨水制備系統(tǒng)改造項(xiàng)目費(fèi)用預(yù)算為270 萬元， 其中設(shè)備費(fèi)用約190 萬元。項(xiàng)目的主要構(gòu)成：①購置15 t/h 氨水制備設(shè)施， 單次卸氨10 t， 生產(chǎn)的氨水可使用2~3 d； ②新增原料和濃氨水儲(chǔ)罐各一個(gè)， 容積均為100 m3； ③新增配套氨水輸送系統(tǒng)（重點(diǎn)在計(jì)量系統(tǒng)）； ④其他輔助系統(tǒng)（環(huán)保、消防等）。

2）氨浸分銀-沉銀反應(yīng)釜密封項(xiàng)目費(fèi)用預(yù)算為48萬元， 均為設(shè)備費(fèi)用。項(xiàng)目的主要構(gòu)成： ①反應(yīng)釜攪拌軸密封改造為耐正壓模式； ②反應(yīng)釜人孔改為橡膠密封， 并采用氣動(dòng)活動(dòng)密封蓋。

3.2 粗銀粉壓濾機(jī)升級(jí)改造

目前該設(shè)備已在用1 臺(tái)， 效果較好， 完全解決了銀粉過濾時(shí)的散排問題。如圖2所示， 過濾洗滌干燥一體機(jī)主要結(jié)構(gòu)有傳動(dòng)裝置、升降裝置、機(jī)械密封、人孔、罐體、攪拌系統(tǒng)、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(fēng)在罐體內(nèi)產(chǎn)生正壓實(shí)現(xiàn)固液分離。該設(shè)備可在同一容器內(nèi)完成從進(jìn)料到過濾、洗滌、干燥，最后到出料的全過程連續(xù)操作。實(shí)際生產(chǎn)中， 單反應(yīng)釜的反應(yīng)和過濾時(shí)間合計(jì)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(jì)算， 則單臺(tái)密閉式過濾機(jī)處理能力無法滿足生產(chǎn)負(fù)荷， 需增加1臺(tái)。粗銀粉壓濾機(jī)升級(jí)改造項(xiàng)目費(fèi)用預(yù)算為120 萬元， 其中設(shè)備費(fèi)用約105萬元。

圖2 過濾洗滌干燥一體機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖Fig.2 Filter and wash dry all -in -one structure

圖3 過濾洗滌干燥一體機(jī)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(xiàng)目的主要構(gòu)成： 1）設(shè)置1 m3硫酸高位槽， 材質(zhì)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(gè)循環(huán)地池，吸收塔液經(jīng)過地池循環(huán)， 方便清理和吸收塔換水；4）完善現(xiàn)有抽風(fēng)管路， 同時(shí)在分銀渣出料區(qū)域增設(shè)抽風(fēng)罩。

氨氣吸收塔改造項(xiàng)目費(fèi)用預(yù)算為61 萬元， 其中設(shè)備費(fèi)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(dòng)化氨水制備系統(tǒng)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(shí)通過處理脫氨塔產(chǎn)生的稀氨水得到高濃度的氨水，最終保證進(jìn)入每一分銀反應(yīng)釜中的氨水濃度一致， 且穩(wěn)定達(dá)到25%。高濃度氨水既提高了氨的利用率， 又進(jìn)一步降低了分銀渣的含銀量， 為后續(xù)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(jī)升級(jí)為過濾洗滌干燥一體機(jī)， 整個(gè)過程可實(shí)現(xiàn)氨氣的零散排。

將分銀反應(yīng)釜與沉銀反應(yīng)釜進(jìn)行密封， 可進(jìn)一步控制氨浸分銀-水合肼沉銀工藝生產(chǎn)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(jìn)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(xiǎn)源液氨站。

3.5 改造后效果

改造后， 徹底解決了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)氨氣散排的問題， 同時(shí)提高了氨的利用率， 降低了銀的系統(tǒng)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(dá)到18%以上。

表1 改造后關(guān)鍵指標(biāo)對(duì)比Table 1 Key indicator comparison after transformation

4 效益分析

4.1 經(jīng)濟(jì)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(jìn)入空氣中。優(yōu)化改造后， 預(yù)計(jì)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(jì)算， 每年可通過減少氨氣用量節(jié)約成本150 萬元。此次優(yōu)化改造的成本總投入約499 萬元， 預(yù)計(jì)只需三年左右即可收回成本。

4.2 社會(huì)效益

改造后， 可有效解決安全環(huán)保問題， 具有較好的社會(huì)效益。

1）避免分銀過程中氨氣揮發(fā)逸出， 大幅優(yōu)化分銀崗位操作環(huán)境， 徹底解決稀貴車間生產(chǎn)環(huán)境惡劣的問題。

2）降低氨氣吸收塔運(yùn)行負(fù)荷， 有效保證排口達(dá)標(biāo)排放。

3）停用液氨站， 消除稀貴工業(yè)園唯一的重大危險(xiǎn)源， 降低安全和管理風(fēng)險(xiǎn)。

5 結(jié) 論

為了解決液氨分銀-水合肼沉銀工藝生產(chǎn)過程中氨氣散排嚴(yán)重的問題， 對(duì)氨水制備系統(tǒng)、粗銀粉壓濾機(jī)、氨氣吸收塔等進(jìn)行了一系列升級(jí)改造。改造后， 徹底解決了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)氨氣散排的問題， 同時(shí)提高了氨的利用率， 降低了銀的系統(tǒng)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(jí)改造工程兼顧了經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)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(yè)將在改造后的新工藝上收獲可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

新工藝實(shí)施后， 實(shí)現(xiàn)了工作現(xiàn)場(chǎng)氨氣零排放，大幅改善了工作環(huán)境； 降低了氨氣吸收塔運(yùn)行負(fù)荷， 保證了排口達(dá)標(biāo)排放， 避免了對(duì)外部環(huán)境的污染； 停用了液氨站， 消除了重大危險(xiǎn)源， 降低了安全和管理風(fēng)險(xiǎn)。