冷却塔通风除酸雾治理锌电积车间酸雾.pdf

I I 看危企磊土程堕9 堕 垦璺璺鱼堕璺塑曼坠生璺曼型鱼 堕垦曼璺 型鱼 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．j s s n ．2 0 9 5 1 7 4 4 ．2 0 1 2 ．0 2 ．0 0 6 冷却塔通风除酸雾治理锌电积车问酸雾 圜仝一抬1 ’2 ，刘志宏1 1 ．中南大学冶金科学与工程学院，长沙4 1 0 0 8 3 ； 2 ．长沙有色冶金设计研究院有限公司，长沙4 1 0 0 1 1 摘要分析锌电积酸雾产生的原因以及传统酸雾治理方法的局限性，介绍利用锌电积车间现有的冷 却塔设备对酸雾进行抽吸、捕集，通过优化厂房结构设定酸雾路径的酸雾治理方案和实际应用效果。 为车间操作人员提供通风良好的操作环境，是一种节能、有效的酸雾治理方案。 关键词锌电积；酸雾，通风，环保，冷却塔 中图分类号T F 8 1 3 ；T F 8 0 3 ．2 7文献标识码A 文章编号2 0 9 5 ．1 7 4 4 2 0 1 2 0 2 ．0 0 5 0 ．0 3 我国是世界上第一产锌大国，湿法炼锌是我国的主 要炼锌工艺，产量占7 0 ％以上，并呈逐年上升趋势【l 】。 锌电积是湿法炼锌的重要工序，通过直流电解沉积 从硫酸锌溶液中析出金属锌。在锌电积过程中，电极反 应在车间内形成酸雾，严重危害操作人员的身体健康， 并腐蚀厂房、设备。长期以来，锌电积车间的酸雾治理 是湿法炼锌工厂环境治理的难题之一。 1 锌电积车间产生酸雾的机理 1 ．1 锌电积工艺流程 锌的电解沉积是将净化后的硫酸锌溶液输入电解 槽，将阳极与阴极并列悬挂在电解槽中，通上直流电， 在阴极上析出金属锌。锌电积主要工艺流程见图l 。 1 ．2 锌电积产生酸雾的机理 锌电积的电极反应包括阴极反应和阳极反应。阴极 反应Z n 2 2 e Z n 或2 I T 2 e H 2f 。阳极反应H 2 0 一 2 e 2 i ．f 1 0 2f 。可见，在锌电积过程中，由于电极反 应放出氧气和氢气 混合气体中的氧气含量多，氢气含 量少 吲，气体逸出电解槽，带走电解液滴，在车间内形 成酸雾，污染厂房内部及周边环境，使劳动条件恶化。 酸雾的主要成分是硫酸和硫酸锌溶液液滴，可诱发结膜 炎、结膜水肿、呼吸道刺激等人体伤病，其慢性影响可 导致牙齿酸蚀症、慢性支气管炎、肺气肿和肺硬化等。 1 ．3 锌电积车间酸雾的特点 1 产生酸雾的不可避免性。由于酸雾的产生与锌电 积反应本身有关，因而在锌电积生产中，酸雾的产生是 锌液 锌片 送熔铸 图l 锌电积原则工艺流程 收稿日期2 0 1 1 - 0 8 ．2 9 作者简介全一枯 1 9 8 0 ，男，河南嵩县人，工程师。工程硕 士，主要从事有色冶金工程设计与咨询等方面的工作。 5 0 工程设计E n g i n e e r i n gD e s i g n万方数据 帅■t 重垂龃 不可避免的。 2 酸雾的大面积性。锌电积车间的酸雾释放具有大 面积性。酸雾由电解槽产生，电解槽是锌电积车间的主 要生产设备，数量多，占地大。以1 0 0k t ／a 规模的锌电 积车间为例，采用1 ．1 3m 2 小极板、小电解槽时的电解 槽数量约4 6 0 个，电解区域占地面积约36 0 0m 2 。即使 采用3 ．2m 2 大极板，大电解槽，电解槽数量也有约9 0 个、 占地面积约20 0 0m 2 。生产过程中，酸雾在整个电解槽 区域内大面积产生。 3 产生酸雾的持续性。酸雾的产生具有连续性。只 要锌电积生产一直持续，反应一直进行，酸雾就会不间 断地产生。 4 不宜通过槽面通风罩方式收集酸雾。由于电解 槽内的阴、阳极板需要进行频繁的出装槽操作，因此， 不宜在槽面设置通风罩，否则将影响到出装槽吊车的运 行和操作。人工剥锌操作下，阴极的出槽周期是2 4h ， 自动剥锌时，阴极的出槽周期一般为4 8h 。在生产实际 中，很少通过设置槽面通风罩的方式来收集锌电积车间 酸雾。 2 传统的锌电积车间酸雾治理方案 锌电积车间传统的酸雾治理主要采取两方面措施， 即加强车间通风和减少酸雾排放。 2 ．1 车间通风 工业厂房常用的通风方案见表1 。 目前，锌电积车间采用的通风方案多为自然进风、 自然排风，即设置屋顶天窗进行通风。在自然进风及排 风的通风方式下，实际上没有对酸雾进行处理，逸出车 间后的酸雾对周边环境造成危害。而且，自然通风效果 不稳定，易受天气等客观因素影响。 其他几种通风方式在锌电积车间应用较少，因为锌 电积车间占地面积大、厂房高，采用专门的机械设备进 行通风需要增加很大能耗。例如，在加拿大T i m i n s 厂， 电解厂房全部密闭，在1 9 6 ．3m 3 6 ．6m 的锌电积厂房 内要用3 台鼓风机和2 l 台顶层排风机进行通风，才能 使该车间厂房内空气每小时更换6 ．5 次1 3 】。 2 ．2 减少酸雾排放的方法 1 酸雾抑制剂。在锌电积车间采用的酸雾抑制剂有 硅酸盐 水玻璃 ，大豆粉，皂角，甲酚等。这些酸雾 抑制剂的共同作用是在电解槽的液面上形成稳定的泡沫 层，以减少电积过程所产生的酸雾。抑雾剂成分一般为 表面活性剂，加入酸液之后可使气液界面的张力有所降 低。因此，酸液中化学反应产生的气泡在液面形成了泡 沫，泡沫可以吸收和抑制酸雾的挥发和排放【4 】。然而， 采用酸雾抑制剂时，由于泡沫中捕集了一定量的氢气， 容易产生“氢爆”现象，影响工人操作安全。同时，对 有机物添加剂的加入量必须有所控制，否则会影响析出 锌的质量。 2 颗粒覆盖法。颗粒覆盖法是采用悬浮塑球等颗粒 物覆盖封闭液面，防止酸雾外溢。悬浮颗粒在酸液液面 上形成一层不流通空气的绝缘层，延缓了酸液的挥发。 颗粒覆盖法的缺点是容易粘在极板上，造成极板出装槽 操作的不便。 3 利用冷却塔通风除酸雾的方案 利用锌电积车间现有的冷却塔设备通风除酸雾，是 一种自然进风、机械排风的通风除酸雾方式，并对酸雾 进行了吸收和净化p 】。通过屋顶设置的通风口和通风筒 收集电解槽放出的酸雾，经冷却塔吸收、净化酸雾后， 气体达标排放。 3 ．1 冷却塔 1 电解液冷却。在锌的电解沉积生产中，由于电流 效应原因会使电解液温度升高，进而使电流效率降低1 6 】。 因此，必须对电解液进行冷却降温，一般控制电解液温 度为3 2 - 3 5 ℃。锌电积车间常用的电解液冷却设备是一 种强制鼓风逆流空气冷却塔。 2 冷却塔的结构特点和工作原理。冷却塔的结构见 图2 ，主要由塔体、进液管、捕滴装置、喷淋装置、轴 流风机、集液池等构成。电解液经过喷淋装置后，从上 至下通过塔内，轴流风机强制鼓入的冷风与电解液逆向 运动，蒸发水分、带走热量，降低电解液温度‘”。 3 ．2 酸雾收集 在锌电积车间电解槽区域上方的屋顶设通风口，通 过通风筒连入冷却塔。冷却塔风机运行时，利用风机余 压将电解槽面的酸雾及时抽走，带人冷却塔。与从厂房 侧面收集酸雾的方式相比，屋顶抽吸酸雾的设计避免了 酸雾的横向飘逸，能够为车间工人创造良好的工作环境。 3 ．3 酸雾吸收与捕集 表l 工业厂房常用的通风方案 有色金属工程2 0 1 2 年第2 期 5 1 万方数据 r 瓢砾石 N O N F E R R O U SM E T A L SE N G l N E E R l N G 含酸雾的空气进入冷却塔后，对喷淋的电解液进行 冷却降温，空气中的酸雾经冷却塔捕液装置吸收、捕集、 净化后，达标排空。捕液装置中积累的液滴粒径增粗、 液滴长大，最后落入集液池，与冷却后的电解液一起返 回系统。 目前生产中，冷却塔对酸雾的吸收效率可达到 9 9 ．5 ％，避免了因酸雾中锌、酸等的流失而造成的资源浪 费和对环境的污染【8 l 。通过采用新型高效捕集装置等措 施，在降低捕集层阻力的同时，提高了捕集效果，可使 冷却塔外排气体的酸雾浓度降低至O ．1 9 5m g ／m 3 【9 】，低于国 标G B l 6 2 9 7 - 1 9 9 6 大气污染物综合排放标准规定的 1 ．2m e , ／m 3 。 捕滴装置 喷淋装置 塔体 轴流风机 进液管 型墅醴／ 图2 冷却塔结构 4 冷却塔通风除酸雾方案的应用实例 4 ．1 车间概况 某锌电积车间设计生产规模1 2 5k t ／a ，采用3 ．2m 2 大 极板电解沉积一自动剥锌工艺，共配置1 0 6 台电解槽， 电解槽尺寸为长宽高 1 1m x1 ．3m x2 1 3m 。主 厂房面积1 5 3 m 3 0 m 45 9 0 m 2 ，厂房高度1 5 m 。 4 ．2 冷却塔通风除酸雾系统 1 冷却塔。根据需要的电解液冷却能力，设计选用 了8 台冷却塔，单台冷却塔冷却面积为7 2m 2 ，单台风 机风量6 0 万m 3 ，h 。为保证车间换气次数达到8 次／h 以上， 采用2 台 1 用l 备 冷却塔对车间酸雾进行抽吸、净化。 2 通风筒。在电解槽区域上方布置了接入冷却塔进 风口的通风筒。通风筒采用玻璃钢材质，轻便、美观、 防腐。在通风筒上设有连通室外的百叶窗式空气流量调 节阀门，对通风风量进行调节。 3 厂房结构。为实现“自然进风、机械排风”的有 组织通风形式，厂房一楼设计为敞开式结构，二楼为封 闭式。在这样的厂房结构下，室外新鲜空气和车间内酸 雾的走向形成了固定路径由于冷却塔风机的抽吸，车 间内形成微负压，室外的新鲜空气自下而上经过通透的 格栅走道，带走电解槽面上的酸雾，为格栅走道上的操 作人员提供了通风良好的环境。 4 ．3 冷却塔除酸雾运行效果 冷却塔通风除酸雾系统建成运行2 年来，运行稳定， 效果良好，酸雾治理效果达到国内领先水平。 1 保护工人健康。格栅走道是车间工人的主要操作 走道，站在走道上的工人，始终处于自下而上的新鲜空 气的保护下，感受不到酸雾的存在。 2 减少酸雾外排。由于采用了有组织通风形式，避 免了车间内酸雾的外逸。酸雾经冷却塔吸收、净化后， 达标排放，改善了车间周围环境。 3 提高酸液回收率。酸雾经冷却塔捕液装置吸收、 捕集，与冷却后的电解液一起返回系统，提高了回收率， 节约了资源。 5 结语 利用冷却塔通风除酸雾的设计方案，在生产中实现 了理想效果。其与传统酸雾治理方式相比，具有显著优 点1 环保效果好，运行安全、稳定；2 节省投资，利 用了冷却塔这一锌电积车间现有的设备，不需额外增加 通风设备和酸雾处理设备，3 节约能源，系统没有增加 额外的动力设备，也就没有增加额外的动力消耗；4 节 约资源，对酸雾中的液滴进行充分的捕集、回收，降低 了酸耗。 总之，利用冷却塔治理锌电积酸雾，是一种先进的、 值得推广的酸雾治理方案。 参考文献 【l 】蒋继穆．我国锌冶炼现状及近年来的技术进展【J 】．中国 有色冶金，2 0 0 6 ，3 5 5 1 9 - 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