FC-1100酸雾抑制剂在电积除雾中的应用研究

刘招平

（1.紫金矿业集团股份有限公司,福建上杭 364200；2.福州大学,福建福州 350001）

FC-1100酸雾抑制剂在电积除雾中的应用研究

刘招平1,2

（1.紫金矿业集团股份有限公司,福建上杭 364200；2.福州大学,福建福州 350001）

金属酸洗、湿法冶金等电积工序会产生酸雾,污染环境、腐蚀设备、危害员工健康。本文介绍了一种有效的治理电积酸雾技术,通过工业试验研究以及借鉴国外行业成熟的工业应用指标,发现采用酸雾抑制剂可以有效治理电积酸雾,使企业在职业健康和环境保护方面满足国家标准。

酸雾；抑制剂；电积；治理

为进一步推进资源节约综合利用和环境保护技术进步,加快新技术的推广应用,引导投资方向,促进经济社会可持续发展,国家发改委、科技部、国家环保总局三部门联合发布了《国家鼓励发展的资源节约综合利用和环境保护技术》公告。其中,酸雾的净化治理研究即是该公告所列260项技术之一。针对国家这种积极鼓励资源节约综合利用和环境保护技术的大趋势,应用酸雾抑制剂作为一种新型的电积酸雾治理技术,开展其相关研究则显得意义重大。

1 电积酸雾产生、危害和国家标准

金属酸洗、湿法冶金等电积工序主要通过电解槽阴阳极发生氧化还原反应而得到阴极产品。阴阳两极间主要进行以下两个反应。

阳极：2H2O-4e＝4H＋+O2↑

阴极：Me2++2e=Me

根据反应[1],在阳极产生氧气,同时产生酸根离子。随着氧气从酸性电解液中溢出,硫酸也将被带出来,在空气中形成酸雾。电积车间空气中酸雾浓度含量偏高,不仅会污染环境,腐蚀车间设备,而且会危害操作工人的身心健康。根据1997年1月1日开始实施的GB 16297-1996《大气污染物综合排放标准》规定,1997年1月1日前设立的污染源硫酸雾执行周界外浓度最高值为1.5 mg/m3标准,1997年1月1日起设立(包括新建、扩建、改建)的污染源硫酸雾执行周界外浓度最高值为1.2 mg/m3标准。

2 酸雾抑制剂治理电积酸雾试验研究

2.1 酸雾抑制剂治理电积酸雾原理

酸雾抑制剂可以降低电解液的表面张力[2],当氧气从阳极溢出时,由于和电解液间张力的下降,氧气泡行至电解液表面时将不再发生强烈的爆裂,而是会将气泡中的氧气缓慢排出,从而大大降低电解液中酸性成分向空气中的喷射,因而具有降低酸雾的效果。

本试验将采取一种目前新型的酸雾抑制剂FC-1100进行试验研究,该抑制剂是美国3M公司产品,是一种含45%～55%固态氟的添加剂,黄褐色液体,完全溶于水,25℃时密度为1．2 g/cm3。该酸雾抑制剂代表了先进的酸雾抑制剂研究水平。

2.2 实验设备及投料点选择

实验设备及投料点选择：1)酸雾检测设备：KC-24型微电脑恒流大气连续采样器；表面张力仪。2)物料投槽设备：物料容器配输液管和一个简易的流量控制器。3)投料点选择：投放位置选在富液进入的电积前液槽,这样有利于酸雾抑制剂在体系中的均匀混合。

2.3 试验过程

1)初次投槽量。当FC-1100在电积液中的含量达到10 mg/L(活性成分)时即可明显降低酸雾释放,而FC-1100的活性成分含量为50%左右。我国某湿法冶金提铜[3]厂电积系统电积液量约1 700 m3,则初次投槽量定为：1 700×10/50%=34 000 g。

2)正常生产每日投料量。该湿法冶金提铜厂每日生产阴极铜约30 t,根据相应的电积系统电积液量,正常生产时投放速度为5 mL/min,采用输液管连续添加,每天投放7 200 mL。这个指标需要根据检测后的酸雾浓度进行适当调整。

3)日常生产投入药剂量与酸雾浓度关系。电积液中抑制剂浓度与酸雾浓度的关系见图1所示,电积液中抑制剂浓度与电积液表面张力的关系见图2所示。试验中,通过测量电解液中的表面张力值,能够得到药剂在电解液中的浓度,从而得出空气中酸雾的浓度。例如要控制空气中酸雾浓度到0．8 mg/m3,则电积液中FC-1100浓度在5 mg/L,电积液表面张力在60 mN/m左右。电积液中FC-1100浓度越高,则空气中酸雾浓度越低。考虑到其它因素的影响,一般电解槽里面的FC-1100浓度保持在10 mg/L到20 mg/L之间。

图1 FC-1100在电积液中的浓度与空气中酸雾浓度关系

图2 FC-1100在电积液中的浓度与电积液表面张力关系

2.4 测定结果

1)酸雾浓度及电积液表面张力测定结果。表面张力仪检测酸雾抑制剂添加前后的电积液表面张力,用KC-24型微电脑恒流大气连续采样器采取药剂添加前后的电积厂房内气体样送检,得出数据见表1。

表1 酸雾浓度及电积液表面张力测定结果

从表1中可以看出,酸雾浓度和电积液中的表面张力值随着酸雾抑制剂的添加而逐步降低,效果明显。当停止加药后,酸雾浓度和电积液中的表面张力值逐步回升,抑制剂的效果在投槽结束后还在发挥抑制酸雾作用,维持药效约4～5天。在正常生产中,酸雾抑制剂需要连续不间断添加。

2)人体感观效果。酸雾抑制剂添加之前,酸雾浓度较大,人员到电积槽面上感到难受,特别是鼻腔受到强烈的刺激,电积岗位槽面操作人员作业时要戴双层口罩,以减轻刺激感。在药剂添加1天后,人员在槽面上就感觉出酸雾明显减少,甚至在没戴口罩情况下,槽面操作人员也可以进行作业,不会感到太大的刺激。以上数据和人体感官结果表明,酸雾抑制剂抑制酸雾的效果迅速、明显,持续应用酸雾抑制剂后电积厂房空气中酸雾浓度值可以控制在国家标准的1．2 mg/m3以下。

3 FC-1100酸雾抑制剂的国外工业应用

3.1 工业应用效果

国内外为避免酸雾的产生作了不少研究[4-6]。国内一般都是添加塑料小球,使氧气逸出过程中带出的水或酸溶液不顺畅,并吸附或粘在小球上,以减少酸雾的产生,但是采取这种做法后,车间还是有气味。由于FC-1100价格较为较贵,药剂投入会占用一定成本,所以国内很少有厂家采用该酸雾抑制剂。以湿法炼锌电积车间为例,由于车间酸雾太大,国内一般采取的是工人剥完锌后就下班的被动方式。相信在我国关于员工职业健康监管的法律法规越来越完善的情况下,酸雾抑制剂在国内会开始普及。

相比较之下,由于国外在员工的职业健康安全方面监管严格,目前在这方面的研究更为深入。笔者亲自考察了在秘鲁使用该药剂去除酸雾的绿山铜矿。绿山(CERRO VERDE)铜矿是秘鲁第三大铜矿生产商,年生产阴极铜90 kt(每天约生产250 t阴极铜),铜精矿180 kt和钼两千余吨。从1997年开始,该铜矿就开始应用酸雾抑制剂。该矿的工业应用证明,该抑制剂对抑制酸雾挥发和保持良好作业环境有着显著效果。目前,该铜矿采用连续添加方式添加,添加的频率为23 mL/min,电积液系统中酸雾抑制剂的浓度控制在8 mg/L,电积槽空气酸度浓度控制在0．7 mg/m3左右(秘鲁国家最高酸雾浓度标准为2 mg/m3),各项生产指标正常稳定,始极板和阴极铜外观良好,产品为99．99%的阴极铜。根据作者现场感受,在电积厂房见不到酸雾也闻不到酸味。

3.2 使用成本

该矿年生产90 kt的阴极铜,总共耗FC-1100酸雾抑制剂34 800磅，根据合同12．5美元/磅价格,吨铜成本在(34 800磅/90 000 t)×12．5美元＝4．83美元,折合人民币约34元。

4 结论及建议

通过酸雾抑制剂在我国某湿法冶金提铜厂的试验以及秘鲁绿山铜矿多年的实际工业应用经验表明,采用酸雾抑制剂,可以明显抑制车间的酸雾浓度,达到国家规定的标准，同时车间设备受酸雾的腐蚀不再存在,降低了设备的维护费用,操作环境大大改善,满足职业健康安全和环保标准,有助于提高企业公众形象,具有良好的社会效益和经济效益。

为达到更好的酸雾治理效果，建议采取以下措施共同治理酸雾：1)在电解槽液体表面覆盖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,否则影响铜板质量；2)在电解槽面可覆盖10 mm厚的Ф3～Ф5 mm的低压聚乙烯粒料；3)保持电积厂房通风。

在对员工职业健康安全监管越来越严格，法律法规越来越完善的今天,每吨铜成本增加34元的药剂投入，与员工的职业健康安全和设备腐蚀折旧维护成本相比，国内企业将越来越多地愿意承担社会责任。

[1]张磊,王海北．新型酸雾抑制剂FC-1100的应用研究[J]．有色金属,2007(6):18-19．

[2]张同轩,张军．新型酸雾抑制剂的应用[J]金属制品,2007(1):31-32．

[3]胡根华．紫金山铜矿提铜工艺的研究[J]．有色冶金设计与研究, 2002(1):1-3．

[4]袁交秋．高效酸雾抑制剂的研制[J]．矿冶工程,1998,18(4):48-49．

[5]王瑞峰,王雪丽．BSY型酸雾抑制剂的开发应用[J]．辽宁化工,1998,27 (1):30-32．

[6]刘朗明．锌电积酸雾治理的工业试验[J]．中国有色冶金,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

福建省区域重大项目（No.2011H4025）。

刘招平(1981—),男,工程师,主要从事环保研究及管理。