当今废盐酸再生工艺的评析

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当今废盐酸再生工艺的评析

林宣精

(武汉钢铁集团公司冷轧薄板厂, 武汉430083)

摘要　介绍了当今世界上应用最广泛、技术最先进的两种废盐酸再生工艺(R uthner 喷雾焙烧工艺和L urgi 2Keram chem ie 流化焙烧工艺) 的基本原理、工艺流程、设备、主要构件及技术参数, 详细对照分析了这两种工艺的特点, 并进行了综合评价。关键词　废盐酸再生　R uthner 工艺　L urgi 2Keram chem ie 工艺

0　前言

　　早在70, (的L u rgi 2chem ie 流化焙烧工艺废盐酸再生机组。该工艺生产出来的副产品氧化铁, 不能满足电子工业的需要。80年代, 为了提供高纯氧化铁, 鞍钢冷轧薄板厂从奥地利引进了R u thner 喷雾焙烧工艺废盐酸再生机组, 后来

, 。这种氧化铁具有多

, 5000元 由此可见, 废盐酸再t 以上。生技术的发展对轧钢工业、电子工业、环境保护都有着重要意义, 同时还可以从副产品氧化铁获得可观的经济效益。

1　废盐酸再生的基本原理

　　L u rgi 2Keram chem ie 和R u thner 两种废盐酸再生工艺, 虽然具体设备和工作过程不完全一样, 但是工作原理相同, 都是利用FeC l 2在高温下、在有充足水蒸气和适量氧气的气氛中能定量水解的特性, 在焙烧炉中焙烧经预先浓缩过的废盐酸, 使在废盐酸中以FeC l 2形式存在的铁转化为Fe 2O 3分离出来。FeC l 2水解的化学反应式如下:

　　　4FeC l 2+O 2+4H 2O

△

宝钢、上海益昌冷轧薄板厂等相继采用了喷雾焙烧废盐酸再生工艺。1996年, 攀钢冷轧薄板厂又投产了一套最先进的喷雾焙烧法废盐酸再生机组。近20年来, 随着轧钢工业的发展, 废盐酸再生技术在我国很快成长起来。

废盐酸再生机组通常是伴随着钢材酸洗设备(如热轧带钢连续酸洗线) 而建造的, 它处理酸洗过钢材的废酸, 生产再生酸, 又供给酸洗钢材之用, 如此往复循环(参见图1) 。

废盐酸再生机组与钢材的酸洗是紧密相连的, 影响到酸洗钢材的产量、质量和成本等, 因此也可以把它看成是酸洗工艺设备的一个组成部分。同时, 盐酸再生机组是消除废酸、废酸水和酸蒸气的腐蚀和污染, 变害为利的环保设施。废盐酸再生机组不仅可回收盐酸、降低酸洗成

2Fe 2O 3+8HC l ↑

　　反应生成的HC l 气体和从废酸里蒸发出

来的HC l 气体, 一道经过除尘净化和冷却, 最后被水吸收而成再生酸[1]。

实际上, 废盐酸的再生是钢材酸洗的逆过程, 酸洗是将钢铁表面的铁氧化物溶解于酸洗液中, 铁氧化物转化为FeC l 2, 消耗了酸洗液中

1997202217收到初稿, 1997204229收到修改稿。

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图1　酸洗线与废盐酸再生机组之间的酸液循环

11喷雾焙烧炉; 21预浓缩器; 31HC l 吸收器; 41带钢连续酸洗线; 51冷冲洗线; 61热冲洗线; 71烟罩; 81烟雾洗涤器; 91废气风机; 101烟囱。

的游离酸(即HC l ) ; 而再生过程则是将废盐酸中的FeC l 2转化为Fe 2O 3, 并且释放出酸洗时所消耗的游离酸。现代化的再生机组盐酸回收率可达到99%。排放的废气, 一种是再生机组尾

3

气, HC l 含量

3

粉的空气, Fe 2O 3含量

由贮罐泵入分离罐, 通过循环泵在文丘里和分

离罐之间不断地循环, 并在文丘里处与820℃的焙烧炉气进行热交换, 使其浓缩到相对密度为1145～1150。焙烧炉内的流化床层加热到850℃

2　工艺流程

　　两种废盐酸再生工艺流程对照如下(废盐

酸处理能力为410～4. 5m 3 h ) 。211　L urg ie -Keram che m ie 工艺21111　流程图

L u rgie 2Keram chem ie 废盐酸再生工艺流程如图2所示。2. 1. 2　流程说明

废酸(Fe 2+100～130g ～70g L , HC l 30L )

时, 由废酸循环管道分出的支管将浓缩的废酸

通过酸枪导入流化床层(即再生开始) 。

废酸中的FeC l 2、FeC l 3在床层立即发生化学反应, 生成Fe 2O 3和HC l 。新生的氧化铁微粒粘附在原有的Fe 2O 3颗粒表面上, 使床层的颗粒长大并增多, 床层会在生产中长高。为了保持床层一定的流化高度, 必须适时将Fe 2O 3颗粒排入冷却振动筛, 然后送入贮仓。粗尘经旋风除尘器沉降后再回炉, 仅有细尘进入后面工序。生成的HC l 随炉气进入文丘里, 被冷却到100℃以下, 然后在吸收塔里用酸洗线冲洗水吸收制成HC l 浓度为180g 尾气经烟囱L 的再生酸。

及捕液器除去含酸的冷凝水之后排入大气。系

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图2　L urgi 2Keram chem ie 废盐酸再生工艺流程

11焙烧炉; 2回灰管; 31除尘器; 41烟道; 51文丘里喉管; 61文丘里扩散管; 71分离罐; 81烟道; 91吸收塔; 101废气烟道;

111烟囱; 121捕液器; 131水封; 141溢流槽; 151Fe 2O 3贮槽; 161Fe 2O 3下贮仓; 171事故水槽; 181空气风机;

191煤气增压风机; 201循环泵; 211抽风机; 221振动筛。

统实行负压操作。

燃烧用的焦炉煤气加压后和空气分别由罗茨鼓风机送入燃烧器, 布置在炉底48个烧咀喷射出的高温气体使床层颗粒氧化铁达到流化状态。

212　Ruthner 工艺21211　流程图

R u thner 废盐酸再生工艺流程如图3所示。21212　流程说明

雾在下降过程中被燃烧器送来的自下而上的高温气体加热, 水被蒸发, FeC l 2在反应区内转化成Fe 2O 3和HC l 。炉堂温度为650～680℃, 出口温度为380～400℃。生成的氧化铁粉, 绝大部分下沉炉底, 在炉底经团块破碎机和旋转阀风送入贮仓; 少部分入双旋风除尘器沉降后再回炉。进入文丘里的粉尘很少。Fe 2O 3贮仓上部设有袋式除尘器, 除尘后的空气由Fe 2O 3输送风机排入大气。贮仓中的Fe 2O 3经打包机装袋后外发。

含HC l 的炉气经文丘里后温度在100℃以下, 再入吸收塔被冲洗水吸收制成HC l 浓度为190～200g 尾气经清洗塔等清洗L 的再生酸。后排空。系统实行负压操作。

燃烧用的煤气由罗茨风机送入燃烧器, 空气由助燃风机送入燃烧器。

废酸(Fe 2+100～120g L , HC l 200g L ) 由贮罐经粗过滤后泵入文丘里下部的分离器中, 通过循环泵、文丘里和分离器不断地循环, 废酸在进循环泵之前进行第二次过滤。在文丘里处废酸与含HC l 的炉气进行热交换, 被浓缩到相对密度为1130, 然后用加酸泵增压后送上炉顶, 又经两道精过滤, 再由酸喷枪向下喷射成雾。酸

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R uthner 废盐酸再生工艺流程

1焙烧炉; 21旋风除尘器; 31文丘里; 41分离器; 51吸收塔; 61清洗塔;

71氧化铁粉贮仓; 81打包机; 91水贮槽; 101尾气离心风机; 111加酸泵; 121循环泵; 131吸收水泵; 141清洗水泵

。

图4　流化焙烧炉

11风箱; 21烧咀; 31回灰管; 41酸枪口; 5. 流化层; 61人孔; 71氧化铁加入管; 81防爆阀; 91Fe 2O 3排放管

。

图5　喷雾焙烧炉

11燃烧器和燃烧室; 21蒸发区; 31气体出口;

41雾化喷咀; 51耐火衬里; 61水解区。

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3　设备及主要部件

　　两种废盐酸再生机组的设备组成相同, 都有主体设备、酸贮罐区和氧化铁输送贮存设备3

部分。主体设备都有焙烧炉、旋风除尘器、预浓

缩器(即文丘里及其附属设备) 、吸收塔和清洗设备, 但是主体设备的具体结构却有很大区别。两种废盐酸再生工艺的设备及主要部件对照见表1(废酸处理能力为410～415m 3 h ) 。

表1　两种废盐酸再生工艺的设备及主要部件对照

设备结构及主要部件

设备名称

L urgie 2Keram chem ie 工艺

R uthner 工艺

结构尺寸

见图4

H 10820mm

见图5

酸砖, 第4料。

焙烧炉

2O 3排放管周围先填捣打。

　①1支或两支酸喷枪。它们是用钛钯合金制成的特厚壁管节螺纹连接起来的管子, 安装在炉下部侧面, 内径10mm , 伸入炉内70～

140mm 长, 可将浓缩废酸导入流化层。

, 炉顶收缩出口之处不砌内衬材料。外壳严格绝热包装。

炉下部烧咀区域采用捣打料浇注。　

　①两支酸喷枪。它是用烯有金属铌制造的, 喷盘上分布有6个喷咀, 每个喷咀喷出口的内径为1. 5mm 。喷枪内设有过滤器。喷枪由炉顶上方的提升装置插入炉内或从炉内提起。　②两个烧咀。它们相对地以切线方向布置在炉下部。

　③点火烧咀。安装在主烧咀旁。　④火焰探测监控器。安装在主烧咀的正后方。

　⑤破碎机和旋转阀。安装在炉下部锥体口下方。

　两个并列连接的小直径的旋风除尘器, 回灰管上安装电动旋转阀。　

　采用文丘里管, 在喉口上方设有4个喷咀, 用以引入需浓缩的废酸。　吸收塔和清洗塔各1个, 都是填料塔, 塔顶层安装有喷咀。通过烟囱、捕液器清除尾气中的HC l 。

　②燃烧器。它有48个烧咀, 分布在炉底面

附件

上。

　③4个点火烧咀。安装在炉底的中央位置上。

　④火焰探测监控器。安装在炉顶, 与点火烧咀相距约10m 。

　⑤氧化铁排放管。氧化铁从炉底排放管经控制阀排放。

　1个直径稍大的旋风除尘器, 回灰管上采

旋风除尘器

用摆动阀(双阀) 控制炉气不能由此串入除尘器。

预浓缩器吸收塔和清洗塔

　采用文丘里管, 喉口处设有环形沟, 用以分布进入的液体。

　由填料层和多层泡罩盘组成的吸收塔1个, 无清洗塔。通过烟囱、捕液器清除尾气中的HC l 。

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4　工艺特点

　　根据以上简要介绍的工艺和设备情况, 进一步分析这两种废盐酸再生工艺的特点, 从中可以看到它们的优缺点。

411　L urg i -Keram che m ie 工艺41111　焙烧方式

流化焙烧[2]或沸腾焙烧。41112　优点

(1) 流化床传热传质很快, 炉温高(850℃) , 铁的氯化物的高温水解反应速度快, 单位炉容的废酸处理量大。同等处理能力的焙烧炉, 体积比R u thner 的要小得多, 机组占地面积为

3～1 2。R u thner 的1

(2) 由于焙烧温度高, 整。

(3) , 向炉内导入预浓缩废酸不用多道过滤, 也不易发生酸枪堵塞。

(4) 高温焙烧生成的Fe 2O 3, 含氯量极少, 较干净。由于高温下氧化铁颗粒会发生粘结, 因此生成的氧化铁粒度较大(最大为

(1) 系统为气、液、固三相组成的流化床, 控制难度较大; 烧咀多, 长生产周期情况下做到均匀布气很困难, 难以避免局部死床出现。

(2) 炉内易损件较多, 故障较多; 因炉温高, 炉内检修前的冷炉时间较长, 机组年有效作业时间较少(约6000h a ) , 作业率较低。

(3) 炉底面上和流化范围内的炉壁上会结氧化铁疤, 清除的劳动量较大。

(4) 焙烧炉的点火操作不理想。火焰探测器距点火烧咀较远, 火焰检测会受干扰。在生产中途停机的情况下, 当炉温下降到煤气自燃点以下时, 无法马上直接点火。

(5) 床层氧化铁的颗粒粒度在生产中有周

期性变化, 当颗粒普遍长大时, 生产运行不稳定, 产量减低, 再生酸中Fe 3+含量提高。41114　对设备的特殊要求

(1) 焙烧炉的结构较复杂, 对制作材料要求严格

烧咀和氧化铁排放管采用耐高温、抗腐蚀的不锈钢制作, 酸枪采用钛钯合金制作, 炉墙内侧除了砌衬耐酸砖外还需衬上耐火耐磨材料。

(2) 对抽风机性能要求高

机组通过抽风机造成负压操作, 由于机组的气体阻力大, 仅文丘里, 阻力即为8000～10000Pa , Pa , 因此, 尾41115机组比较, 自动化水平较低。46　副产品氧化铁的性能和用途

氧化铁在高温床层里粘结形成颗粒状, 最大粒径为3mm , 自然堆积, 其密度为215～315kg 这种Α氧化铁, 目前只能制作硬磁材L 。料、还原铁粉等, 使用价值较低, 价格为200～300元 t 。41117　能源消耗

处理1m 3废酸消耗热能353×104kJ J 、电能88k W h 。

412　Ruthner 工艺41211　焙烧方式

喷雾焙烧。41212　优点

(1) 炉内发生故障的机会很少, 维修量少, 不需经常周期性停炉冷却及人工入内清炉打掉氧化铁结疤。因此, 机组年有效生产时间较长(约7000h a ) , 作业率较高。

(2) 机组点火方便, 根据需要可随时停机、开机; 酸操作和水操作(无废酸时) 的转换很方便, 组织生产很灵活。

(3) 炉内无流化床, 生产不受床层内Fe 2O 3颗粒状态变化的影响。因此, 废酸处理量很稳定, 再生酸的质量好, Fe 3+含量很低。41213　缺点

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(1) 焙烧炉较高大, 占地、占空间较大。(2) 因酸喷枪的喷出口径小, 为了减少堵

塞、保持良好的雾化, 对废酸的过滤要求严格, 需设多个过滤器, 而且正常生产时每班必须清洗喷枪1、2次。

(3) 由于生成的Fe 2O 3粉末的密度较小, 易漂浮污染环境。因此, 对炉内排出的Fe 2O 3粉必须有专门的抽吸式风送装置, 对输送Fe 2O 3粉的空气必须作净化处理, 应设有专门的Fe 2O 3粉打包机。

41214　对设备的特殊要求

(1) 焙烧炉

5　综合评价

　　(1) L u rgi 2Keram chem ie 和R u thner 这两种废盐酸再生工艺, 各有自己的特点, 均属当今世界上技术先进、应用广泛的盐酸酸洗液处理工艺。它们都适用于大中型钢材加工企业, 可根据废酸处理量来选型和定规格。

(2) 两种工艺比较, R u thner 工艺更优越。该工艺设备较简单, 运行故障较少, 检修工作量较小, 作业率较高, , 机组运行较稳定。, , , , (, , 还要开发副产品氧化铁的经济效益。在建造R u thner 法废盐酸再生机组时, 应当同时上马除硅装置, 以便生产出高纯氧化铁粉。如果在一个年酸洗100万t 热轧带钢的酸洗车间建设带有除硅装置的R u th 2ner 工艺盐酸再生机组, 则每年可生产高纯氧化铁5000t , 以每吨4500元差价(与L u rgi 工艺

炉温较低, 炉内衬里结构较简单。主烧咀的材质为GG , 点火烧咀的材质为钢。

(2) 机组的阻力机组阻力较小, 为8～12. 541215采用。主要液位、温度。尾气离心风机、供酸泵和吸收水泵的传动电机都采用变频调节技术。

41216　副产品氧化铁的性能和用途

在炉内气相中生成的氧化铁粉, 其单体是空心球状颗粒, 粒度在40～200Λm 之间, 堆积密度为0125～0. 40kg L 。

若废酸经除硅装置处理, 可获得高纯氧化铁粉, 可供制作软磁材料, 其价格一般为5000元 t 。

41217　能源消耗

处理1m 3废酸消耗热能21×105kJ 、电能56k W h 。

生产氧化铁相比较) 计算, 每年可多收入2250万元。由此可见, R u thner 废盐酸再生工艺更具有创造经济效益的能力。

参考文献

1　冶金工业部塔式酸洗试验组1国外带钢盐酸酸洗1

上海:上海科学技术情报研究所出版社, 19741331

2　陈俊章等1冷轧带钢坯酸洗及酸再生1北京:冶金工

业部出版社, 198512521