在冶煉煙氣制酸的凈化工序，冶煉煙氣進(jìn)入洗滌塔與循環(huán)酸接觸，其中所含的塵、砷、氟、二氧化硫和三氧化硫等成分進(jìn)入循環(huán)酸，循環(huán)酸經(jīng)過(guò)循環(huán)反復使用，有害成分不斷富集。為了降低循環(huán)酸的濃度和塵含量，通常對循環(huán)酸進(jìn)行部分開(kāi)路處理，同時(shí)補充新水以保證煙氣洗滌效果，由此產(chǎn)生了大量的酸性廢水。
金川集團有限公司鎳冶煉廠(chǎng)的酸性廢水處理系統采用硫化沉淀法除去酸性廢水中的重金屬，再采用三效蒸發(fā)工藝減少酸性廢水的排放量，最后將濃縮的稀酸和濃酸進(jìn)行混配，實(shí)現酸性廢水的回收和利用。三效蒸發(fā)工藝具有蒸汽利用率高、占地面積小、運行成本低、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，采用以酚醛樹(shù)脂浸漬石墨為主要材質(zhì)的蒸發(fā)設備、以鋼襯氟為材質(zhì)的管閥件能夠應對酸性廢水濃縮過(guò)程中強腐蝕、易結晶等苛刻條件，保證了系統穩定長(cháng)效的運行。
1、三效蒸發(fā)工藝流程
鎳冶煉廠(chǎng)酸性廢水處理系統采用三效蒸發(fā)工藝對硫化除重金屬后的酸性廢水進(jìn)行濃縮，其原理為：利用酸性廢水各組分沸點(diǎn)的不同，將3臺蒸發(fā)器串聯(lián)對酸性廢水進(jìn)行蒸發(fā)，在使酸性廢水濃縮實(shí)現減量排放的同時(shí)，也使蒸汽得到多次利用，提高了熱能的利用率。
鎳冶煉廠(chǎng)采用的酸性廢水三效蒸發(fā)工藝流程見(jiàn)圖1。
除去重金屬的酸性廢水由進(jìn)料泵送入兩級預熱器，預熱至約40℃進(jìn)入一效分離罐。將一次蒸汽通入一效蒸發(fā)器，將酸性廢水加熱至沸騰，使用大流量循環(huán)泵將酸性廢水不停循環(huán)，蒸發(fā)除去酸性廢水中的部分水分。酸性廢水經(jīng)一效蒸發(fā)后通過(guò)一效分離罐的溢流口進(jìn)入二效分離罐，依靠一效分離罐產(chǎn)生的酸性蒸汽加熱二效蒸發(fā)器，再次蒸發(fā)除去酸性廢水中的部分水分。經(jīng)二效蒸發(fā)后的酸性廢水通過(guò)二效分離罐的溢流口進(jìn)入三效分離罐中，利用二效分離罐產(chǎn)生的酸性蒸汽加熱三效蒸發(fā)器，繼續進(jìn)行蒸發(fā)。其中一效、二效蒸發(fā)為正壓操作，三效蒸發(fā)為負壓操作，利用抽真空降低酸性廢水的沸點(diǎn)，使三效蒸發(fā)器內的酸性廢水達到85℃便產(chǎn)生沸騰。
一次蒸汽進(jìn)入一效蒸發(fā)器放熱后形成冷凝水，由于冷凝水溫度比較高，可對其熱能進(jìn)行回收利用。分別將一效、二效和三效冷凝水收集于一效、二效和三效平衡罐，用于酸性廢水的預加熱，從而大幅度減少一次蒸汽的用量。
三效蒸發(fā)工藝的每一效均形成一個(gè)循環(huán)，整套蒸發(fā)裝置采用連續進(jìn)酸、連續出酸的生產(chǎn)方式，實(shí)現酸性廢水中酸與水的分離，從而減少酸性廢水的排放量。
2、三效蒸發(fā)裝置出現的問(wèn)題及解決措施
鎳冶煉廠(chǎng)酸性廢水處理系統自2019年投用以來(lái)，運行較為平穩，可減少外排酸性廢水4m3/h。2020年初，該系統因長(cháng)時(shí)間運行出現了三效分離罐液位波動(dòng)大、負壓難以控制以及酸液無(wú)法外排的現象。
技術(shù)人員對三效蒸發(fā)器及管道進(jìn)行檢查，發(fā)現三效分離罐、蒸發(fā)器內部以及管道內均有灰褐色的結垢物，因此三效蒸發(fā)器出現的結垢物使蒸發(fā)器產(chǎn)生堵塞是三效蒸發(fā)工序出現問(wèn)題的主要原因。
為了有效快速地處理三效蒸發(fā)器里出現的結垢物，根據酸性廢水中可能形成結垢物的元素對蒸發(fā)器內結垢物進(jìn)行化學(xué)成分分析，檢測結果見(jiàn)表1。
由表1可見(jiàn)：三效蒸發(fā)器結垢物中Si元素的質(zhì)量分數最大，w(Si)高達18.28%，其余元素的含量可忽略不計。由此推測，該結垢物應主要為硅酸鹽。
由于長(cháng)時(shí)間運行，硫化后液中的硫化渣顆粒物未完全沉淀即進(jìn)入三效蒸發(fā)工序，吸附在蒸發(fā)器內壁上結垢，久而久之造成蒸發(fā)器堵塞。為了了解硫化后液蒸發(fā)過(guò)程中沉淀物的產(chǎn)生情況，取約1000mL硫化后液置于燒杯中，采用酒精燈加熱的方式進(jìn)行蒸發(fā)，當溶液體積剩余約300mL時(shí)燒杯內開(kāi)始出現白色沉淀。沉淀物在蒸發(fā)后期才會(huì )出現，由此推斷：三效蒸發(fā)裝置出現的結垢物應該是在三效蒸發(fā)器生成的。
為解決三效蒸發(fā)器的堵塞問(wèn)題，需要對結垢物進(jìn)行處理。硅酸鹽化學(xué)性質(zhì)比較穩定，不溶于一般的強酸如硫酸、鹽酸等，可與氫氟酸反應生成易溶于水的氟硅酸。將結垢物置于w(HF)40%的氫氟酸中進(jìn)行反應，結垢物可全部溶于氫氟酸。因此，可采用氫氟酸對三效分離罐和三效蒸發(fā)器進(jìn)行清洗除去結垢物。
3、清洗后運行效果
清洗三效蒸發(fā)器時(shí)，每隔4~5h檢測氫氟酸的濃度，濃度過(guò)低則繼續補充氫氟酸的量。浸泡清洗3~4d后，三效蒸發(fā)器內氫氟酸濃度無(wú)明顯變化，說(shuō)明三效蒸發(fā)器已清洗干凈。
清洗結束，對設備進(jìn)行檢查確認后，三效蒸發(fā)裝置重新開(kāi)車(chē)，三效分離罐負壓控制穩定，液位波動(dòng)正常，系統運行恢復正常。
4、結語(yǔ)
鎳冶煉廠(chǎng)酸性廢水處理系統正常運行1年多來(lái)，僅因三效蒸發(fā)器結垢堵塞導致停產(chǎn)之外，其余時(shí)間運行平穩。因此，為保持該系統長(cháng)期平穩運行，應保證硫化后液經(jīng)過(guò)濾器將硫化渣懸浮物去除干凈，同時(shí)對過(guò)濾器進(jìn)行定期清洗，正常生產(chǎn)后則可根據三效分離罐的液位波動(dòng)情況判斷是否有必要對蒸發(fā)器進(jìn)行清洗，防止設備堵塞嚴重，造成清洗困難。
三效蒸發(fā)裝置的平穩運行可為硫酸生產(chǎn)系統減少酸性廢水外排量，從根本上減少酸性廢水的產(chǎn)生量，對環(huán)境的保護有著(zhù)積極的作用。（來(lái)源：金川集團有限公司鎳冶煉廠(chǎng)）
