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热浸锌酸洗工艺改进对环境和效益的影响
  2011-11-25 12:23:16
 
张志红
    河北卓亿线路器材的有限公司, 065600  
 
    摘要:目前,国内热浸锌酸洗工艺主要存在酸洗区无封闭,人工操作行车吊装进行工件酸洗,酸洗时产生氯化氢气体直接排入大气,对环境造成污染,同时损害人体健康,腐蚀车间、设备。针对上述存在的问题,本人发明了步进式自动酸洗工艺,该工艺可实现酸洗作业自动化,酸冼时产生的酸雾可集中收集处理,达标排放,减少对环境的污染;提高盐酸的利用率;延长厂房和设备的使用寿命,降低设备的维修成本。它的推广应用将对镀锌行业的发展起到积极的作用,真正实现节能,降耗、减污增效。
关键词:  热浸锌 酸洗 工艺
 
1、前言
    众所周知,钢铁在自然条件下会缓慢的生锈。每年我国因钢铁锈蚀会造成巨大的经济损失。在钢铁制品表面镀上一层金属锌,可以起到很好的防腐功能。现在热镀锌这一工艺已经得到广泛的普及和应用。
    热浸锌工艺的发明,对钢铁防腐起到重要作用,也是人类的重大进步。传统钢结构产品的防腐时间只有30年左右,远未达到建筑物的使用寿命。热浸锌的发明,使钢结构产品的使用寿命延长至50年以上,大大提高了钢结构产品的质量和使用寿命。随着热浸锌工艺在世界各地的推广普及,人们对热浸锌的重要性有了更深刻的了解,随着市场及规模迅速扩大,热浸锌生产对环境产生的影响也越来越大,氯化氢气体对环境的污染,对人体健康的损害,对车间、设备的腐蚀,废酸的排放及处理,漂洗水的排放及处理等成为制约行业发展及影响环境的重要因素。热浸锌工艺的改进及减少其对环境的影响成了重要的研究内容。
 
2、目前国内热浸锌酸洗工艺现状
    目前,国内热浸锌行业的钢结构件的酸洗工艺是采用酸洗-水洗-助镀方法,使用的酸洗材料为盐酸(HCl)或硫酸(H2SO4)。以盐酸为例,利用酸将钢铁表面的氧化物清除干净,化学反应方程式为:Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O;2FeCl3 +Fe=3 FeCl2
传统热镀锌酸洗工艺:将钢铁制品或材料码放或拴挂在固定工装上,任意放入稀释后的酸洗槽中,直到表面氧化物去除干净,进入到漂洗水槽将工件表面的铁盐和残留酸尽量去除干净,然后进入下一工序(助镀液)。这种方法存在以下问题:
 
                     
 
    ⑴酸洗效率低,酸消耗高;
    由于人工操作,工件在每个工位的酸洗时间无法控制,只能靠操作人员目测酸洗的工件是否达到镀锌前的要求,致使各个酸槽酸液的浓度不能按序排列,当酸洗经过一段后,酸洗效率越来越低,逐渐不能满足生产要求,这时一些企业用补充浓盐酸提高酸的利用,有些企业就直接处理或排放,一般在酸的浓度在5%至10%排放或处理,按8%时排放计算,年镀锌量3万吨的企业一年浪费浓度31%的新盐酸600吨,按每吨400元计算,合计24万元,不但增加了成本,还造成严重浪费和污染。
    ⑵酸雾无组织排放,对厂房设备腐蚀严重;
    由于酸洗区未封闭,在热镀锌生产过程中产生的氯化氢气体随意扩散,对厂房和设备造成严重腐蚀,据调查可以使用50年的钢结构厂房,会因酸气腐蚀只能使用3~5年。
    ⑶废酸处理费用高,污染环境;
   镀锌厂在没有废酸处理设备的情况下,需要由废酸专业处理厂处理,一吨处理费用约500元,按年镀锌量3万吨计算,1吨镀件产生废酸80kg,年产生废酸约为2400吨,处理费用达120万元。
    ⑷大量使用漂洗水,水处理及投资费用高,废水对环境造成污染(每吨工件消耗水约0.5吨),年镀锌量3万吨的企业一年消耗水1.5万吨(按5元/吨计算,合计7.5万元),而处理每吨水的费用大约8元,合计12万元/每年,两项合计19.5万元。
    ⑸操作原始、自动化程度低、劳动强度大;
操作人员在车间内工作需要将工件吊起-水平运行,按每小时镀10吨,每杠2吨计算,共5杠,每杠吊起、运行10次,每小时要吊起、运行50次,吊起、水平运行、放下三个动作用1分钟的时间,就需要50分钟才能完成,为此,一个工人相当繁忙。
    ⑹工作环境差;
工人在酸洗车间工作,酸的浓度较高,长时间在该环境下工作,对身体影响较大。(请参阅第九届中国热浸镀技术交流会论文集)
    首先将工件放入第一个酸洗槽中,经过一段时间(根据酸液浓度和生产效率进行时间参数设定,一般情况时间设定为8-12分钟)后,将第一酸洗槽中工件放入第二酸洗槽,同时将后续工件放入第一酸洗槽,在经过相同酸洗时间后,将第二酸洗槽中工件放入第三酸洗槽,第一酸洗槽中工件放入第二酸洗槽,后续工件放入第一酸洗槽,依次循环,最终酸洗步进式工艺会形成如图1所示的结果。按阶梯式分布,工件上的氧化物依次减少,酸液浓度依次增大,各酸槽内铁盐含量依次减小,第一酸洗槽中杂质及铁盐含量最高,酸浓度最低,最后一个酸洗槽酸浓度最高,杂质及铁盐含量最低,酸液最大限度得到利用。第一酸洗槽中酸的浓度低于(0.5%以下)时,铁盐含量(大于300克/每升)时作为废酸排放,将废酸经压滤后排入废酸储备槽中待处理。同时将第二酸洗槽中酸液倒入第一酸洗槽,第三酸洗槽中酸液倒入第二酸洗槽,最后一个酸洗槽作为配制新酸槽,用来配制新酸,配制新酸时用漂洗水代替水稀释浓盐酸,漂洗水的补充用处理废酸时产生的弱酸蒸馏水。
    酸洗结束后,工件进入水洗槽进行水洗,这时工件表面杂质及铁盐含量很少,水洗的作用只是将工件表面的酸降低,漂洗水除酸的浓度会少量增加以外,杂质及铁盐很少带入漂洗水中,避免了杂质、铁盐、酸带入助镀液中。
 
4、步进式自动酸洗工艺对环境和经济效益的影响
    ⑴提高了盐酸的利用率
步进式酸洗工艺废酸排放时酸的浓度在0.5%以下,而我们常见工艺废酸排放时浓度在5%以上,有些企业甚至达到10%,可以看出步进式酸洗节约酸大概30%--50%,另外废酸排放时浓度越高处理成本越高,污染越严重。漂洗水不再外排,步进式酸洗工艺解决了工件表面杂质及酸洗时的铁盐带入漂洗水和助镀液,这样漂洗水除酸的浓度(配制新酸时浓度会增加到1%,铁盐增加到30克/升)少量增加外,杂质和铁盐含量较少,配制新酸时正好用来稀释浓盐酸。节约了大量的水资源,减少了污染。降低了生产成本。
    ⑵延长了厂房和设备的使用寿命,降低了设备的维修成本
酸洗区域封闭后,热镀锌生产过程中产生的酸气可进行有组织回收处理,增加厂房和设备的使用寿命,按年建造镀锌量为3万吨的厂房计算,建设费用约800万元,步进式酸洗工艺与传统酸洗工艺相比,使用寿命可延长40-50年,按45年计算,每年可节约190万元。
    ⑶实现了自动化酸洗,可节省人工4个,按每人年工资3万元计算,可节省12万元。
 
 5、结论
    步进式自动酸洗工艺技术先进,自动化程度高,节省人力,提高盐酸的利用率,减少对环境的污染,延长厂房和设备的使用寿命,如能在全国范围的推广应用,将产生更大的经济效益、环境效益(综合比较如表1 所列)。
 
版权所有 中国腐蚀与防护学会热浸镀专业委员会