鋼材酸洗液全閉路循環(huán)生產(chǎn)工藝
張國(guó)臣，張興科，張文星，韓艷敏
一、概述：熱軋鋼材除鱗后必須經(jīng)酸洗才能進(jìn)行冷軋，酸洗工藝主要有鹽酸酸洗和硫酸酸洗2種，而工業(yè)上廣泛應(yīng)用鹽酸酸洗工藝。鹽酸酸洗廢液含大量FeCl2和一定量游離鹽酸(Fe2+的質(zhì)量濃度正常為110～130g/L，游離鹽酸3～8g/L)，直接排放會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，同時(shí)也造成廢液中FeCl2、廢鹽酸等有用資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。
鋼材酸洗液廢水的處理主要有三種方法：簡(jiǎn)單中和方法，負(fù)壓蒸發(fā)工藝和直接焚燒技術(shù)。比較起來，中和方法，不但消耗大量的堿性物質(zhì)，而且浪費(fèi)了廢鹽酸中可回收再利用的鹽酸。除此之外，因廢酸中含有重金屬離子，也滿足不了環(huán)保達(dá)標(biāo)排放的標(biāo)準(zhǔn)。負(fù)壓蒸發(fā)工藝，雖然可以對(duì)廢鹽酸進(jìn)行簡(jiǎn)單回收利用，但該方法得到的是四水氯化亞鐵晶體產(chǎn)品銷路不暢、回收鹽酸量少而且鹽酸濃度低等缺點(diǎn)。同樣，直接焚燒廢鹽酸技術(shù)盡管可以回收更多的鹽酸進(jìn)行再利用，副產(chǎn)品氧化鐵粉銷售、儲(chǔ)運(yùn)方便。然而，也存在著投資大、能耗高、占地面積大、生產(chǎn)的鹽酸濃度低，還需要增加新的高濃度鹽酸進(jìn)行調(diào)配，同時(shí)必然排放一定的量的過量稀鹽酸等劣勢(shì)。
為了利用廢液中的FeCl2資源，消除廢酸對(duì)環(huán)境的污染，本公司成功研制出酸洗廢液的新型處理方式。
二、氯化亞鐵回收利用的新工藝
焦作市霧神化工設(shè)備有限公司根據(jù)濃縮干燥及煅燒的原理，將氯化亞鐵溶液進(jìn)行濃縮干燥和煅燒后得到氧化鐵，尾氣吸收為濃度在20～24左右的鹽酸，鹽酸可返回鋼鐵的酸洗工藝使用，得到的氧化鐵紅，可作為顏料或煉鋼的原料等使用，實(shí)現(xiàn)鹽酸的循環(huán)利用，從根本解決環(huán)境污染。這套工藝實(shí)現(xiàn)能量的梯級(jí)利用，大限度的利用能量，降低生產(chǎn)成本。
具體工藝流程如下：
本工藝將酸洗廢液經(jīng)高壓泵打入噴霧濃縮塔，經(jīng)來自噴霧干燥的尾氣進(jìn)行濃縮，同時(shí)降低干燥氣體的溫度，便于尾氣的鹽酸吸收。濃縮后的氯化亞鐵溶液直接用高溫高壓泵打入噴霧干燥塔進(jìn)行干燥，由來自煅燒塔的尾氣將水分脫除，得到的氯化亞鐵粉料經(jīng)卸料器直接進(jìn)入煅燒塔，由來自熱風(fēng)爐的高溫?zé)煔膺M(jìn)行煅燒，得到氧化鐵產(chǎn)品，經(jīng)旋風(fēng)收粉器和冷卻器冷卻后進(jìn)行包裝。煅燒后的尾氣進(jìn)入干燥塔，干燥后的尾氣進(jìn)入濃縮塔，濃縮后的尾氣進(jìn)入鹽酸吸收塔，進(jìn)行兩級(jí)吸收和一級(jí)堿液洗滌后經(jīng)高壓風(fēng)機(jī)排空。
整個(gè)工藝過程完全是能量多級(jí)利用，熱源利用效率高，中間物流自動(dòng)流轉(zhuǎn)，減少物料的人工中間搬運(yùn)，降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度，整個(gè)系統(tǒng)自動(dòng)控制。
整個(gè)系統(tǒng)主要包括煅燒塔、噴霧干燥塔、濃縮塔、旋風(fēng)收粉器、布袋收粉器、鹽酸吸收塔、高壓風(fēng)機(jī)等。
三、煅燒干燥系統(tǒng)的能量消耗。
整個(gè)系統(tǒng)采用天然氣作為熱源，天然氣燃燒后產(chǎn)生的高溫?zé)犸L(fēng)進(jìn)行煅燒、干燥和濃縮，熱能梯級(jí)利用。整個(gè)系統(tǒng)的能耗在36萬大卡/噸酸洗水。
電耗:系統(tǒng)的電器設(shè)備較少，主要是高壓風(fēng)機(jī)、高壓泵。其它電器功率很小。電量消耗很低。45kwh/(噸酸洗水)
四、效益分析
對(duì)酸洗廢液進(jìn)行處理，非常必要，既能保證鹽酸的循環(huán)利用，又能保證資源的回收，還保證環(huán)保達(dá)標(biāo)。具有非常大經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。
具體經(jīng)濟(jì)分析舉例如下：按處理1m3廢水計(jì)算：
當(dāng)Fe2+濃度達(dá)到120mg/L左右時(shí)，可得到171.4㎏/m3的Fe2O3產(chǎn)品，氧化鐵紅目前市場(chǎng)價(jià)格為1500～6000元/噸，按1500元/噸計(jì)算，可收益257元/m3?？苫厥?1%的鹽酸量為1000㎏，每噸鹽酸按60元計(jì)算，可回收60元。需要耗電量為60KWh，每度電按0.75元計(jì)算，需要45元。消耗天然氣量為40m3，目前天然氣價(jià)格為2.8～3.2元/m3，按元3.2/m3計(jì)算，則需要128元。
處理消耗能源成本為45+128=173元，回收產(chǎn)品的價(jià)值在60+257=317元?？僧a(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益144元。
從上面的示例來看，采用閉路循環(huán)工藝處理酸洗廢液具有較好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
五、設(shè)備占地面積
設(shè)備主要采用立式塔體，充分利用空間，占地面積很小。按每小時(shí)生產(chǎn)1噸氧化鐵紅設(shè)計(jì)，占地面積在300平方米左右。
六、結(jié)論
本技術(shù)從根本實(shí)現(xiàn)了鋼鐵酸洗生產(chǎn)的酸洗液閉路循環(huán)工藝，是完全的綠色工藝，能量利用率高，生產(chǎn)成本低，工藝過程無污染。
(1)技術(shù)*、工藝簡(jiǎn)潔、設(shè)備布置緊湊、層次排布合理、能量階梯利用,系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、設(shè)備維護(hù)量小,操作方便、控制靈活、采用了*的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)。
(2)鹽酸全閉路循環(huán),大大降低了冷軋廠酸洗成本。
(3)該工藝生產(chǎn)的Fe2O3粉被世界磁材行業(yè)公認(rèn)為磁材原料,其物理性能與化學(xué)成分相當(dāng)穩(wěn)定。是優(yōu)質(zhì)高檔永磁原料,其市價(jià)在3000元/t以上,經(jīng)濟(jì)效益可觀。
(4)本裝置處理Fe2+的質(zhì)量濃度為120g/L，耗天然氣量為42Nm3/(m3酸洗液),目前國(guó)內(nèi)引進(jìn)的奧地利 ANDRITZ公司的Ruthner噴霧焙燒廢鹽酸再生設(shè)備，耗天然氣量為85Nm3/(m3酸洗液),特殊的熱能利用方式,體現(xiàn)了熱能綜合利用的理念,對(duì)節(jié)能降耗具有推動(dòng)意義。
(5) 機(jī)組處理酸洗線產(chǎn)生的廢酸 , 解決了因廢酸排放而造成的環(huán)境污染。系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)沒有廢液產(chǎn)生。尾氣中 Cl 2 、 HCl 等有害氣體和 Fe 2 O 3 粉塵的排放按歐洲標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì) , 均高于國(guó)家冶金環(huán)保一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。整套機(jī)組對(duì)環(huán)境的污染較低 , 環(huán)保效益顯著。
酸洗液制鹽酸副產(chǎn)氧化鐵紅成本核算
酸洗液中鐵離子含量Fe2+濃度達(dá)110～130mg/L時(shí)，氯化亞鐵含量為20.78～24.56%之間，取Fe2+濃度120mg/L時(shí)氯化亞含量為22.67%
產(chǎn)量：2噸/h氧化鐵計(jì)
處理酸水量：1587.5/(1000*0.2267)=7.00m3/h
鹽酸量：912.5/(1000*0.3)=3.04T/h
耗天然氣量：45m3/(m3酸水)
耗電量：48kwh/(m3酸水)
人工：2*3*150=900元/天 900/(7*24)=5.35元/T
包裝費(fèi)：25*1=25元/T
天然氣：97.44m3/T=292.32元/T
電費(fèi)：30+1.1*2+3+3=38.2 kw=19.1 kw/T= 15.28元/T
人工：4*3*150=1800元/天=37.5元/T
包裝費(fèi)：25*1=25元/T
總成本：292.32+15.28+37.5+25=370.1元/T
利潤(rùn)：550-370.1=179.9元/T= 2590560元/年
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