银电解液净化系统的安全改造

王光忠,刘 超,陈海军

(1.中南大学,湖南长沙 410083;2.河南豫光金铅集团,河南济源 454650)

银电解液净化系统的安全改造

王光忠1,2,刘 超2,陈海军2

(1.中南大学,湖南长沙 410083;2.河南豫光金铅集团,河南济源 454650)

大规模生产1#电解银的企业几乎全部采用热分解的工艺方法净化电解液,除去其中的铜、铅、铋等杂质,在热分解过程会生成大量AgNO3等硝酸盐结晶体,在一定条件下会发生爆炸事故,破坏力很大,是一大安全隐患,文章从生产实践出发,分析了爆炸事故形成的原因,通过设备改造,彻底根治了安全隐患。

银电解;硝酸银;爆炸;安全;

银电解液净化效率的高低,不仅直接影响电银粉质量,也关系到电银粉的加工成本,因此白银生产厂家都在不断探索高效率的银电解液净化技术。目前,企业较常采用的净化技术主要有以下几种:(1)食盐沉淀法。将杂质含量高的电解液抽出,加饱和的食盐水沉淀回收银,沉淀后液回收铜、铋。该技术成本高,银的回收提纯复杂,只有少数小型企业使用;(2)氨水中和法。用氨水调节pH值除去其中锑、铋、铜等杂质,然后加硫酸沉铅,净化后的电解液循环使用,该技术除杂速度快、成本低,但过程复杂、流程冗长,且在氨水中和的过程中,若条件控制不当,易产生叠氮酸根,叠氮酸根在酸性环境中不稳定,易发生爆炸,存在安全隐患,只有少数企业采用;(3)液碱中和法。在电解液中加入液碱,使硝酸银转换成氧化银,然后用过滤洗涤的氧化银,去中和需要净化的废电解液,控制pH值除去Sb、Bi杂质,该技术除杂速度快、成本很低,是银电解液净化的一个发展方向,但目前还处于研究阶段;(4)热分解法。控制电解液温度,使Cu(NO3)2分解成CuO,然后水浸过滤 ,滤液调pH值后返回电解系统循环使用,该技术成熟,成本相对较低,是目前电解液净化的主要技术手段,但生产实践中,因溢锅或抛洒,造成电解液中的硝酸盐结晶物,进入净化平台等设施的卫生死角。硝酸银结晶物在有限空间受到高温或撞击,容易发生爆炸,破坏力巨大,安全事故较多。

1 生产现状和爆炸原因分析

1.1 生产现状

2004年～2010年河南豫光金铅集团经历了跨越式发展,主导产品电铅产量由原来15万t扩大到36万t,相应的铅阳极泥产量也由3 000 t提高到6 500 t,尽管在此期间贵金属冶炼部分,进行了相应的扩改,但是随着废电解液处理量的日益增大,小规模生产不易暴露的问题也随之暴露,高强度的连续生产,使设备维修保养工作质量下降,爆炸事故逐渐增多,逐渐危害到职工的安全健康,安全问题日益突出。

1.2 生产设备及其配置介绍

目前,净化系统配置了三台热分解净化釜、一台浸出釜、两座净化塔及相应的辅助设施,其设备明细列于表1。

表1 净化系统主要生产设备

净化釜平台改造前平面布置图如图1所示,净化釜锅台结构主视图如图2所示,净化釜锅台结构俯视图如图3所示。

图1 净化釜平台改造前平面布置图

图2 净化釜锅台结构主视图

图3 净化釜锅台结构俯视图

由图1～图3可知,净化液集结点主要有三:(1)锅台与钢平台连接处的夹缝中;(2)净化釜和锅台之间的夹缝中;(3)净化釜下方的地面上。

1.3 热分解净化原理概述

将含有较高杂质的电解液,置于不锈钢蒸发釜中加热蒸干,在蒸发的过程中AgNO3、Pb(NO3)2、Sb(NO3)3、Bi(NO3)3、Cu(NO3)2逐渐结晶为硝酸盐晶体,当温度升高到200～250℃时,Cu(NO3)2开始分解成CuO,而其它的银盐、铅盐、铋盐等不分解,待Cu(NO3)2分解完全后,趁热往蒸发釜内加入纯水,控制pH值,搅拌浸出,这个过程中,没有分解的锑盐、铋盐水解生成沉淀,与不溶的CuO一起留于渣中分离,而银、铅又离解成离子进入浸出液中,浸出液加入欠量的化学纯硫酸进行沉铅,过滤后得到净化液。然后加软化水和硝酸调整净化液的酸度和银离子浓度后,返电解系统使用。

过程反应方程式如下:

在蒸发浓缩的过程中,有大量硝酸盐结晶物的生成,而硝酸盐是易爆炸物质,在受到撞击等条件下,很容易发生爆炸,是生产过程中的一大安全隐患。

1.4 历次爆炸事故回顾

1.2007年5月5日8:50左右,杨某拆除净化锅围砖时,操作工不小心,炮条冲击了带有硝酸银结晶体的炉膛砖,引发爆炸,碎屑击伤眼睛。

2.2008年11月6日15:30左右,卢某点火约3 min后,3#和4#净化锅之间钢板下发生爆炸,钢板被炸裂,撬起50 cm左右,钢板严重变形,所幸无人员伤亡。

3.2009年2月23日,维修切割净化锅旁的烟囱,焊渣落到净化锅锅台上,导致2#、3#锅之间发生强烈爆炸事故,锅台间钢板被炸飞。

4.2009年5月26日13:00左右,许某等切割净化锅台附近的钢板,1#、2#锅之间钢板发生爆炸, 5 mm厚的不锈钢板炸起,炸起的不锈钢板打到净化釜盖上,将净化釜盖打出60 cm远,踩在净化釜盖上刷漆的操作工孟某,失去平衡跌落到净化釜中,腰部擦到净化釜壁上,造成轻伤。

1.5 爆炸原因分析

净化系统频繁发生爆炸,说明目前的净化设备及操作方法等软硬件设施存在漏洞,要杜绝安全隐患的发生,必须根除发生爆炸的原因,为此,针对历次净化釜爆炸事故分析,汇总整理后如下:

1.因炉膛内阀门泄露或燃气燃烧不完全,导致炉膛内的混合气体达到爆炸极限,点火时发生爆炸,爆炸的冲击波撞击炉膛,引起钢平台或炉膛夹缝中的硝酸盐结晶物发生爆炸。

2.锅台和锅台上方的钢平台之间,硝酸银结晶物多,净化结束停火后,钢板冷却速度快,锅台冷却速度慢,钢板和锅台之间的缝隙变小,挤压硝酸银结晶物,发生爆炸。硝酸银结晶物产生的原因如下: (1)蒸发过程中火焰控制不当,电解液升温过快,发生溢锅现象或管道老化如连接处漏液等,电解液滴落到锅台和钢平台之间的夹缝中,并逐渐积累;(2)在浸出过程中,浸入净化液的塑料软管粘附较多的净化液,在来回搬运的过程中,抛洒到钢平台之上,或浸出压滤时压滤机漏液,净化液抛洒造成锅台与钢平台之间硝酸盐结晶物积累;(3)钢板在强酸性条件下腐蚀现象严重,导致锅台和平台之间缝隙变大,电解液渗漏到钢板下部;(4)在蒸发分解的过程中,炉膛内温度过高,净化釜内受热不均,导致锅底温度过高,容易造成溢锅现象,净化液进入炉膛。

3.在检修和拆装的过程中,由于操作不慎,发生撞击或焊渣、切割渣跌落到结晶体上,引起爆炸。

2 设备改造

针对以上爆炸事故发生的原因,在生产实践中单位采取了四项改造措施:

2.1 通风、通气防燃气爆炸

净化锅炉膛上增加鼓风机,在点火、烧终点、维修等情况下,对炉膛进行预吹扫。一方面,冲击稀释炉膛内燃气浓度,破坏其爆炸的临界条件,防止点火时发生爆燃,另一方面,对炉膛吹风降温,避免净化烧终点时升温过快发生溢锅现象。

2.2 钢平台全密封阻止硝酸盐结晶物进入炉膛,增大锅台和钢平台间距

分析调查发现:硝酸盐结晶物积累在钢板和锅台之间狭小的空间里,出现热胀冷缩时容易发生爆炸。因此,杜绝净化系统爆炸事故的发生,必须从以下三个方面入手。进行设备改造,净化釜平台改造后示意图如图4～图6所示。

1.清除原有的硝酸盐结晶物。将现有锅台上方的钢板全部拆除,换上材质为5 mm厚不锈钢板,彻底清理锅台与钢板之间的硝酸盐结晶物,并更换两层锅台砖,然后用高温水泥造面。

图4 净化釜平台改造后平面布置图

图5 净化釜结构主视图

图6 净化釜结构俯视图

2.阻止新硝酸盐结晶物的形成。首先,在净化锅上沿周围增加收集槽,当出现溢锅现象时,可将净化液收集到收集槽内,避免流到钢平台上,进而流到炉膛内,形成爆炸隐患。另外,在收集槽旁设置积液槽,出现溢锅现象时,方便清理收集槽内的电解液。其次,在钢平台周边及钢平台和锅台结合处焊补100 mm高的防溢墙,并且在钢平台的一角开设溢流口,在出现净化液大量溢出时,净化液可通过溢流口进入地坑内,防止了净化液渗入锅台和钢平台之间,造成硝酸银结晶物的积累,另外,改造后的钢平台表面保持钢平台,可用洗水直接冲洗,更加卫生干净。

3.增大锅台与钢板之间的距离,使锅台和钢平台之间呈开放的空间。将钢平台用200 mm高的槽钢架起,使锅台和钢平台之间通风良好,同时,在槽钢上开通风口,便于清理、冲洗、通风。

2.3 增加搅拌装置确保受热均匀,减少溢锅现象

对每台净化锅增加1台功率为7.5kW的型号为YB2-132M-4的减速机,在净化蒸发的过程中边搅拌边加热,确保净化釜内熔体受热均匀,提高蒸发效率。

2.4 大棚防护焊渣跌落、漏液

在净化锅和燃烧器上方增加防护棚,使燃烧器和净化平台全部被遮盖,防止在燃烧器和净化平台上方维修时,焊渣溅落到钢平台上爆炸。另外,防护棚本身具有遮阳避雨的作用,可防止因燃烧器安全装置失效、失控,引起燃气泄露事故。

3 改造后效果对比

净化系统改造之后效果明显,其前后对比结果列于表2。

表2 净化系统改造前后效果对比

净化系统改造后效果图如图7～图8所示。

4 结 论

实践证明净化系统安全改造后效果明显,与原系统相比,具有以下优点:

图7 净化釜平台改造实物图

图8 净化釜平台改造实物图

1.杜绝了爆炸事故的发生。

2.改造简单,成本较低。

3.积液槽和密封平台的设计,既改善了操作环境,有利于职工的身心健康,又防止了硝酸银的损失,提高了银的直收率。

综上所述,该净化系统安全改造切实可行,对运用热分解技术进行电解液净化的企业,具有很大的借鉴意义和推广价值。

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The Security Reform of the Silver Electrolyte Purification System

WANGGuang-zhong1,2,LIU Chao2,CHEN Hai-jun2
(1.Central South University,Changsha410083,China;2.Henan Yuguang Gold&Lead Group,Jiyuan454650,China)

Mass production of silver 1#electrolysis enterprises almost all used the thermal decomposition process in electrolyte purification to remove the impurities such as copper,lead and bismuth.But in the decomposition process,it produced AgNO3crystal which occurred explosion accident under certain conditions.It was a safe hidden trouble for its huge destructive power.Bassed on the production practice,the paper analyzed the reasons of the formation of explosion accidents,and through equipmentmodification,it eradicated the hidden trouble thoroughly.

silver electrolysis;nitric acid silver;explosions;safety

TF803.27

A

1003-5540(2010)06-0047-05

王光忠(1971-),男,高级工程师,主要从事贵金属和纳米氧化锌的生产和管理工作。

2010-09-12