自动酸洗系统在铜酸洗中的应用

2013-05-08许平娟

机电产品开发与创新 2013年6期

胡燊，陈浩，许平娟

（1.中国瑞林工程技术有限公司，江西南昌 330031；2.合肥水泥设计院，安徽合肥 230051）

0 引言

随着经济的发展，铜材越来越广泛的被应用在航空、工业、农业和轻工业生产中，大型铜材管件的需求也随之增多。在铜材的初加工中，除去表面的氧化层是不可缺少的一个工艺环节。铜线、棒、管和带材等在大气环境中经高温退火处理后，其表面产生的氧化层妨碍进一步的加工和使用，因此必须有效地将其去除，才可以进入下一道加工工序。去除金属表面氧化物的方法主要有化学法、机械磨削法和电化学法。其中化学法由于其效率高、效果好而得到广泛的应用。目前，铜材粗加工中化学法存在以下几个问题：①酸洗过程中会产生大量的酸雾，它不但污染车间环境，损害设备的加工精度和使用寿命，而且危害人体健康；②酸与金属氧化物接触不充分或反应后生成的氧化物沉淀在材料表面，从而影响材料的质量；③材料在酸洗槽酸洗时，内部的温度要保持一定的范围，而普通的加热方法只能通过检测装置来实现，客观因素比较多；④用完的酸水没有被充分利用和处理就排放到污水厂，造成部分资源的浪费，增加了污水厂处理的负荷。铜酸洗行业由于产量小、投资少，所以自动化程度非常低。加酸和配酸都是操作人员根据经验进行添加，人为因素非常大，经常会出现过酸洗（麻点）和欠酸洗的现象（黄斑）[1～4]。

1 铜酸洗控制系统

1.1 系统的组成

该酸洗系统有五个子系统组成，即稀释系统、酸洗系统、酸雾收集系统、搅拌系统和废水回收系统，如图1所示。

图1 酸洗系统工艺流程Fig.1 The process of pickling system

稀释系统主要由稀释罐、自动加热装置和浓硫酸注入管组成；稀释前，水被注入罐体，当水达到一定的高度时，浓硫酸通过注入管，注入到稀释罐内，为了得到均匀的稀酸，浓硫酸被引导到罐体的中心（即稀释水的中心），这样稀释时将产生剧烈的反应，它可以起到搅拌的作用，稀释罐外的一个加热装置，此装置可以通过自动温度控制使稀释的酸加热到一定的温度。

酸洗系统由酸洗槽、自动开关门体防酸雾系统、提升系统和自动加热装置组成；酸洗前，物料通过提升系统放入酸洗槽中。对于棒材，槽底部有支撑结构，当物料被放到槽体内时，它会自动散开；注入酸液前，门体系统自动关闭，从而保证酸雾不会挥发出来，影响车间的环境；稀酸由底部注入酸洗槽，酸洗槽上有一个溢流口，以保证酸液在槽体的一定高度，进酸口在槽体底部的另一个优点是新注入的酸液不会直接通过溢流口被排除。被溢流出的硫酸将通过管道，重新被收集到罐中，再注入至酸洗槽中。

酸雾收集系统包括吸、吹风机、酸雾收集凝固罐、泵；吸风机和吹风机分别对称的布置在酸洗槽的两侧。当酸洗槽的门体自动关闭时，风机连锁被打开，酸洗槽内部形成一定流向的风路，酸雾自动的被收集到凝固罐中，当酸雾冷却为酸水后，泵将它抽到稀释槽中。

搅拌系统：对于比较短的材料，酸洗时采用主动搅拌方式，即酸洗槽内有一个提升装置，材料被固定的放入这个装置内，随提升装置一起升降搅拌；对于比较长大件材料，主要采用间接搅拌方式，即酸洗槽内安装有一个液体搅拌器，使得液体不停的来回摆动。这样酸洗时可以冲掉材料表面的沉淀、杂质和氧化物。

废水回收系统：酸洗后的酸液中含有一定的铜离子和硫酸铜颗粒，为了二次再回收利用，酸液被排放到一个沉淀池中，加入一定的药剂，进行沉淀，沉淀后的废水进行环保处理后被排入污水处理厂，而池内的沉淀物被收集起来，作为冶炼材料被运往冶炼车间。

1.2 控制原理

工作时，首先向稀释罐注入一定量的水，当达到要求的液位时，水阀自动关闭，同时打开浓硫酸阀，浓硫酸注入稀释罐的中部，由于浓酸遇到水会产生剧烈的反应，罐内液体运动剧烈，这样可以起搅拌作用，当硫酸稀释完毕后，温度加热器的阀门打开，稀硫酸通过换热器开始被加热，当达到规定的温度后，加热器阀门自动关闭，酸洗槽进酸口的泵开启，将稀释后的稀酸源源不断的抽到酸洗槽中。

在酸洗槽注入稀酸前，将所要酸洗的材料放入酸洗槽中，并关闭酸洗槽体中的门体。酸洗液从酸洗槽的槽底被注入，当液体到达一定的高度时，吸、吹风机打开，酸洗槽体内部的酸雾随着风向被收集到冷凝槽中进行液化，液化后的酸通过泵重新注入到稀释罐中。当稀酸的水位高于溢流口时，液体从溢流口中流出，流出的液体通过泵再次注入到酸洗槽中或是其它的酸洗槽中。当溢流的酸液不再需要时，可以控制阀门使多余的酸液直接排放到沉淀池中。为了保证内部酸液的温度，加热器与稀释罐相连的管道被关闭，而与酸洗槽相连的管道被打开，给酸洗槽中的稀酸加热并到一定的温度。酸洗时，为了提高酸洗的效率，需开启槽内的液体搅拌器，酸液在槽内不停的波动，沉淀在材料表面的杂质被冲刷下来。

当酸洗完成后，酸洗槽的废酸出口被打开，酸洗液流到沉淀池中，当槽体的酸洗液全部排空时，酸洗槽的门体开启，酸洗材料被自动的运出酸洗槽。

酸液流到沉淀池后，往沉淀池内加入药剂，使液体中的铜离子生成沉淀。随后中和处理后的废水流到排污厂。收集沉淀池内的沉淀物，运往冶炼厂。

2 系统的优点

目前，铜酸洗的配酸方法主要采用人工配酸，将浓酸和水直接注入到酸洗槽内，酸液的浓度无法控制，酸洗质量无法得到保证，酸洗时容易出现过酸洗和欠酸洗现象。本酸洗系统改变了以往配酸的方式，采用了自动的配酸方法，在稀释罐中由控制检测装置将浓酸稀释到所需的浓度后注入到酸洗槽内，这样可以提高酸洗的质量；材料在酸洗时容易产生大量的酸雾，弥漫在整个生产车间里。人长期吸入酸雾会损害呼吸道，影响身体健康，厂房内的设备和钢结构遇到酸雾时将产生慢性腐蚀，长期的慢性腐蚀会提高设备的维护费用、缩短设备的使用寿命，对于钢结构的厂房，也会因为慢性腐蚀而带来安全危险。酸雾收集系统可以很好的收集酸洗时产生的酸雾；酸洗槽体上装有一个带自动开关的平拉式结构的门体，它可以起到密封作用，并且降低酸洗液热量的挥发，由于酸雾含酸的浓度比较高，酸雾量比较小，降低了设备的能耗。酸洗的废水含有大量的有效物质，然而目前的酸液处理的方法是直接当废水处理，这样浪费了一定的资源，回收系统可以很好的解决这个问题，它可以变废为宝，提取酸洗液中有效的成分进行重新冶炼；搅拌系统可以使酸洗槽内产生一定的稳流，流动的液体可以把物料表面的杂质和沉淀物冲刷下来，提高酸洗的质量。