金属冶炼的气回收净化过程中产生问题与治理

王心量

（山信软件股份有限公司莱芜自动化分公司，山东 济南 271104）

在过去工业生产中，受限于生产设备、应用技术，以及人们思想水平不到位，导致在金属冶炼产生气体会不经处理，直接排放至自然环境中，造成严重环境污染。但是科学技术快速发展的当下，社会也开始关注工业生产是否健康，推动工业开始重视金属冶炼产生气体的回收与净化工作。但是，在实践中遇到各种影响设备正常使用问题，则成为金属冶炼面临的新问题，有必要对其详细剖析，进而推动工业健康发展。

1 实际案例

某冶炼厂在2016年拥有专门负责净化冶炼气体的回收车间，将其称为一号系统，其理论处理冶炼气体能力为每小时立方米。在2016年前后开始扩大产能，所以在增设冶炼炉的同时，也建设冶炼气体回收车间，将其成为二号系统，理论处理冶炼气体能力为每小时立方米。在二号系统投入运行的前两年，负责回收净化的冶炼气体一号与二号系统均保持正常运行状态。而在投入运行第三年2月初，该冶炼厂进一步扩大产能，提高燃料需求，所有冶炼炉均进入强化生产过程，并让一号、二号系统保持超负荷运行，导致两个系统均出现不同程度问题，其中，二号系统情况最为严重，冶炼气体在输送阶段存在阻力强，无法保证设备正常运行，严重影响冶金生产。

2 金属冶炼的气回收净化现状

将两个系统当前运行问题充分调查，并整理为如下内容：冶炼气体出现运输阻力增加。在系统使用时，因金属冶炼产生气体的流量过大，导致系统原设计能力无法有效处理问题，进而导致系统运行阻力提升增加过快，具体表现则是负责吸收冶炼气体的鼓风机动力下滑，难以保证冶炼气体正常输送，从而对冶炼炉的集气管会造成额外压力，冶炼气体输送出现问题；饱和器无法保证正常运行。二号系统的硫铵处理工序使用喷淋饱和器，对氨完成回收，而两台饱和器设计为运行与备用。在冶炼炉产生冶炼气体，通过鼓风机对气体加压后，气体在硫铵饱和器做工艺处理。而冶炼气体会在吸收室内，通过母液循环泵，将其含有氨充分被母液硫酸吸收干净，并将完成脱氨操作的冶炼气体，送入脱苯设备进一步脱苯，然后将净化气体送入工业生产其他环节[1]。在二号系统正式投入生产后，生产指标均在设计标准内，而硫铵质量也符合一级品合格标准。但是在2019年后，因为该冶炼厂扩大生产，造成冶炼气体真实流量要远超过二号系统设计最大能力，冶炼气体出现流速过高，在净化处理阶段也会夹带过多母液，造成硫铵在回收净化阶段无法做到完全处理。而母液pH上升，大量氨元素伴随冶炼气体流动产生损耗，也让后续生产工艺，以及气体运输管道、生产设备等造成影响。明显无法继续维持高效生产的饱和器，所有生产指标均出现下滑，导致硫酸铵制品颜色变深，如图1所示；而以饱和器为代表诸多设备也产生腐蚀现象，部分设备甚至出现泄漏问题，如图2所示。

图1 颜色变深的硫酸铵制品

图2 饱和器被腐蚀

3 问题分析与应对方法

3.1 工艺方面

在出现问题后，该冶炼厂对于冶炼气体的输送环节彻底检查，并采用分段方式逐一排查管路到设备相关。最后由技术人员发现，在对冶炼气体初冷操作，净化焦油以及脱苯等工序并无过多问题，而系统产生严重阻力问题，则是处在硫铵操作工序。

负责回收冶炼气体二号系统，其饱和器规格是DN4200/3000，总高为10.15m。在冶炼厂扩大产能后，产生大量冶炼气体，让每日处理流量剧增，但是饱和器在面对过量冶炼气体时则变现为处理能力不足。针对这种问题，技术人员提出对于硫铵操作工段的饱和器进行全方位改进，包括加酸步骤、气体循环吸收，以及对物质结晶泵等，并让以前饱和器采用运行与备用，更改成并联运行，让两台饱和器全部投入工作中，提高饱和器对冶炼气体的处理能力[2]。

3.2 设备方面

3.2.1 设备腐蚀

因为该冶金厂管道多为316L不锈钢，可是其却极易被硫铵母液影响，发生电化学腐蚀现象。因为母液内含H+，是存在电子受体存在，SO42-与Cl-则是作为去除阳离子的极化剂使用。一旦负责保护不锈钢不受外界因素影响的钝化膜被人为或化学药剂破坏，在其表面极易出现腐蚀缺口，进而被母液腐蚀。同时，在母液对金属腐蚀时，会产生放热现象，进而加快腐蚀速度，扩大不锈钢表面腐蚀影响。而饱和器则是作为连续加酸存在，在提高加酸流量时，极易出现局部管道与设备酸度偏高，造成温度上升，让原本轻微腐蚀现象加快。

结晶泵的进出口位置、满流槽、阀门等重要设备出现腐蚀。因为母液内含部分硫酸铵结晶，细小颗粒会不断冲刷、撞击不锈钢在表面覆盖的钝化膜，进而造成破坏，产生腐蚀现象[3]。同时，系统频繁加酸，同样会让局部设备的温度与酸度提升，加快电化学腐蚀影响。

不锈钢材料在焊接时，如果对焊缝处理不当，极易造成周边母材内铬元素，和焊缝中留存的碳元素相互反应，产生碳化铬结晶，进而造成不锈钢材料耐腐蚀性下降。在硫铵设备的管道，产生大范围焊缝腐蚀，其原因即为焊缝位置缺少足够铬元素导致。

3.2.2 解决措施

对设备产生诸多问题充分分析后，该冶炼厂使用如下措施解决问题。

对补焊方式进行更改。在设备与管道的焊缝位置产生腐蚀，其原因是硫铵母液内含有机物，造成腐蚀问题。如果在已有腐蚀位置采用加焊补漏方式，会进一步提升使贫铬问题，让腐蚀速度加快。所以，针对以往仅在焊缝腐蚀位置补焊作业方式彻底改变。在对补焊位置首先做充分清洗处理，从而降低其表面的有机物残存量；选择母材相同焊接材料，在泄漏部位使用外部包焊方式处理，从而降低焊缝和母液产生直接接触可能性，进而降低硫铵晶体不断冲刷不锈钢的钝化膜问题。

使用新型材料。在科技快速发展的当下，聚乙烯材料因为其拥有较强耐腐蚀能力，在耐磨性方面也表现良好，得到工业生产广泛认可。所以，经技术人员选择后，现针对其拥有最恶劣作业环境的结晶泵出口位置，将其316L管道材料更换，选择高密度聚乙烯（HDPE）管道。因为HDPE管道在正式投入使用后，并不 会发生电化学腐蚀现象，而且其耐磨性能相较于钢管要高出3倍以上。

提升工艺参数控制力度。在大量向系统加酸时，要确保以满流槽为代表的诸多设备，其局部温度要控制在60摄氏度以内，而在平常生产作业时，也要保证母液温度可以控制在55摄氏度以内，从而降低因温度快速提升，加快母液腐蚀设备与阀门负面影响[4]，进而提升设备使用寿命。

4 金属冶炼的气回收净化过程中产生问题的治理

4.1 改善指标

在将双饱和器同时运行新型生产模式投入使用后，让饱和器在硫铵处理中获得良好运行指标改善效果。饱和器在生产中实际阻力从原本3.5千帕下降至2至2.5千帕，让鼓风机处理冶炼气体时，感受到明显的压力下降，而冶炼气体在进入初冷器设备之前吸力也从以往2至2.5千帕提升到3.0至3.5千帕，冶炼炉的集气管位置压力回归正常状态，从而有效降低在冶炼炉运行时出现气体放散问题。并彻底解决冶炼气体在经过饱和器无法保持正常流速，避免除酸器出现无法有效捕集冶炼气体问题，控制冶炼气体夹带量，而母液滴被冶炼气体携带进入下一道工序，产生损失问题也得到有效解决，酸耗逐渐恢复正常状态。硫铵回收效率显著提升，经过饱和器，冶炼气体内氨浓度达到设计标准的每立方米0.02至0.03克，而硫酸消耗则被控制在每吨消耗0.70至0.75吨。

4.2 无腐蚀泄漏

在改进的硫铵饱和器持续运行十二个月后，对于焊接部位展开详细检查，并没有检查出管道或设备腐蚀，而饱和器自身泄漏问题也没有再次出现，对于冶炼气体的净化系统安全运行提供有利条件，对于该冶炼厂未来发展具有重要价值。

4.3 管道正常应用

针对硫铵操作发生严重管道腐蚀问题，该冶炼厂积极采用新型材料，替换原本管道，获得显著效果，在2020年生产中并没有发生HDPE管道泄漏问题。而预计将当前冶炼厂正投入使用316L管道，分批更换成HDPE管道的方法也得到冶炼厂管理层的一致认可，未来将会从源头上彻底解决管道泄漏问题，保证冶炼气体可以得到高效回收，并提升净化质量。

5 结论

本文以金属冶炼为对象，关注其产生气体的有效回收净化，并对影响工业健康成长各类问题详细剖析，并提出相应治理对策。虽然可以作为参考内容使用，但还是建议企业在实际应用时可以从自身发展情况入手，选择合适方法解决实际问题。坚决杜绝将本文内容直接照搬套用，不以实际情况为主，盲目偏信理论知识，造成其他问题，影响工业正常生产。