銀電解液凈化系統的安全改造

王光忠,劉 超,陳海軍

(1.中南大學,湖南長沙 410083;2.河南豫光金鉛集團,河南濟源 454650)

銀電解液凈化系統的安全改造

王光忠1,2,劉 超2,陳海軍2

(1.中南大學,湖南長沙 410083;2.河南豫光金鉛集團,河南濟源 454650)

大規模生產1#電解銀的企業幾乎全部采用熱分解的工藝方法凈化電解液,除去其中的銅、鉛、鉍等雜質,在熱分解過程會生成大量AgNO3等硝酸鹽結晶體,在一定條件下會發生爆炸事故,破壞力很大,是一大安全隱患,文章從生產實踐出發,分析了爆炸事故形成的原因,通過設備改造,徹底根治了安全隱患。

銀電解;硝酸銀;爆炸;安全;

銀電解液凈化效率的高低,不僅直接影響電銀粉質量,也關系到電銀粉的加工成本,因此白銀生產廠家都在不斷探索高效率的銀電解液凈化技術。目前,企業較常采用的凈化技術主要有以下幾種:(1)食鹽沉淀法。將雜質含量高的電解液抽出,加飽和的食鹽水沉淀回收銀,沉淀后液回收銅、鉍。該技術成本高,銀的回收提純復雜,只有少數小型企業使用;(2)氨水中和法。用氨水調節pH值除去其中銻、鉍、銅等雜質,然后加硫酸沉鉛,凈化后的電解液循環使用,該技術除雜速度快、成本低,但過程復雜、流程冗長,且在氨水中和的過程中,若條件控制不當,易產生疊氮酸根,疊氮酸根在酸性環境中不穩定,易發生爆炸,存在安全隱患,只有少數企業采用;(3)液堿中和法。在電解液中加入液堿,使硝酸銀轉換成氧化銀,然后用過濾洗滌的氧化銀,去中和需要凈化的廢電解液,控制pH值除去Sb、Bi雜質,該技術除雜速度快、成本很低,是銀電解液凈化的一個發展方向,但目前還處于研究階段;(4)熱分解法。控制電解液溫度,使Cu(NO3)2分解成CuO,然后水浸過濾 ,濾液調pH值后返回電解系統循環使用,該技術成熟,成本相對較低,是目前電解液凈化的主要技術手段,但生產實踐中,因溢鍋或拋灑,造成電解液中的硝酸鹽結晶物,進入凈化平臺等設施的衛生死角。硝酸銀結晶物在有限空間受到高溫或撞擊,容易發生爆炸,破壞力巨大,安全事故較多。

1 生產現狀和爆炸原因分析

1.1 生產現狀

2004年～2010年河南豫光金鉛集團經歷了跨越式發展,主導產品電鉛產量由原來15萬t擴大到36萬t,相應的鉛陽極泥產量也由3 000 t提高到6 500 t,盡管在此期間貴金屬冶煉部分,進行了相應的擴改,但是隨著廢電解液處理量的日益增大,小規模生產不易暴露的問題也隨之暴露,高強度的連續生產,使設備維修保養工作質量下降,爆炸事故逐漸增多,逐漸危害到職工的安全健康,安全問題日益突出。

1.2 生產設備及其配置介紹

目前,凈化系統配置了三臺熱分解凈化釜、一臺浸出釜、兩座凈化塔及相應的輔助設施,其設備明細列于表1。

表1 凈化系統主要生產設備

凈化釜平臺改造前平面布置圖如圖1所示,凈化釜鍋臺結構主視圖如圖2所示,凈化釜鍋臺結構俯視圖如圖3所示。

圖1 凈化釜平臺改造前平面布置圖

圖2 凈化釜鍋臺結構主視圖

圖3 凈化釜鍋臺結構俯視圖

由圖1～圖3可知,凈化液集結點主要有三:(1)鍋臺與鋼平臺連接處的夾縫中;(2)凈化釜和鍋臺之間的夾縫中;(3)凈化釜下方的地面上。

1.3 熱分解凈化原理概述

將含有較高雜質的電解液,置于不銹鋼蒸發釜中加熱蒸干,在蒸發的過程中AgNO3、Pb(NO3)2、Sb(NO3)3、Bi(NO3)3、Cu(NO3)2逐漸結晶為硝酸鹽晶體,當溫度升高到200～250℃時,Cu(NO3)2開始分解成CuO,而其它的銀鹽、鉛鹽、鉍鹽等不分解,待Cu(NO3)2分解完全后,趁熱往蒸發釜內加入純水,控制pH值,攪拌浸出,這個過程中,沒有分解的銻鹽、鉍鹽水解生成沉淀,與不溶的CuO一起留于渣中分離,而銀、鉛又離解成離子進入浸出液中,浸出液加入欠量的化學純硫酸進行沉鉛,過濾后得到凈化液。然后加軟化水和硝酸調整凈化液的酸度和銀離子濃度后,返電解系統使用。

過程反應方程式如下:

在蒸發濃縮的過程中,有大量硝酸鹽結晶物的生成,而硝酸鹽是易爆炸物質,在受到撞擊等條件下,很容易發生爆炸,是生產過程中的一大安全隱患。

1.4 歷次爆炸事故回顧

1.2007年5月5日8:50左右,楊某拆除凈化鍋圍磚時,操作工不小心,炮條沖擊了帶有硝酸銀結晶體的爐膛磚,引發爆炸,碎屑擊傷眼睛。

2.2008年11月6日15:30左右,盧某點火約3 min后,3#和4#凈化鍋之間鋼板下發生爆炸,鋼板被炸裂,撬起50 cm左右,鋼板嚴重變形,所幸無人員傷亡。

3.2009年2月23日,維修切割凈化鍋旁的煙囪,焊渣落到凈化鍋鍋臺上,導致2#、3#鍋之間發生強烈爆炸事故,鍋臺間鋼板被炸飛。

4.2009年5月26日13:00左右,許某等切割凈化鍋臺附近的鋼板,1#、2#鍋之間鋼板發生爆炸, 5 mm厚的不銹鋼板炸起,炸起的不銹鋼板打到凈化釜蓋上,將凈化釜蓋打出60 cm遠,踩在凈化釜蓋上刷漆的操作工孟某,失去平衡跌落到凈化釜中,腰部擦到凈化釜壁上,造成輕傷。

1.5 爆炸原因分析

凈化系統頻繁發生爆炸,說明目前的凈化設備及操作方法等軟硬件設施存在漏洞,要杜絕安全隱患的發生,必須根除發生爆炸的原因,為此,針對歷次凈化釜爆炸事故分析,匯總整理后如下:

1.因爐膛內閥門泄露或燃氣燃燒不完全,導致爐膛內的混合氣體達到爆炸極限,點火時發生爆炸,爆炸的沖擊波撞擊爐膛,引起鋼平臺或爐膛夾縫中的硝酸鹽結晶物發生爆炸。

2.鍋臺和鍋臺上方的鋼平臺之間,硝酸銀結晶物多,凈化結束停火后,鋼板冷卻速度快,鍋臺冷卻速度慢,鋼板和鍋臺之間的縫隙變小,擠壓硝酸銀結晶物,發生爆炸。硝酸銀結晶物產生的原因如下: (1)蒸發過程中火焰控制不當,電解液升溫過快,發生溢鍋現象或管道老化如連接處漏液等,電解液滴落到鍋臺和鋼平臺之間的夾縫中,并逐漸積累;(2)在浸出過程中,浸入凈化液的塑料軟管粘附較多的凈化液,在來回搬運的過程中,拋灑到鋼平臺之上,或浸出壓濾時壓濾機漏液,凈化液拋灑造成鍋臺與鋼平臺之間硝酸鹽結晶物積累;(3)鋼板在強酸性條件下腐蝕現象嚴重,導致鍋臺和平臺之間縫隙變大,電解液滲漏到鋼板下部;(4)在蒸發分解的過程中,爐膛內溫度過高,凈化釜內受熱不均,導致鍋底溫度過高,容易造成溢鍋現象,凈化液進入爐膛。

3.在檢修和拆裝的過程中,由于操作不慎,發生撞擊或焊渣、切割渣跌落到結晶體上,引起爆炸。

2 設備改造

針對以上爆炸事故發生的原因,在生產實踐中單位采取了四項改造措施:

2.1 通風、通氣防燃氣爆炸

凈化鍋爐膛上增加鼓風機,在點火、燒終點、維修等情況下,對爐膛進行預吹掃。一方面,沖擊稀釋爐膛內燃氣濃度,破壞其爆炸的臨界條件,防止點火時發生爆燃,另一方面,對爐膛吹風降溫,避免凈化燒終點時升溫過快發生溢鍋現象。

2.2 鋼平臺全密封阻止硝酸鹽結晶物進入爐膛,增大鍋臺和鋼平臺間距

分析調查發現:硝酸鹽結晶物積累在鋼板和鍋臺之間狹小的空間里,出現熱脹冷縮時容易發生爆炸。因此,杜絕凈化系統爆炸事故的發生,必須從以下三個方面入手。進行設備改造,凈化釜平臺改造后示意圖如圖4～圖6所示。

1.清除原有的硝酸鹽結晶物。將現有鍋臺上方的鋼板全部拆除,換上材質為5 mm厚不銹鋼板,徹底清理鍋臺與鋼板之間的硝酸鹽結晶物,并更換兩層鍋臺磚,然后用高溫水泥造面。

圖4 凈化釜平臺改造后平面布置圖

圖5 凈化釜結構主視圖

圖6 凈化釜結構俯視圖

2.阻止新硝酸鹽結晶物的形成。首先,在凈化鍋上沿周圍增加收集槽,當出現溢鍋現象時,可將凈化液收集到收集槽內,避免流到鋼平臺上,進而流到爐膛內,形成爆炸隱患。另外,在收集槽旁設置積液槽,出現溢鍋現象時,方便清理收集槽內的電解液。其次,在鋼平臺周邊及鋼平臺和鍋臺結合處焊補100 mm高的防溢墻,并且在鋼平臺的一角開設溢流口,在出現凈化液大量溢出時,凈化液可通過溢流口進入地坑內,防止了凈化液滲入鍋臺和鋼平臺之間,造成硝酸銀結晶物的積累,另外,改造后的鋼平臺表面保持鋼平臺,可用洗水直接沖洗,更加衛生干凈。

3.增大鍋臺與鋼板之間的距離,使鍋臺和鋼平臺之間呈開放的空間。將鋼平臺用200 mm高的槽鋼架起,使鍋臺和鋼平臺之間通風良好,同時,在槽鋼上開通風口,便于清理、沖洗、通風。

2.3 增加攪拌裝置確保受熱均勻,減少溢鍋現象

對每臺凈化鍋增加1臺功率為7.5kW的型號為YB2-132M-4的減速機,在凈化蒸發的過程中邊攪拌邊加熱,確保凈化釜內熔體受熱均勻,提高蒸發效率。

2.4 大棚防護焊渣跌落、漏液

在凈化鍋和燃燒器上方增加防護棚,使燃燒器和凈化平臺全部被遮蓋,防止在燃燒器和凈化平臺上方維修時,焊渣濺落到鋼平臺上爆炸。另外,防護棚本身具有遮陽避雨的作用,可防止因燃燒器安全裝置失效、失控,引起燃氣泄露事故。

3 改造后效果對比

凈化系統改造之后效果明顯,其前后對比結果列于表2。

表2 凈化系統改造前后效果對比

凈化系統改造后效果圖如圖7～圖8所示。

4 結 論

實踐證明凈化系統安全改造后效果明顯,與原系統相比,具有以下優點:

圖7 凈化釜平臺改造實物圖

圖8 凈化釜平臺改造實物圖

1.杜絕了爆炸事故的發生。

2.改造簡單,成本較低。

3.積液槽和密封平臺的設計,既改善了操作環境,有利于職工的身心健康,又防止了硝酸銀的損失,提高了銀的直收率。

綜上所述,該凈化系統安全改造切實可行,對運用熱分解技術進行電解液凈化的企業,具有很大的借鑒意義和推廣價值。

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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,高級工程師,主要從事貴金屬和納米氧化鋅的生產和管理工作。

2010-09-12