自動酸洗系統在銅酸洗中的應用

胡 燊， 陳 浩， 許平娟

（1.中國瑞林工程技術有限公司，江西 南昌 330031；2.合肥水泥設計院，安徽 合肥 230051）

0 引言

隨著經濟的發展，銅材越來越廣泛的被應用在航空、工業、農業和輕工業生產中，大型銅材管件的需求也隨之增多。在銅材的初加工中，除去表面的氧化層是不可缺少的一個工藝環節。銅線、棒、管和帶材等在大氣環境中經高溫退火處理后，其表面產生的氧化層妨礙進一步的加工和使用，因此必須有效地將其去除，才可以進入下一道加工工序。去除金屬表面氧化物的方法主要有化學法、機械磨削法和電化學法。其中化學法由于其效率高、效果好而得到廣泛的應用。目前，銅材粗加工中化學法存在以下幾個問題：①酸洗過程中會產生大量的酸霧，它不但污染車間環境，損害設備的加工精度和使用壽命，而且危害人體健康；②酸與金屬氧化物接觸不充分或反應后生成的氧化物沉淀在材料表面，從而影響材料的質量；③材料在酸洗槽酸洗時，內部的溫度要保持一定的范圍，而普通的加熱方法只能通過檢測裝置來實現，客觀因素比較多；④用完的酸水沒有被充分利用和處理就排放到污水廠，造成部分資源的浪費，增加了污水廠處理的負荷。銅酸洗行業由于產量小、投資少，所以自動化程度非常低。加酸和配酸都是操作人員根據經驗進行添加，人為因素非常大，經常會出現過酸洗（麻點）和欠酸洗的現象（黃斑）[1～4]。

1 銅酸洗控制系統

1.1 系統的組成

該酸洗系統有五個子系統組成，即稀釋系統、酸洗系統、酸霧收集系統、攪拌系統和廢水回收系統，如圖1所示。

圖1 酸洗系統工藝流程Fig.1 The process of pickling system

稀釋系統主要由稀釋罐、自動加熱裝置和濃硫酸注入管組成；稀釋前，水被注入罐體，當水達到一定的高度時，濃硫酸通過注入管，注入到稀釋罐內，為了得到均勻的稀酸，濃硫酸被引導到罐體的中心（即稀釋水的中心），這樣稀釋時將產生劇烈的反應，它可以起到攪拌的作用，稀釋罐外的一個加熱裝置，此裝置可以通過自動溫度控制使稀釋的酸加熱到一定的溫度。

酸洗系統由酸洗槽、自動開關門體防酸霧系統、提升系統和自動加熱裝置組成；酸洗前，物料通過提升系統放入酸洗槽中。對于棒材，槽底部有支撐結構，當物料被放到槽體內時，它會自動散開；注入酸液前，門體系統自動關閉，從而保證酸霧不會揮發出來，影響車間的環境；稀酸由底部注入酸洗槽，酸洗槽上有一個溢流口，以保證酸液在槽體的一定高度，進酸口在槽體底部的另一個優點是新注入的酸液不會直接通過溢流口被排除。被溢流出的硫酸將通過管道，重新被收集到罐中，再注入至酸洗槽中。

酸霧收集系統包括吸、吹風機、酸霧收集凝固罐、泵；吸風機和吹風機分別對稱的布置在酸洗槽的兩側。當酸洗槽的門體自動關閉時，風機連鎖被打開，酸洗槽內部形成一定流向的風路，酸霧自動的被收集到凝固罐中，當酸霧冷卻為酸水后，泵將它抽到稀釋槽中。

攪拌系統：對于比較短的材料，酸洗時采用主動攪拌方式，即酸洗槽內有一個提升裝置，材料被固定的放入這個裝置內，隨提升裝置一起升降攪拌；對于比較長大件材料，主要采用間接攪拌方式，即酸洗槽內安裝有一個液體攪拌器，使得液體不停的來回擺動。這樣酸洗時可以沖掉材料表面的沉淀、雜質和氧化物。

廢水回收系統：酸洗后的酸液中含有一定的銅離子和硫酸銅顆粒，為了二次再回收利用，酸液被排放到一個沉淀池中，加入一定的藥劑，進行沉淀，沉淀后的廢水進行環保處理后被排入污水處理廠，而池內的沉淀物被收集起來，作為冶煉材料被運往冶煉車間。

1.2 控制原理

工作時，首先向稀釋罐注入一定量的水，當達到要求的液位時，水閥自動關閉，同時打開濃硫酸閥，濃硫酸注入稀釋罐的中部，由于濃酸遇到水會產生劇烈的反應，罐內液體運動劇烈，這樣可以起攪拌作用，當硫酸稀釋完畢后，溫度加熱器的閥門打開，稀硫酸通過換熱器開始被加熱，當達到規定的溫度后，加熱器閥門自動關閉，酸洗槽進酸口的泵開啟，將稀釋后的稀酸源源不斷的抽到酸洗槽中。

在酸洗槽注入稀酸前，將所要酸洗的材料放入酸洗槽中，并關閉酸洗槽體中的門體。酸洗液從酸洗槽的槽底被注入，當液體到達一定的高度時，吸、吹風機打開，酸洗槽體內部的酸霧隨著風向被收集到冷凝槽中進行液化，液化后的酸通過泵重新注入到稀釋罐中。當稀酸的水位高于溢流口時，液體從溢流口中流出，流出的液體通過泵再次注入到酸洗槽中或是其它的酸洗槽中。當溢流的酸液不再需要時，可以控制閥門使多余的酸液直接排放到沉淀池中。為了保證內部酸液的溫度，加熱器與稀釋罐相連的管道被關閉，而與酸洗槽相連的管道被打開，給酸洗槽中的稀酸加熱并到一定的溫度。酸洗時，為了提高酸洗的效率，需開啟槽內的液體攪拌器，酸液在槽內不停的波動，沉淀在材料表面的雜質被沖刷下來。

當酸洗完成后，酸洗槽的廢酸出口被打開，酸洗液流到沉淀池中，當槽體的酸洗液全部排空時，酸洗槽的門體開啟，酸洗材料被自動的運出酸洗槽。

酸液流到沉淀池后，往沉淀池內加入藥劑，使液體中的銅離子生成沉淀。隨后中和處理后的廢水流到排污廠。收集沉淀池內的沉淀物，運往冶煉廠。

2 系統的優點

目前，銅酸洗的配酸方法主要采用人工配酸，將濃酸和水直接注入到酸洗槽內，酸液的濃度無法控制，酸洗質量無法得到保證，酸洗時容易出現過酸洗和欠酸洗現象。本酸洗系統改變了以往配酸的方式，采用了自動的配酸方法，在稀釋罐中由控制檢測裝置將濃酸稀釋到所需的濃度后注入到酸洗槽內，這樣可以提高酸洗的質量；材料在酸洗時容易產生大量的酸霧，彌漫在整個生產車間里。人長期吸入酸霧會損害呼吸道，影響身體健康，廠房內的設備和鋼結構遇到酸霧時將產生慢性腐蝕，長期的慢性腐蝕會提高設備的維護費用、縮短設備的使用壽命，對于鋼結構的廠房，也會因為慢性腐蝕而帶來安全危險。酸霧收集系統可以很好的收集酸洗時產生的酸霧；酸洗槽體上裝有一個帶自動開關的平拉式結構的門體，它可以起到密封作用，并且降低酸洗液熱量的揮發，由于酸霧含酸的濃度比較高，酸霧量比較小，降低了設備的能耗。酸洗的廢水含有大量的有效物質，然而目前的酸液處理的方法是直接當廢水處理，這樣浪費了一定的資源，回收系統可以很好的解決這個問題，它可以變廢為寶，提取酸洗液中有效的成分進行重新冶煉；攪拌系統可以使酸洗槽內產生一定的穩流，流動的液體可以把物料表面的雜質和沉淀物沖刷下來，提高酸洗的質量。

3 結論

自動酸洗系統在銅酸洗行業的使用不但提高了設備的自動化程度，而且改變了原有的酸洗工藝。該系統借鑒了黑色金屬酸洗行業的一些優點，而且針對本行業的特點采用了一些新的設備、工藝和方法。本系統的應用不但對銅行業有一定的促進作用，而且對其它的有色金屬行業有一定的借鑒作用[5]。

[1]韓向利.不銹鋼儲罐的酸洗鈍化[J].中小企業管理與科技，2009，1.

[2]康書文.不銹鋼酸洗、鈍化工藝研究[J].材料保護，2003，6.

[3]Andrew Orme，楊秋霜.不銹鋼的軋制、退火、酸洗綜合生產線[J]鋼鐵，2004，4.

[4]陳永和，推式酸洗技術的概述[J].武鋼技術，1991，4.

[5]魏愛軍.一種銅管材酸洗設備的應用[J].機電產品開發與創新，2011，1.