GH4169無縫毛細管生產(chǎn)中污染物治理和存在問題

史付悅，王靜怡，韓 萍

（天津冶金集團天材科技發(fā)展有限公司，天津，300308）

0 引言

GH4169合金是鎳基高溫合金材料的一種，在-253～700℃溫度范圍內(nèi)具有良好的綜合性能，650℃以下的屈服強度居變形高溫合金的首位，并具有良好的抗疲勞性、抗輻射、抗氧化、耐高溫、耐腐蝕的性能，以及良好的加工性能、焊接性能和長期組織穩(wěn)定性，能夠制造各種形狀復(fù)雜的零部件，被廣泛應(yīng)用在航空航天、核能、石油、電子等高端制造領(lǐng)域[1]。

毛細管材通常是指直徑小于6 mm的精細管材，無縫毛細管一般由棒材穿孔后進行壓延加工而來。在加工無縫毛細管的過程中需要綜合考慮管材的外徑和內(nèi)壁精度，對于尺寸控制具有很高的要求。因此，無縫毛細管的生產(chǎn)加工工藝較普通金屬管材要求更高也更加復(fù)雜，在管材冷壓延的加工工藝中具有一定的特殊性。本文將就GH4169合金加工無縫毛細管的生產(chǎn)工藝、污染源控制及污染物的處置、排放和面臨的問題進行分析和介紹。

1 GH4169無縫毛細管的生產(chǎn)工藝及設(shè)備

1.1 GH4169無縫毛細管的生產(chǎn)工藝和設(shè)備簡述

GH4169無縫毛細管的生產(chǎn)工藝為：將GH4169合金原料棒，經(jīng)過穿孔后得到管坯；將穿孔后的管坯放入網(wǎng)帶式連續(xù)光亮退火機組進行退火處理后，利用冷軋管機或冷拔管機進行若干道冷加工，得到半成品毛細管；將半成品毛細管放入混合酸洗液中進行酸洗處理，并經(jīng)過矯直機組進行調(diào)直后再次進行冷軋或冷拔加工。其中，冷軋或冷拔、退火、酸洗道次為反復(fù)道次。最終得到符合規(guī)格要求的產(chǎn)品。具體流程見圖1。

2 GH4169無縫毛細管生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染物及其治理方法

無縫毛細管生產(chǎn)過程中產(chǎn)生污染物的主要工序以及各工序產(chǎn)生污染物的種類見圖1。

2.1 冷軋、冷拔機組

在GH4169無縫毛細管的生產(chǎn)加工過程中，冷加工是非常重要的生產(chǎn)加工工序，一般采用冷軋加冷拔的生產(chǎn)工藝。在軋制的過程中，軋機需要軋制油進行維護，同時為有效的保護管材表面質(zhì)量，在冷拔、冷軋的過程中會加入潤滑油用作表面潤滑。因此，在GH4169無縫毛細管的常溫軋制過程中會有廢油渣、含油固體廢物以及廢潤滑劑的產(chǎn)生。

在GH4169無縫毛細管在進行軋制時產(chǎn)生的廢軋制油、含油棉紗和廢棄的潤滑劑，經(jīng)妥善收集后，轉(zhuǎn)移至有專業(yè)資質(zhì)的環(huán)境服務(wù)公司進行處置。

圖1 GH4169無縫毛細管的生產(chǎn)工藝流程及污染物產(chǎn)生部位

2.2 酸洗工序

在生產(chǎn)加工GH4169無縫毛細管材的過程中，需要配合退火工藝進行多次酸洗和漂洗。管材的酸洗處理選用經(jīng)過一定比例混合的氫氟酸和硝酸混合溶液，酸洗槽采用密閉式結(jié)構(gòu)，帶有側(cè)吸風(fēng)系統(tǒng)，管材的酸洗過程在密閉狀態(tài)下進行。酸洗工序中的污染物可以分為三個部分：廢酸、酸霧和含酸廢水。

廢酸為氫氟酸和硝酸的混合液；酸霧包括硝酸霧（NOx）和氟化霧（F-）；含酸廢水主要是管材在經(jīng)過酸洗后的漂洗水。在GH4169無縫毛細管的生產(chǎn)過程中，需要對排放的生產(chǎn)廢水中包括COD、懸浮物、酸堿濃度（pH）、石油類、Cr6+、總鉻、總鎳及氟化物在內(nèi)的8項指標(biāo)進行監(jiān)測。

2.2.1 廢酸的處理

對于酸洗工序中HNO3和HF的混合廢酸液的處理，目前可分為再生處理和委托處理兩種方式。

廢酸再生處理：

通過在廠區(qū)建立廢酸再生處理站，采用酸阻滯技術(shù)，將90%以上的廢酸進行回收再利用。廢酸再生處理設(shè)施主要設(shè)備包括：廢酸中間貯罐、提升泵、過濾器、樹脂回收裝置、返水裝置、蒸發(fā)桶及酸分析控制管理器等。

廢酸處理流程為：廢酸首先經(jīng)過旋流過濾和纖維膜二級過濾；然后廢酸及溶解態(tài)金屬離子進入樹脂回收裝置，通過樹脂吸附廢酸中的酸分子（HF、HNO3及H2SO4）；未被樹脂吸附的金屬離子隨廢酸溶液中的水一同進入蒸發(fā)桶；隨后再由純水對樹脂進行反沖，形成再生酸，通過調(diào)節(jié)反沖水量控制再生酸的濃度。再生酸直接回到酸洗機組酸洗槽。進入蒸發(fā)桶的金屬離子溶液經(jīng)蒸發(fā)濃縮后，以危險廢物形式交由有資質(zhì)單位進行處置。由于進入蒸發(fā)桶的主要為不含酸分子的金屬離子廢液，故在濃縮過程中不會有酸霧產(chǎn)生。

廢酸委托處理：

管材酸洗后產(chǎn)生的廢酸溶液在未進行任何處理的情況下，通過專有設(shè)施集中收集儲存，后轉(zhuǎn)移到有專業(yè)資質(zhì)的環(huán)境服務(wù)公司進行統(tǒng)一處理。

2.2.2 酸性廢水的處理

通過在廠區(qū)建立的廢水處理站對酸性廢水進行集中處理，處理達標(biāo)后進行集中排放。酸性廢水主要是半成品管材酸洗后的漂洗水，酸性廢水的處理主要是對廢水中的 Cr6+、Cr3+、Ni+2、F-、NO 等離子的處理。處理工藝流程圖示見圖2。

酸性廢水的處理工藝流程為：車間酸堿廢水進入集水槽，由提升泵提升至酸堿初調(diào)池，在初調(diào)池中加入硫酸，將廢水酸堿濃度（pH）值調(diào)整至3～4，廢水自流進入還原池；分別投加還原劑進行兩級還原，將廢水中的Cr6+還原成Cr3+，還原后廢水自流進入一、二級中和池；在一、二級中和池中分別投加CaOH，使廢水中的金屬離子與CaOH反應(yīng)生成氫氧化物,調(diào)整一級中和池中的pH值至6～7，調(diào)整二級中和池中的pH值至9.5～10.5，中和后的生產(chǎn)廢水進一、二級混凝池；在一級混凝池投加金屬捕捉劑，將水中SS、重金屬離子等絮凝，金屬捕捉劑濃度為2.5%，在二級混凝池中投加入絮凝劑PAM，將SS、重金屬進一步聚凝，形成較大釩花后進入一、二級沉淀池沉淀；經(jīng)沉淀池沉淀后的上清液流入pH回調(diào)池，調(diào)整pH至6～9；將污水沉淀池形成的污泥排至污泥濃縮池，濃縮后經(jīng)壓濾機進行壓濾，壓濾出的污泥餅交由環(huán)境工程公司進行進一步專業(yè)處置。

經(jīng)檢測,按上述廢水處理工藝流程對生產(chǎn)過程中廢水處理，特別是酸性廢水在處理后,出水的各項排放指標(biāo)均可大達到國家現(xiàn)行工業(yè)廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.3 酸霧的處理

管材在放入酸洗液的瞬間及處理過程中都會有酸霧的產(chǎn)生。對于酸霧的處理一般分為酸霧收集和處理兩個步驟。

酸霧捕集：通過與酸洗槽相連接的側(cè)吸風(fēng)系統(tǒng)對酸霧進行捕捉收集，通過管道送往酸霧凈化裝置。

含酸廢氣的凈化：含酸廢氣經(jīng)洗滌塔和網(wǎng)格式酸霧空氣凈化裝置進行凈化后，由30 m高排氣筒向自然環(huán)境中排出，酸霧洗滌后的酸性廢水與管材酸洗后的漂洗水一同流至廢水處理站進行處理，達標(biāo)后排放。

圖2 酸性廢水處理工藝流程

2.3 矯直機組

在GH4169無縫毛細管的矯直過程中，特別是對于直徑較大的管坯進行矯直的時候，管材本身會和矯直輥產(chǎn)生碰撞，造成噪聲污染。

對于管材矯直過程中所產(chǎn)生的噪聲，我們通過采取減小震動、增加柔性連接、設(shè)置吸音板及加裝車間墻體隔聲等一系列措施治理后，經(jīng)檢測，噪聲源強度將至80 dB（A）。在進行矯直作業(yè)時，作為更加安全的考慮，會予以配發(fā)耳塞。

3 污染物治理過程中面臨的難題

3.1 廢酸液的回收

目前就廢酸液的處理而言，主要采用了廢酸再生和委托處理兩種方式。廢酸再生作為較為先進的環(huán)保處理方式被積極推廣，但是在實際操作中也面臨了一些亟待解決的問題。例如，在廢酸的回收處理中，需要通過使用純水對樹脂回收裝置進行反沖，形成再生酸，反沖過程中所添加的純水將稀釋再生酸的濃度。由于GH4169材質(zhì)性能特殊，本身具有很好的抗腐蝕能力，所以再生酸溶液強度已經(jīng)不適合再處理GH4169材料，需要添加原酸提升酸洗液濃度。因此，經(jīng)過往復(fù)循環(huán)的累計，增加了需要二次處理的廢酸液及含酸廢水總量，抵消了部分廢酸再生帶來的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。

3.2 酸洗廢水中Ni離子的處理

由于GH4169屬于鎳基高溫合金材料，在其金屬元素的組成中，鎳的含量高達50%～55%。所以，在GH4169高溫合金管材的酸洗廢水的處理過程中應(yīng)當(dāng)特別注意Ni離子的處理效果。在Ni離子的處理工藝上，化學(xué)沉淀法是目前使用最廣泛亦最簡便的一種處理方法。即通過添加化學(xué)制劑使廢水中的Ni離子沉淀后以污泥餅的形式進行收集。但在實際生產(chǎn)過程中對于化學(xué)試劑的選擇具有一定風(fēng)險，市面上化學(xué)試劑的種類有很多，成分也各不相同，化學(xué)試劑的成分及添加量將直接影響水中Cr6+、氨氮、COD等指標(biāo)的濃度。因此，企業(yè)在選擇化學(xué)試劑的同時需要承擔(dān)環(huán)境污染所造成的風(fēng)險。除化學(xué)沉淀法之外，較常見的處理方法還包括：電滲析法、吸附材料處理法、生物法等。[2]但較化學(xué)沉淀法而言，其他方法處理方式處理過程復(fù)雜、設(shè)備投入和運維的成本較高，對于中小型工業(yè)制造企業(yè)來說，需要承擔(dān)的經(jīng)濟壓力較大。

4 企業(yè)未來環(huán)保工作的發(fā)展思路

隨著人們環(huán)保意識的日益提升，越來越多的人們切身感受到了環(huán)保的重要性，環(huán)保的地位也從原來的“配套工程”發(fā)展到今天具有了一票否決權(quán)。

（1）認真研究國家、天津市各級政府對于保護生態(tài)環(huán)境制定的各項法律、法規(guī)和規(guī)則制度，并嚴(yán)格執(zhí)行。

（2）借助政府對環(huán)保項目投資優(yōu)惠政策，積極引進先進的環(huán)保設(shè)備、處理工藝，同時可以引進戰(zhàn)略合作伙伴共同治理污染物和危化品，從而進一步促進企業(yè)提升自身的環(huán)保能力。

（3）在企業(yè)的日常經(jīng)營、技術(shù)開發(fā)、生產(chǎn)銷售等各個環(huán)節(jié)都應(yīng)將環(huán)境保護納入規(guī)劃范疇。

（4）企業(yè)不但要考慮眼前的經(jīng)濟利益,還應(yīng)當(dāng)將企業(yè)環(huán)保投資納入企業(yè)發(fā)展長期投資規(guī)劃中，要充分考慮其帶來的長期價值。

5 結(jié)語

高溫合金材料以其優(yōu)異的材料性能，在高端制造行業(yè)的地位得到迅速提升，其加工工藝也日趨完善。GH4169無縫毛細管的加工工藝較普通金屬管材要復(fù)雜，具有一定的特殊性，其在生產(chǎn)軋制過程中產(chǎn)生的污染物和處理工藝也具有特殊性。經(jīng)的生產(chǎn)實踐證明，目前對GH4169無縫毛細管軋制過程生產(chǎn)的污染物的處理安全可靠的，但存在的問題也是需要作為環(huán)境保護工作重點加以研究和解決的。同時要利用好國家對環(huán)保項目投資優(yōu)惠政策，將環(huán)境保護工作融入的生產(chǎn)經(jīng)營各個環(huán)節(jié)，從而進一步促進企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的能力。