CN103882462A

CN103882462A - 一种酸洗液不含硝酸的不锈钢酸洗***及其方法

Info

Publication number: CN103882462A
Application number: CN201410098003.3A
Authority: CN
Inventors: 雷乐成; 杨彬; 夏峥
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2014-03-18
Filing date: 2014-03-18
Publication date: 2014-06-25

Abstract

本发明公开了一种酸洗液不含硝酸的不锈钢酸洗***及其方法。它包括酸液输送管、硫酸铁输送管、蒸汽输送管、酸液循环输送管、酸液循环泵、冷冻机、过滤装置、溶气泵，***本体包括酸洗槽、微孔曝气头、溢流斜板、过滤网、第一混合区、第二混合区、氧化还原电极、F离子电极、酸度计和比重计。该***能显著提高酸洗工艺的自动化程度、减少劳动强度、提高酸洗效率，同时可以减少清理周期、节约药剂使用量、大大节约运行成本。由于酸洗液不含硝酸，彻底解决了车间冒黄烟，以及废水含氮等一系列环境问题。酸洗液在封闭循环***内完成快速混合和加温，同时具备酸液补给和清洁功能，是一种高效、清洁和节能的不锈钢酸洗***。

Description

一种酸洗液不含硝酸的不锈钢酸洗***及其方法

技术领域

本发明涉及一种不含硝酸的不锈钢酸洗***其方法。

背景技术

不锈钢从钢坯热轧成各种板材和型材时，表面会被空气中的O₂氧化，产生黑色、黄色的紧密氧化层，为了提高不锈钢的外观和耐蚀性，加工后的不锈钢必须进行酸洗处理。通常采用混酸（HNO₃+HF）酸洗工艺去除表层的氧化铁皮。为提高酸洗速度，酸液的酸浓度通常会较高，同时会对其进行加温。金属及金属氧化物与高温强酸酸洗液发生剧烈的化学反应，产生大量H₂和NO_x等酸性气体，气体在上升挥发过程中携带而产生大量的酸性气溶胶态污染物，即为酸雾。通常使用酸雾抑制剂在酸洗液液面层形成致密的泡沫层，抑制酸雾的逸出，大大降低NO_x和NO的瞬时浓度，然而钢管吊入或者吊出时仍然会造成酸洗液剧烈的扰动，使泡沫层破裂产生黄烟，另外吊出时钢管自身携带的酸液挥发使得瞬时浓度仍较高。若不采取有效的处理措施，对操作工人造成身体伤害，同时对车间设备造成严重的腐蚀。另外，酸雾直接外排还会产生严重的烟囱“黄龙”现象，将对周围环境、人民群众的身体健康以及其它动植物产生严重的危害。

另外，由于使用硝酸作为酸洗液，使得酸洗过程中还会产生含有大量的硝酸根离子的酸洗废水，其中总氮浓度非常高，不能满足越来越严格的环境排放要求。废水脱氮处理一直是环境领域的难点，同时也要花费大量的处理成本含氮废水。目前一般在对污水进行处理的过程中只是对氮的形态上做了转化，并未真正将氮从环境中去除，不同形态氮污染物的过量存在都是导致水体富营养化的直接因素，因此未能彻底解决水体富营养化问题。国家环境保护部于2008年先后公布了制浆造纸、制药等13项含有水污染物特别排放限值的国家排放标准，针对不同行业制定了更加严格的氮污染物排放标准。在这些标准中除了氨氮之外，都设定了总氮的控制指标。因此，以硝酸为酸洗液主要成分受到了严重挑战。

发明内容

本发明的目的是克服现有酸洗工艺酸液含有硝酸，杂质难以高效分离，自动化程度低等不足，提供一种酸洗液不含硝酸的不锈钢酸洗***及其方法。

酸洗液不含硝酸的不锈钢酸洗***包括酸液输送管、硫酸铁输送管、蒸汽输送管、酸液循环输送管、酸液循环泵、冷冻机、过滤装置、溶气泵，***本体包括酸洗槽、微孔曝气头、溢流斜板、过滤网、第一混合区、第二混合区、氧化还原电极、F离子电极、酸度计和比重计；***本体内顺次设有第一混合区、酸洗槽、溢流斜板、第二混合区，第一混合区内中部横向设有过滤网，第二混合区内设有微孔曝气头，第一混合区上端部设有酸液输送管、硫酸铁输送管和蒸汽输送管，第一混合区内过滤网下方设有蒸汽输送管，第一混合区内过滤网上方经酸液循环泵与第二混合区中部相连，酸洗槽内设有氧化还原电极、F离子电极、酸度计和比重计，酸液循环泵、冷冻机、过滤装置、溶气泵通过酸液循环输送管顺次相连，酸液循环输送管与微孔曝气头相连。

所述的酸液循环泵的叶轮材料为表面复合聚四氟乙烯，酸液循环泵的流量为酸洗槽容积的0.1~5倍。

所述的酸洗槽的材料为聚乙烯、聚丙烯或增强聚氯乙烯的塑料板。

所述的过滤装置采用微滤膜或超滤膜。

所述的溶气泵为自吸式气液混合泵。

所述的微孔曝气头的材料为聚乙烯、聚丙烯、增强聚氯乙烯或聚四氟乙烯的塑料,微孔孔径在0.01～0.5mm。

所述的溢流斜板的坡度与液面成20～60^o。

所述的过滤网的材料为聚四氟乙烯,平均网孔为10～100目。

所述的氧化还原电极为耐强酸型电极，F离子电极为耐强酸型电极，酸度计为耐强酸型电极，比重计为耐强酸型。

酸洗液不含硝酸的不锈钢酸洗方法是：在酸洗槽中预先加入自来水，开启酸液输送管、硫酸铁输送管和蒸汽输送管的阀门，酸液输送管中的酸液为H₂SO₄、HF和H₂O₂，根据酸洗槽液位控制酸液的投加量，并同时开启酸液循环泵和溶气泵，溶气泵提供气量范围为1～5 m³/m³.h，通过酸液循环泵使酸液、蒸汽和H₂O₂在管道内迅速混合并快速升温，同时溶气泵溶入的气体通过微孔曝气头在酸洗槽内释放产生大量微气泡，提供酸洗反应过程中所需要的氧气，通过溢流斜板的水平推力使酸洗液中的微气泡充满整个酸洗槽；通过氧化还原电极、F离子电极、酸度计和比重计实时监测酸洗槽中酸洗液有效成分浓度，使氧化还原电位值>250 mV，酸浓度>5%，若测量值低于设定值，则自动开启酸液输送管分别输送H₂O₂和HF，同时测定金属浓度，若Fe³⁺浓度超过150 g/L，待酸洗操作结束后进行酸洗液的清洁，关闭酸液输送管、硫酸铁输送管、蒸汽输送管，开启冷冻机和过滤装置，冷冻机调温范围为-30～-5 ^oC，去除金属杂质。

不含硝酸的不锈钢酸洗工艺，可有效解决上述不足之处，其特点是以H₂SO₄和HF为混合酸体系，并辅助利用H₂O₂的强氧化性。初配时加入少量Fe³⁺，依靠Fe³⁺的氧化性来诱发H₂SO₄产生大量的·OH活性自由基，使之与氧化皮反应，同时借助HF的活化作用，使酸液透过氧化皮的裂隙，进入氧化皮下最易反应的贫铬层，并产生大量H₂，靠氢的剥离作用将氧化皮撕裂脱落。随着酸洗过程的进行，酸洗液中Fe³⁺浓度会逐渐升高，定期通过酸洗液的循环和冷冻降温工艺，使杂质Fe³⁺以Fe₂(SO₄)₃晶体形式析出并过滤去除。同时，酸和双氧水等有效成分会不断地消耗，需要定期补充。如果对酸洗液中的主要成分进行实时监测，实现药剂的自动补充，这样可以极大地提高酸洗工艺的自动化程度、减少劳动强度、提高酸洗效率，同时可以减少清理周期、节约药剂使用量、大大节约运行成本。

本发明能显著提高酸洗工艺的自动化程度、减少劳动强度、提高酸洗效率，同时可以减少清理周期、节约药剂使用量、大大节约运行成本。由于酸洗液不含硝酸，彻底解决了酸洗车间冒黄烟，以及废水含氮等一系列环境问题，大大改善了生产环境。酸洗液在封闭循环***内完成快速混合和加温，同时具备酸液补给和清洁功能，是一种高效、清洁和节能的不锈钢酸洗***。

附图说明：

图1为酸洗液不含硝酸的不锈钢酸洗***结构示意图；

图中，酸洗槽1、酸液输送管2、硫酸铁输送管3、蒸汽输送管4、酸液循环输送管5、酸液循环泵6、冷冻机7、过滤装置8、溶气泵9、微孔曝气头10、溢流斜板11、过滤网12、第一混合区13、第二混合区14、氧化还原电极15、F离子电极16、酸度计17和比重计18。

具体实施方式

酸洗液不含硝酸的不锈钢酸洗工艺是在酸洗槽中预先加入自来水，开启酸液输送管、硫酸铁输送管和蒸汽输送管的阀门，酸液输送管中的酸液为H₂SO₄、HF和H₂O₂，根据酸洗槽液位控制酸液的投加量，并同时开启酸液循环泵和溶气泵，通过酸液循环泵使酸液、蒸汽和H₂O₂在管道内迅速混合并快速升温，同时溶气泵溶入的气体通过微孔曝气头在酸洗槽内释放产生大量微气泡，提供酸洗反应过程中所需要的氧气，通过溢流斜板的水平推力使酸洗液中的微气泡充满整个酸洗槽。通过氧化还原电极、F离子电极、酸度计和比重计实时监测酸洗槽中酸洗液有效成分浓度，使氧化还原电位值>250 mV，酸浓度>5%，若测量值低于设定值，则自动开启酸液输送管分别输送H₂O₂和HF，同时测定金属浓度，若Fe³⁺浓度超过150 g/L，待酸洗操作结束后进行酸洗液的清洁，关闭酸液输送管、硫酸铁输送管、蒸汽输送管，开启冷冻机和过滤装置，去除金属杂质。

酸洗液在封闭循环***内完成快速混合和加温，同时具备酸液补给和清洁功能。本工艺大大提高了酸洗工艺的自动化程度、减少了劳动强度、提高了酸洗效率，同时可以减少清理周期、节约药剂使用量、大大节约运行成本。由于酸洗液不含硝酸，彻底解决了酸洗车间冒黄烟，以及废水含氮等一系列环境问题，大大改善了生产环境。酸洗液在封闭循环***内完成快速混合和加温，同时具备酸液补给和清洁功能，是一种高效、清洁和节能的不锈钢酸洗工艺。

如图1所示，酸洗液不含硝酸的不锈钢酸洗***包括酸液输送管2、硫酸铁输送管3、蒸汽输送管4、酸液循环输送管5、酸液循环泵6、冷冻机7、过滤装置8、溶气泵9，***本体包括酸洗槽1、微孔曝气头10、溢流斜板11、过滤网12、第一混合区13、第二混合区14、氧化还原电极15、F离子电极16、酸度计17和比重计18；***本体内顺次设有第一混合区13、酸洗槽1、溢流斜板11、第二混合区14，第一混合区13内中部横向设有过滤网12，第二混合区14内设有微孔曝气头10，第一混合区13上端部设有酸液输送管2、硫酸铁输送管3和蒸汽输送管4，第一混合区13内过滤网12下方设有蒸汽输送管4，第一混合区13内过滤网12上方经酸液循环泵6与第二混合区14中部相连，酸洗槽1内设有氧化还原电极15、F离子电极16、酸度计17和比重计18，酸液循环泵6、冷冻机7、过滤装置8、溶气泵9通过酸液循环输送管5顺次相连，酸液循环输送管5与微孔曝气头10相连。

所述的酸液循环泵6的叶轮材料为表面复合聚四氟乙烯，酸液循环泵6的流量为酸洗槽1容积的0.1~5倍。

所述的酸洗槽1的材料为聚乙烯、聚丙烯或增强聚氯乙烯的塑料板。

所述的过滤装置8采用微滤膜或超滤膜。

所述的溶气泵9为自吸式气液混合泵。

所述的微孔曝气头10的材料为聚乙烯、聚丙烯、增强聚氯乙烯或聚四氟乙烯的塑料,微孔孔径在0.01～0.5mm。

所述的溢流斜板11的坡度与液面成20～60^o。

所述的过滤网12的材料为聚四氟乙烯,平均网孔为10～100目。

所述的氧化还原电极15为耐强酸型电极，F离子电极16为耐强酸型电极，酸度计17为耐强酸型电极，比重计18为耐强酸型。

酸洗液不含硝酸的不锈钢酸洗工艺，在酸洗槽1中预先加入自来水，开启酸液输送管2、硫酸铁输送管3和蒸汽输送管4的阀门，酸液输送管2中的酸液为H₂SO₄、HF和H₂O₂，根据酸洗槽1液位控制酸液的投加量，并同时开启酸液循环泵6和溶气泵9，溶气泵9提供气量范围为1～5 m³/m³.h，通过酸液循环泵6使酸液、蒸汽和H₂O₂在管道内迅速混合并快速升温，同时溶气泵9溶入的气体通过微孔曝气头7在酸洗槽1内释放产生大量微气泡，提供酸洗反应过程中所需要的氧气，通过溢流斜板11的水平推力使酸洗液中的微气泡充满整个酸洗槽1；通过氧化还原电极15、F离子电极16、酸度计17和比重计18实时监测酸洗槽1中酸洗液有效成分浓度，使氧化还原电位值>250 mV，酸浓度>5%，若测量值低于设定值，则自动开启酸液输送管2分别输送H₂O₂和HF，同时测定金属浓度，若Fe³⁺浓度超过150 g/L，待酸洗操作结束后进行酸洗液的清洁，关闭酸液输送管2、硫酸铁输送管3、蒸汽输送管4，开启冷冻机7和过滤装置8，冷冻机7调温范围为-30～-5 ^oC，去除金属杂质。

从实验结果可以看出，酸洗液不含硝酸的酸洗工艺使酸洗效率提高100%以上，酸洗之后取出不锈钢管，其表面清洁干净，并能形成银白色亚光。具体实施过程中测定了距离酸洗槽液面20cm和100cm的NO_x浓度以及冲洗废水的总氮浓度，结果显示均为检出。酸洗槽清理周期从原来的一个星期左右，延长到6个月左右。

Claims

1.一种酸洗液不含硝酸的不锈钢酸洗***，其特征在于包括酸液输送管（2）、硫酸铁输送管（3）、蒸汽输送管（4）、酸液循环输送管（5）、酸液循环泵（6）、冷冻机（7）、过滤装置（8）、溶气泵（9），***本体包括酸洗槽（1）、微孔曝气头（10）、溢流斜板（11）、过滤网（12）、第一混合区（13）、第二混合区（14）、氧化还原电极（15）、F离子电极（16）、酸度计（17）和比重计（18）；***本体内顺次设有第一混合区（13）、酸洗槽（1）、溢流斜板（11）、第二混合区（14），第一混合区（13）内中部横向设有过滤网（12），第二混合区（14）内设有微孔曝气头（10），第一混合区（13）上端部设有酸液输送管（2）、硫酸铁输送管（3）和蒸汽输送管（4），第一混合区（13）内过滤网（12）下方设有蒸汽输送管（4），第一混合区（13）内过滤网（12）上方经酸液循环泵（6）与第二混合区（14）中部相连，酸洗槽（1）内设有氧化还原电极（15）、F离子电极（16）、酸度计（17）和比重计（18），酸液循环泵（6）、冷冻机（7）、过滤装置（8）、溶气泵（9）通过酸液循环输送管（5）顺次相连，酸液循环输送管（5）与微孔曝气头（10）相连。

2.根据权利要求1所述的一种酸洗液不含硝酸的不锈钢酸洗***，其特征在于所述的酸液循环泵（6）的叶轮材料为表面复合聚四氟乙烯，酸液循环泵（6）的流量为酸洗槽（1）容积的0.1~5倍。

3.根据权利要求1所述的一种酸洗液不含硝酸的不锈钢酸洗***，其特征在于所述的酸洗槽（1）的材料为聚乙烯、聚丙烯或增强聚氯乙烯的塑料板。

4.根据权利要求1所述的一种酸洗液不含硝酸的不锈钢酸洗***，其特征在于所述的过滤装置（8）采用微滤膜或超滤膜。

5.根据权利要求1所述的一种酸洗液不含硝酸的不锈钢酸洗***，其特征在于所述的溶气泵（9）为自吸式气液混合泵。

6.根据权利要求1所述的一种酸洗液不含硝酸的不锈钢酸洗***，其特征在于所述的微孔曝气头（10）的材料为聚乙烯、聚丙烯、增强聚氯乙烯或聚四氟乙烯的塑料,微孔孔径在0.01～0.5mm。

7.根据权利要求1所述的一种酸洗液不含硝酸的不锈钢酸洗***，其特征在于所述的溢流斜板（11）的坡度与液面成20～60^o。

8.根据权利要求1所述的一种酸洗液不含硝酸的不锈钢酸洗***，其特征在于所述的过滤网（12）的材料为聚四氟乙烯,平均网孔为10～100目。

9.根据权利要求1所述的一种酸洗液不含硝酸的不锈钢酸洗***，其特征在于所述的氧化还原电极（15）为耐强酸型电极，F离子电极（16）为耐强酸型电极，酸度计（17）为耐强酸型电极，比重计（18）为耐强酸型。

10.一种使用如权利要求1所述***的酸洗液不含硝酸的不锈钢酸洗方法，其特征在于在酸洗槽（1）中预先加入自来水，开启酸液输送管（2）、硫酸铁输送管（3）和蒸汽输送管（4）的阀门，酸液输送管（2）中的酸液为H₂SO₄、HF和H₂O₂，根据酸洗槽（1）液位控制酸液的投加量，并同时开启酸液循环泵（6）和溶气泵（9），溶气泵（9）提供气量范围为1～5 m³/m³.h，通过酸液循环泵（6）使酸液、蒸汽和H₂O₂在管道内迅速混合并快速升温，同时溶气泵（9）溶入的气体通过微孔曝气头（7）在酸洗槽（1）内释放产生大量微气泡，提供酸洗反应过程中所需要的氧气，通过溢流斜板（11）的水平推力使酸洗液中的微气泡充满整个酸洗槽（1）；通过氧化还原电极（15）、F离子电极（16）、酸度计（17）和比重计（18）实时监测酸洗槽（1）中酸洗液有效成分浓度，使氧化还原电位值>250 mV，酸浓度>5%，若测量值低于设定值，则自动开启酸液输送管（2）分别输送H₂O₂和HF，同时测定金属浓度，若Fe³⁺浓度超过150 g/L，待酸洗操作结束后进行酸洗液的清洁，关闭酸液输送管（2）、硫酸铁输送管（3）、蒸汽输送管（4），开启冷冻机（7）和过滤装置（8），冷冻机（7）调温范围为-30～-5 ^oC，去除金属杂质。