铝或铝合金“三酸”化学抛光产生“黄烟”的净化措施

铝或铝合金“三酸”化学抛光产生“黄烟”的净化措施
 

王宗雄（宁波市电镀行业协会，浙江宁波31 5199）
王超（武汉奥邦表面技术有限公司，湖北武汉430023）
 

  纯铝或铝合金制件在磷酸—硫酸—硝酸化学抛光溶液中，表面组织的金属分别与三酸反应而生成磷酸铝、硫酸铝和硝酸铝。同时产生毒性很大的棕（红）黄色氮氧化物气体，俗称“黄龙”（即NOx），它是在铝件浸入抛光液时，瞬时爆炸式产生的，呈棕（红）黄色的滚滚浓烟逸出，见图1、图2。在众多废气治理中，NOx难度最大，是污染大气的元凶。如果得不到有效控制，不仅对操作人员的身体健康与厂区环境危害极大，而且随风飘散对周边居民生活与生态环境造成公害。
  

  2Al+6HNO₃=A1₂O₃+6NO₂↑+3H₂O
  4Al+4HNO₃=2A1₂O₃+4NO↑+2H2₂O
  氮的氧化物(NOx)包括一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO₂)、三氧化二氮(N₂O₃)、四氧化二氮(N₂O₄)、五氧化二氮(N₂O₅)等，但“黄龙”主要是指二氧化氮，其次是一氧化氮。
  要降服“黄龙”很难，要“达标”更难。国内外报道过许多方法，归纳起来有干法、湿法和干湿法三种方法。由于各厂产品不同，选择适合生产实际的治理工艺方案和净化设备十分重要。笔者进行了现场调研，多数企业仍以湿法为主。根据工厂实践经验，湿法净化黄龙，认为采用“氢氧化钠、双氧水、硫化钠”的三级吸收塔的吸收效率最高，三级串联填料塔的吸收流程见图3，供同行参考。

  第一级塔的吸收液为氢氧化钠（吸收作用）。它与氮的氧化物的反应实质上是不可逆的酸碱中和反应，生成了硝酸钠(NaNO₃)和亚硝酸钠(NaNO₂)。一般以5%氢氧化钠水溶液的吸收效果为好，但它不会和一氧化氮发生反应。如果氢氧化钠水溶液度超过5%或低于1%时，吸收效率就会急剧下降，因此，当氢氧化钠的浓度降低到1%以下时需要更换新液。
  2NO₂+2NaOH=NaNO₃+NaNO₂+H₂O
  N₂O₃+2NaOH=2NaNO₂+H₂O
  第二级塔加入双氧水氧化剂（氧化反应）。一氧化氮在过氧化物的存在下，能把一氧化氮氧化成为二氧化氮( NO+H₂O₂=NO₂+H₂O)。双氧水是一种良好的氧化剂。
  第三级塔的吸收液为硫化钠(Na₂S)，作为还原剂（还原作用）。一般以10%硫化钠水溶液的吸收效果为好。吸收分解反应如下：
  10NO₂+4Na₂S=4NaNO₃+4NaNO₂+4S+N₂↑（主反应）
  4NO₂+2Na₂S=Na₂S₂O₂+NaNO₃+NaNO₂+N₂↑（副反应）
  温馨提示：使用硫化钠必须注意，无设备情况下不得与硝酸溶液接触，避免毒气毒死人！
  三级吸收塔其吸收效果见表1。
表1      三级吸收塔的吸收效果

  由于氮氧化物气体“NOx”较难吸收，空降速度选低一点有利，结构上可以考虑把废气直接吹入碱液中，以提高净化效果。
  首先必须根据电镀厂的实际情况计算出NOx废气排量，以及整个通风管道、吸风罩、净化塔的阻力损失，选用通风机的排风量和风压损失。同时还应考虑风量、风压的附加安全系数。采用强制性（离心通风机）机械抽风，将化抛槽产生的NOx废气，瞬时爆发性的“黄龙”，经捕集抽风罩、通风管道引入废气净化塔底侧沿塔内上升，吸收液在填料层或旋流（斜孔）板中均匀分布，并向下流动。塔内是以气、液传质双膜理论为机理，使气体与液体溶剂之间充分接触，进行化学反应，处在剧烈的扰动状态。
  本工艺依据NOx废气成分复杂、浓度高、难于治理的特性，系统中设计三个阶段即三级废气净化（吸收）塔，以增加NOx与吸收液传质过程，有充分的反应时间使NOx废气扩散于液相，被吸收溶解与净化。同时，废气净化设备要建立加药泵、pH值感应器、液量传感及补水运行的PCL自动监控系统，确保净化设备的正常运行和废气净化效果，达到达标排放的要求。
  加强废气治理的管理十分重要，我们常查到设备不正常运转，如有的电镀厂冒黄烟，实际上都有处理设备，而老板不用。为此企业要加强废气治理管理，应采取一台风机装一个电表，确保设备正常运行，并要做好每日加料记录，使废气处理在监控下。