在冶煉煙氣制酸的凈化工序，冶煉煙氣進入洗滌塔與循環(huán)酸接觸，其中所含的塵、砷、氟、二氧化硫和三氧化硫等成分進入循環(huán)酸，循環(huán)酸經過循環(huán)反復使用，有害成分不斷富集。為了降低循環(huán)酸的濃度和塵含量，通常對循環(huán)酸進行部分開路處理，同時補充新水以保證煙氣洗滌效果，由此產生了大量的酸性廢水。

金川集團有限公司鎳冶煉廠的酸性廢水處理系統(tǒng)采用硫化沉淀法除去酸性廢水中的重金屬，再采用三效蒸發(fā)工藝減少酸性廢水的排放量，最后將濃縮的稀酸和濃酸進行混配，實現(xiàn)酸性廢水的回收和利用。三效蒸發(fā)工藝具有蒸汽利用率高、占地面積小、運行成本低、操作簡單等優(yōu)點，采用以酚醛樹脂浸漬石墨為主要材質的蒸發(fā)設備、以鋼襯氟為材質的管閥件能夠應對酸性廢水濃縮過程中強腐蝕、易結晶等苛刻條件，保證了系統(tǒng)穩(wěn)定長效的運行。

1、三效蒸發(fā)工藝流程

鎳冶煉廠酸性廢水處理系統(tǒng)采用三效蒸發(fā)工藝對硫化除重金屬后的酸性廢水進行濃縮，其原理為：利用酸性廢水各組分沸點的不同，將3臺蒸發(fā)器串聯(lián)對酸性廢水進行蒸發(fā)，在使酸性廢水濃縮實現(xiàn)減量排放的同時，也使蒸汽得到多次利用，提高了熱能的利用率。

鎳冶煉廠采用的酸性廢水三效蒸發(fā)工藝流程見圖1。

除去重金屬的酸性廢水由進料泵送入兩級預熱器，預熱至約40℃進入一效分離罐。將一次蒸汽通入一效蒸發(fā)器，將酸性廢水加熱至沸騰，使用大流量循環(huán)泵將酸性廢水不停循環(huán)，蒸發(fā)除去酸性廢水中的部分水分。酸性廢水經一效蒸發(fā)后通過一效分離罐的溢流口進入二效分離罐，依靠一效分離罐產生的酸性蒸汽加熱二效蒸發(fā)器，再次蒸發(fā)除去酸性廢水中的部分水分。經二效蒸發(fā)后的酸性廢水通過二效分離罐的溢流口進入三效分離罐中，利用二效分離罐產生的酸性蒸汽加熱三效蒸發(fā)器，繼續(xù)進行蒸發(fā)。其中一效、二效蒸發(fā)為正壓操作，三效蒸發(fā)為負壓操作，利用抽真空降低酸性廢水的沸點，使三效蒸發(fā)器內的酸性廢水達到85℃便產生沸騰。

一次蒸汽進入一效蒸發(fā)器放熱后形成冷凝水，由于冷凝水溫度比較高，可對其熱能進行回收利用。分別將一效、二效和三效冷凝水收集于一效、二效和三效平衡罐，用于酸性廢水的預加熱，從而大幅度減少一次蒸汽的用量。

三效蒸發(fā)工藝的每一效均形成一個循環(huán)，整套蒸發(fā)裝置采用連續(xù)進酸、連續(xù)出酸的生產方式，實現(xiàn)酸性廢水中酸與水的分離，從而減少酸性廢水的排放量。

2、三效蒸發(fā)裝置出現(xiàn)的問題及解決措施

鎳冶煉廠酸性廢水處理系統(tǒng)自2019年投用以來，運行較為平穩(wěn)，可減少外排酸性廢水4m3/h。2020年初，該系統(tǒng)因長時間運行出現(xiàn)了三效分離罐液位波動大、負壓難以控制以及酸液無法外排的現(xiàn)象。

技術人員對三效蒸發(fā)器及管道進行檢查，發(fā)現(xiàn)三效分離罐、蒸發(fā)器內部以及管道內均有灰褐色的結垢物，因此三效蒸發(fā)器出現(xiàn)的結垢物使蒸發(fā)器產生堵塞是三效蒸發(fā)工序出現(xiàn)問題的主要原因。

為了有效快速地處理三效蒸發(fā)器里出現(xiàn)的結垢物，根據(jù)酸性廢水中可能形成結垢物的元素對蒸發(fā)器內結垢物進行化學成分分析，檢測結果見表1。

由表1可見：三效蒸發(fā)器結垢物中Si元素的質量分數(shù)最大，w(Si)高達18.28%，其余元素的含量可忽略不計。由此推測，該結垢物應主要為硅酸鹽。

由于長時間運行，硫化后液中的硫化渣顆粒物未完全沉淀即進入三效蒸發(fā)工序，吸附在蒸發(fā)器內壁上結垢，久而久之造成蒸發(fā)器堵塞。為了了解硫化后液蒸發(fā)過程中沉淀物的產生情況，取約1000mL硫化后液置于燒杯中，采用酒精燈加熱的方式進行蒸發(fā)，當溶液體積剩余約300mL時燒杯內開始出現(xiàn)白色沉淀。沉淀物在蒸發(fā)后期才會出現(xiàn)，由此推斷：三效蒸發(fā)裝置出現(xiàn)的結垢物應該是在三效蒸發(fā)器生成的。

為解決三效蒸發(fā)器的堵塞問題，需要對結垢物進行處理。硅酸鹽化學性質比較穩(wěn)定，不溶于一般的強酸如硫酸、鹽酸等，可與氫氟酸反應生成易溶于水的氟硅酸。將結垢物置于w(HF)40%的氫氟酸中進行反應，結垢物可全部溶于氫氟酸。因此，可采用氫氟酸對三效分離罐和三效蒸發(fā)器進行清洗除去結垢物。

3、清洗后運行效果

清洗三效蒸發(fā)器時，每隔4~5h檢測氫氟酸的濃度，濃度過低則繼續(xù)補充氫氟酸的量。浸泡清洗3~4d后，三效蒸發(fā)器內氫氟酸濃度無明顯變化，說明三效蒸發(fā)器已清洗干凈。

清洗結束，對設備進行檢查確認后，三效蒸發(fā)裝置重新開車，三效分離罐負壓控制穩(wěn)定，液位波動正常，系統(tǒng)運行恢復正常。

4、結語

鎳冶煉廠酸性廢水處理系統(tǒng)正常運行1年多來，僅因三效蒸發(fā)器結垢堵塞導致停產之外，其余時間運行平穩(wěn)。因此，為保持該系統(tǒng)長期平穩(wěn)運行，應保證硫化后液經過濾器將硫化渣懸浮物去除干凈，同時對過濾器進行定期清洗，正常生產后則可根據(jù)三效分離罐的液位波動情況判斷是否有必要對蒸發(fā)器進行清洗，防止設備堵塞嚴重，造成清洗困難。

三效蒸發(fā)裝置的平穩(wěn)運行可為硫酸生產系統(tǒng)減少酸性廢水外排量，從根本上減少酸性廢水的產生量，對環(huán)境的保護有著積極的作用。（來源：金川集團有限公司鎳冶煉廠）