一種酸洗液不含硝酸的不銹鋼酸洗系統及其方法
【專利摘要】本發明公開了一種酸洗液不含硝酸的不銹鋼酸洗系統及其方法。它包括酸液輸送管、硫酸鐵輸送管、蒸汽輸送管、酸液循環輸送管、酸液循環泵、冷凍機、過濾裝置、溶氣泵，系統本體包括酸洗槽、微孔曝氣頭、溢流斜板、過濾網、第一混合區、第二混合區、氧化還原電極、F離子電極、酸度計和比重計。該系統能顯著提高酸洗工藝的自動化程度、減少勞動強度、提高酸洗效率，同時可以減少清理周期、節約藥劑使用量、大大節約運行成本。由于酸洗液不含硝酸，徹底解決了車間冒黃煙，以及廢水含氮等一系列環境問題。酸洗液在封閉循環系統內完成快速混合和加溫，同時具備酸液補給和清潔功能，是一種高效、清潔和節能的不銹鋼酸洗系統。
【專利說明】一種酸洗液不含硝酸的不銹鋼酸洗系統及其方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種不含硝酸的不銹鋼酸洗系統其方法。
【背景技術】[0002]不銹鋼從鋼坯熱軋成各種板材和型材時，表面會被空氣中的O2氧化，產生黑色、黃色的緊密氧化層，為了提高不銹鋼的外觀和耐蝕性，加工后的不銹鋼必須進行酸洗處理。通常采用混酸(hno3+hf)酸洗工藝去除表層的氧化鐵皮。為提高酸洗速度，酸液的酸濃度通常會較高，同時會對其進行加溫。金屬及金屬氧化物與高溫強酸酸洗液發生劇烈的化學反應，產生大量H2和NOx等酸性氣體，氣體在上升揮發過程中攜帶而產生大量的酸性氣溶膠態污染物，即為酸霧。通常使用酸霧抑制劑在酸洗液液面層形成致密的泡沫層，抑制酸霧的逸出，大大降低NOj^P NO的瞬時濃度，然而鋼管吊入或者吊出時仍然會造成酸洗液劇烈的擾動，使泡沫層破裂產生黃煙，另外吊出時鋼管自身攜帶的酸液揮發使得瞬時濃度仍較高。若不采取有效的處理措施，對操作工人造成身體傷害，同時對車間設備造成嚴重的腐蝕。另外，酸霧直接外排還會產生嚴重的煙?“黃龍”現象，將對周圍環境、人民群眾的身體健康以及其它動植物產生嚴重的危害。
[0003]另外，由于使用硝酸作為酸洗液，使得酸洗過程中還會產生含有大量的硝酸根離子的酸洗廢水，其中總氮濃度非常高，不能滿足越來越嚴格的環境排放要求。廢水脫氮處理一直是環境領域的難點，同時也要花費大量的處理成本含氮廢水。目前一般在對污水進行處理的過程中只是對氮的形態上做了轉化，并未真正將氮從環境中去除，不同形態氮污染物的過量存在都是導致水體富營養化的直接因素，因此未能徹底解決水體富營養化問題。國家環境保護部于2008年先后公布了制漿造紙、制藥等13項含有水污染物特別排放限值的國家排放標準，針對不同行業制定了更加嚴格的氮污染物排放標準。在這些標準中除了氨氮之外，都設定了總氮的控制指標。因此，以硝酸為酸洗液主要成分受到了嚴重挑戰。

【發明內容】

[0004]本發明的目的是克服現有酸洗工藝酸液含有硝酸，雜質難以高效分離，自動化程度低等不足，提供一種酸洗液不含硝酸的不銹鋼酸洗系統及其方法。
[0005]酸洗液不含硝酸的不銹鋼酸洗系統包括酸液輸送管、硫酸鐵輸送管、蒸汽輸送管、酸液循環輸送管、酸液循環泵、冷凍機、過濾裝置、溶氣泵，系統本體包括酸洗槽、微孔曝氣頭、溢流斜板、過濾網、第一混合區、第二混合區、氧化還原電極、F離子電極、酸度計和比重計；系統本體內順次設有第一混合區、酸洗槽、溢流斜板、第二混合區，第一混合區內中部橫向設有過濾網，第二混合區內設有微孔曝氣頭，第一混合區上端部設有酸液輸送管、硫酸鐵輸送管和蒸汽輸送管，第一混合區內過濾網下方設有蒸汽輸送管，第一混合區內過濾網上方經酸液循環泵與第二混合區中部相連，酸洗槽內設有氧化還原電極、F離子電極、酸度計和比重計，酸液循環泵、冷凍機、過濾裝置、溶氣泵通過酸液循環輸送管順次相連，酸液循環輸送管與微孔曝氣頭相連。[0006]所述的酸液循環泵的葉輪材料為表面復合聚四氟乙烯，酸液循環泵的流量為酸洗槽容積的0.1~5倍。
[0007]所述的酸洗槽的材料為聚乙烯、聚丙烯或增強聚氯乙烯的塑料板。
[0008]所述的過濾裝置采用微濾膜或超濾膜。
[0009]所述的溶氣泵為自吸式氣液混合泵。
[0010]所述的微孔曝氣頭的材料為聚乙烯、聚丙烯、增強聚氯乙烯或聚四氟乙烯的塑料，微孔孔徑在0.01~0.5mmο
[0011]所述的溢流斜板的坡度與液面成20~60°。
[0012]所述的過濾網的材料為聚四氟乙烯，平均網孔為10~100目。
[0013]所述的氧化還原電極為耐強酸型電極，F離子電極為耐強酸型電極，酸度計為耐強酸型電極，比重計為耐強酸型。
[0014]酸洗液不含硝酸的不銹鋼酸洗方法是:在酸洗槽中預先加入自來水，開啟酸液輸送管、硫酸鐵輸送管和蒸汽輸送管的閥門，酸液輸送管中的酸液為H2S04、HF和H2O2，根據酸洗槽液位控制酸液的投加量，并同時開啟酸液循環泵和溶氣泵，溶氣泵提供氣量范圍為I~5 m3/m3.h,通過酸液循環泵使酸液、蒸汽和H2O2在管道內迅速混合并快速升溫，同時溶氣泵溶入的氣體通過微孔曝氣頭在酸洗槽內釋放產生大量微氣泡，提供酸洗反應過程中所需要的氧氣，通過溢流斜板的水平推力使酸洗液中的微氣泡充滿整個酸洗槽；通過氧化還原電極、F離子電極、酸度計和比重計實時監測酸洗槽中酸洗液有效成分濃度，使氧化還原電位值>250 mV,酸濃度>5%,若測量值低于設定值，則自動開啟酸液輸送管分別輸送H2O2和HF，同時測定金屬濃度，若Fe3+濃度超過150 g/L，待酸洗操作結束后進行酸洗液的清潔，關閉酸液輸送管、硫酸鐵輸送管、蒸汽輸送管，開啟冷凍機和過濾裝置，冷凍機調溫范圍為-30~-5 X’去除金屬雜質。
[0015]不含硝酸的不銹鋼酸洗工藝，可有效解決上述不足之處，其特點是以H2SO4和HF為混合酸體系，并輔助利用H2O2的強氧化性。初配時加入少量Fe3+，依靠Fe3+的氧化性來誘發H2SO4產生大量的.0H活性自由基，使之與氧化皮反應，同時借助HF的活化作用，使酸液透過氧化皮的裂隙，進入氧化皮下最易反應的貧鉻層，并產生大量H2，靠氫的剝離作用將氧化皮撕裂脫落。隨著酸洗過程的進行，酸洗液中Fe3+濃度會逐漸升高，定期通過酸洗液的循環和冷凍降溫工藝，使雜質Fe3+以Fe2(SO4)3晶體形式析出并過濾去除。同時，酸和雙氧水等有效成分會不斷地消耗，需要定期補充。如果對酸洗液中的主要成分進行實時監測，實現藥劑的自動補充，這樣可以極大地提高酸洗工藝的自動化程度、減少勞動強度、提高酸洗效率，同時可以減少清理周期、節約藥劑使用量、大大節約運行成本。
[0016]本發明能顯著提高酸洗工藝的自動化程度、減少勞動強度、提高酸洗效率，同時可以減少清理周期、節約藥劑使用量、大大節約運行成本。由于酸洗液不含硝酸，徹底解決了酸洗車間冒黃煙，以及廢水含氮等一系列環境問題，大大改善了生產環境。酸洗液在封閉循環系統內完成快速混合和加溫，同時具備酸液補給和清潔功能，是一種高效、清潔和節能的不銹鋼酸洗系統。
[0017]【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1為酸洗液不含硝酸的不銹鋼酸洗系統結構示意圖；
圖中，酸洗槽1、酸液輸送管2、硫酸鐵輸送管3、蒸汽輸送管4、酸液循環輸送管5、酸液循環泵6、冷凍機7、過濾裝置8、溶氣泵9、微孔曝氣頭10、溢流斜板11、過濾網12、第一混合區13、第二混合區14、氧化還原電極15、F離子電極16、酸度計17和比重計18。
【具體實施方式】
[0018]酸洗液不含硝酸的不銹鋼酸洗工藝是在酸洗槽中預先加入自來水，開啟酸液輸送管、硫酸鐵輸送管和蒸汽輸送管的閥門，酸液輸送管中的酸液為H2S04、HF和H2O2，根據酸洗槽液位控制酸液的投加量，并同時開啟酸液循環泵和溶氣泵，通過酸液循環泵使酸液、蒸汽和H2O2在管道內迅速混合并快速升溫，同時溶氣泵溶入的氣體通過微孔曝氣頭在酸洗槽內釋放產生大量微氣泡，提供酸洗反應過程中所需要的氧氣，通過溢流斜板的水平推力使酸洗液中的微氣泡充滿整個酸洗槽。通過氧化還原電極、F離子電極、酸度計和比重計實時監測酸洗槽中酸洗液有效成分濃度，使氧化還原電位值>250 mV,酸濃度>5%,若測量值低于設定值，則自動開啟酸液輸送管分別輸送H2O2和HF，同時測定金屬濃度，若Fe3+濃度超過150g/L，待酸洗操作結束后進行酸洗液的清潔，關閉酸液輸送管、硫酸鐵輸送管、蒸汽輸送管，開啟冷凍機和過濾裝置，去除金屬雜質。
[0019]酸洗液在封閉循環系統內完成快速混合和加溫，同時具備酸液補給和清潔功能。本工藝大大提高了酸洗工藝的自動化程度、減少了勞動強度、提高了酸洗效率，同時可以減少清理周期、節約藥劑使用量、大大節約運行成本。由于酸洗液不含硝酸，徹底解決了酸洗車間冒黃煙，以及廢水含氮等一系列環境問題，大大改善了生產環境。酸洗液在封閉循環系統內完成快速混合和加溫，同時具備酸液補給和清潔功能，是一種高效、清潔和節能的不銹鋼酸洗工藝。
[0020]如圖1所示，酸洗液不含硝酸的不銹鋼酸洗系統包括酸液輸送管2、硫酸鐵輸送管
3、蒸汽輸送管4、酸液循環輸送管5、酸液循環泵6、冷凍機7、過濾裝置8、溶氣泵9，系統本體包括酸洗槽1、微孔曝氣頭10、溢流斜板11、過濾網12、第一混合區13、第二混合區14、氧化還原電極15、F離子電極16、酸度計17和比重計18 ;系統本體內順次設有第一混合區13、酸洗槽1、溢流斜板11、第二混合區14，第一混合區13內中部橫向設有過濾網12，第二混合區14內設有微孔曝氣頭10，第一混合區13上端部設有酸液輸送管2、硫酸鐵輸送管3和蒸汽輸送管4，第一混合區13內過濾網12下方設有蒸汽輸送管4，第一混合區13內過濾網12上方經酸液循環泵6與第二混合區14中部相連，酸洗槽I內設有氧化還原電極15、F離子電極16、酸度計17和比重計18，酸液循環泵6、冷凍機7、過濾裝置8、溶氣泵9通過酸液循環輸送管5順次相連，酸液循環輸送管5與微孔曝氣頭10相連。
[0021]所述的酸液循環泵6的葉輪材料為表面復合聚四氟乙烯，酸液循環泵6的流量為酸洗槽I容積的0.1-5倍。
[0022]所述的酸洗槽I的材料為聚乙烯、聚丙烯或增強聚氯乙烯的塑料板。
[0023]所述的過濾裝置8采用微濾膜或超濾膜。
[0024]所述的溶氣泵9為自吸式氣液混合泵。
[0025]所述的微孔曝氣頭10的材料為聚乙烯、聚丙烯、增強聚氯乙烯或聚四氟乙烯的塑料，微孔孔徑在0.01~0.5mm。
[0026]所述的溢流斜板11的坡度與液面成20~60°。
[0027]所述的過濾網12的材料為聚四氟乙烯，平均網孔為10~100目。[0028]所述的氧化還原電極15為耐強酸型電極，F離子電極16為耐強酸型電極，酸度計17為耐強酸型電極，比重計18為耐強酸型。
[0029]酸洗液不含硝酸的不銹鋼酸洗工藝，在酸洗槽I中預先加入自來水，開啟酸液輸送管2、硫酸鐵輸送管3和蒸汽輸送管4的閥門，酸液輸送管2中的酸液為H2S04、HF和H2O2,根據酸洗槽I液位控制酸液的投加量，并同時開啟酸液循環泵6和溶氣泵9，溶氣泵9提供氣量范圍為I~5 m3/m3.h，通過酸液循環泵6使酸液、蒸汽和H2O2在管道內迅速混合并快速升溫，同時溶氣泵9溶入的氣體通過微孔曝氣頭7在酸洗槽I內釋放產生大量微氣泡，提供酸洗反應過程中所需要的氧氣，通過溢流斜板11的水平推力使酸洗液中的微氣泡充滿整個酸洗槽I ;通過氧化還原電極15、F離子電極16、酸度計17和比重計18實時監測酸洗槽I中酸洗液有效成分濃度，使氧化還原電位值>250 mV,酸濃度>5%，若測量值低于設定值，則自動開啟酸液輸送管2分別輸送H2O2和HF，同時測定金屬濃度，若Fe3+濃度超過150 g/L,待酸洗操作結束后進行酸洗液的清潔，關閉酸液輸送管2、硫酸鐵輸送管3、蒸汽輸送管4，開啟冷凍機7和過濾裝置8，冷凍機7調溫范圍為-30~-5 °C，去除金屬雜質。
[0030]從實驗結果可以看出，酸洗液不含硝酸的酸洗工藝使酸洗效率提高100%以上，酸洗之后取出不銹鋼管，其表面清潔干凈，并能形成銀白色亞光。具體實施過程中測定了距離酸洗槽液面20cm和IOOcm的NOx濃度以及沖洗廢水的總氮濃度，結果顯示均為檢出。酸洗槽清理周期從原來的一個星 期左右，延長到6個月左右。
【權利要求】
1.一種酸洗液不含硝酸的不銹鋼酸洗系統，其特征在于包括酸液輸送管(2)、硫酸鐵輸送管(3)、蒸汽輸送管(4)、酸液循環輸送管(5)、酸液循環泵(6)、冷凍機(7)、過濾裝置(8)、溶氣泵(9)，系統本體包括酸洗槽(1)、微孔曝氣頭(10)、溢流斜板(11)、過濾網(12)、第一混合區(13)、第二混合區(14)、氧化還原電極(15)、F離子電極(16)、酸度計(17)和比重計(18);系統本體內順次設有第一混合區(13)、酸洗槽(1)、溢流斜板(11)、第二混合區(14)，第一混合區(13)內中部橫向設有過濾網(12)，第二混合區(14)內設有微孔曝氣頭(10)，第一混合區(13)上端部設有酸液輸送管(2)、硫酸鐵輸送管(3)和蒸汽輸送管(4)，第一混合區(13)內過濾網(12)下方設有蒸汽輸送管(4)，第一混合區(13)內過濾網(12)上方經酸液循環泵(6)與第二混合區(14)中部相連，酸洗槽(1)內設有氧化還原電極(15)、F離子電極(16)、酸度計(17)和比重計(18)，酸液循環泵(6)、冷凍機(7)、過濾裝置(8)、溶氣泵(9 )通過酸液循環輸送管(5 )順次相連，酸液循環輸送管(5 )與微孔曝氣頭(10 )相連。
2.根據權利要求1所述的一種酸洗液不含硝酸的不銹鋼酸洗系統，其特征在于所述的酸液循環泵(6 )的葉輪材料為表面復合聚四氟乙烯，酸液循環泵(6 )的流量為酸洗槽(1)容積的0.1-5倍。
3.根據權利要求1所述的一種酸洗液不含硝酸的不銹鋼酸洗系統，其特征在于所述的酸洗槽(1)的材料為聚乙烯、聚丙烯或增強聚氯乙烯的塑料板。
4.根據權利要求1所述的一種酸洗液不含硝酸的不銹鋼酸洗系統，其特征在于所述的過濾裝置(8)采用微濾膜或超濾膜。
5.根據權利要求1所述的一種酸洗液不含硝酸的不銹鋼酸洗系統，其特征在于所述的溶氣泵(9 )為自吸式氣液混合泵。
6.根據權利要求1所述的一種酸洗液不含硝酸的不銹鋼酸洗系統，其特征在于所述的微孔曝氣頭(10)的材料為聚乙烯、聚丙烯、增強聚氯乙烯或聚四氟乙烯的塑料，微孔孔徑在 0.01 ~0.5mm。
7.根據權利要求1所述的一種酸洗液不含硝酸的不銹鋼酸洗系統，其特征在于所述的溢流斜板(11)的坡度與液面成20~60°。
8.根據權利要求1所述的一種酸洗液不含硝酸的不銹鋼酸洗系統，其特征在于所述的過濾網(12)的材料為聚四氟乙烯，平均網孔為10~100目。
9.根據權利要求1所述的一種酸洗液不含硝酸的不銹鋼酸洗系統，其特征在于所述的氧化還原電極(15)為耐強酸型電極，F離子電極(16)為耐強酸型電極，酸度計(17)為耐強酸型電極，比重計(18)為耐強酸型。
10.一種使用如權利要求1所述系統的酸洗液不含硝酸的不銹鋼酸洗方法，其特征在于在酸洗槽(1)中預先加入自來水，開啟酸液輸送管(2)、硫酸鐵輸送管(3)和蒸汽輸送管(4 )的閥門，酸液輸送管(2沖的酸液為H2S04、HF和H2O2，根據酸洗槽(1)液位控制酸液的投加量，并同時開啟酸液循環泵(6)和溶氣泵(9)，溶氣泵(9)提供氣量范圍為1~5 m3/m3.h,通過酸液循環泵(6)使酸液、蒸汽和H2O2在管道內迅速混合并快速升溫，同時溶氣泵(9)溶入的氣體通過微孔曝氣頭(7)在酸洗槽(1)內釋放產生大量微氣泡，提供酸洗反應過程中所需要的氧氣，通過溢流斜板(11)的水平推力使酸洗液中的微氣泡充滿整個酸洗槽(1);通過氧化還原電極(15)、F離子電極(16)、酸度計(17)和比重計(18)實時監測酸洗槽(1)中酸洗液有效成分濃度，使氧化還原電位值>250 mV,酸濃度>5%，若測量值低于設定值，則自動開啟酸液輸送管(2)分別輸送H2O2和HF，同時測定金屬濃度，若Fe3+濃度超過150 g/L，待酸洗操作結束后進行酸洗液的清潔，關閉酸液輸送管(2)、硫酸鐵輸送管(3)、蒸汽輸送管(4)，開啟冷 凍機(7)和過濾裝置(8)，冷凍機(7)調溫范圍為-30~-5 °C，去除金屬雜質。
【文檔編號】C23G3/00GK103882462SQ201410098003
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月18日 優先權日:2014年3月18日
【發明者】雷樂成, 楊彬, 夏崢 申請人:浙江大學