چگونه گرد و غبار را در ذوب فلزات غیرآهنی کنترل کنیم؟

پاسخ مستقیم: ترکیب جذب منبع، فیلتر گرد و غبار، و تصفیه گاز دودکش

گرد و غبار حاصل از ذوب فلزات غیرآهنی بوسیله سه لایه که با هم کار می کنند، تحت کنترل قرار می گیرند، نه توسط هیچ قطعه واحدی: جذب مهر و موم شده یا سرپوش دار در کوره، مبدل و نقاط ضربه زدن. الف فیلتر گرد و غبار اندازه ذرات بسیار ریز که بخار متالورژی تولید می کند. و مرحله تصفیه گازهای دودکش که دی اکسید گوگرد، گازهای اسیدی و بخار فلزات سنگین باقیمانده را که فیلتر گرد و غبار برای جذب آنها طراحی نشده است، حذف می کند.

هنگامی که هر سه لایه به عنوان یک سیستم مهندسی شوند، گاز خارج شده تصفیه شده را می توان به غلظت ذرات رساند. زیر 10 میلی گرم در هر متر مکعب معمولی با راندمان جذب کلی برای دود ذوب زیر میکرون معمولاً بیش از حد است 99 درصد . کنار گذاشتن مرحله تصفیه گازهای دودکش، حتی با وجود یک فیلتر گرد و غبار عالی، همچنان آلاینده های گازی و فاز بخار را در پشته باقی می گذارد که کنترل ذرات به تنهایی هرگز قادر به حذف آنها نبود.

چرا کنترل دود ذوب سخت تر از گرد و غبار معمولی صنعتی است؟

بیشتر ذرات خروجی از یک کارخانه ذوب غیر آهنی، گرد و غبار تولید شده مکانیکی نیست. این دود متالورژیکی است که وقتی بخار اکسید فلز و فلز در دمای کوره بالاتر تولید می شود تشکیل می شود. 1000 درجه سانتی گراد با سرد شدن گاز در پایین دست، به ذرات جامد تبدیل می شود. از آنجایی که این ذرات به جای شکستگی یا ساییدگی از طریق تراکم تشکیل می شوند، سهم بزرگی از آنها در زیر اندازه گیری می شوند. 1 میکرومتر ، با بیشتر جرم کل زیر 0.3 میکرومتر متمرکز شده است. ذرات این ریز مستقیماً از تجهیزاتی با اندازه گرد و غبار درشت تر عبور می کنند و بسیار طولانی تر از ذرات بزرگتر در هوا معلق می مانند.

دو جریان گرد و غبار متمایز، دو مشکل متفاوت

یک عملیات ذوب معمولی دو جریان گرد و غبار تولید می کند که کاملاً متفاوت عمل می کنند و اغلب به راه حل های متفاوتی نیاز دارند. خرد کردن، غربال کردن، انتقال و شارژ کنسانتره سنگ معدن، گرد و غبار درشت تری را تولید می کند، معمولاً در محدوده 10 تا 100 میکرومتر، که نسبتاً سریع ته نشین می شود و به خوبی به پوشش های معمولی و جداسازی سیکلون پاسخ می دهد. از سوی دیگر، کوره و مبدل گاز خارج شده، دود تراکم فوق العاده ریز را که در بالا توضیح داده شد، همراه با ترکیبات تبخیر شده سرب، آرسنیک، کادمیوم یا روی موجود در بسیاری از سنگ معدن های سولفیدی و اکسیدی حمل می کند. یکی از رایج‌ترین دلایلی که سیستم‌های کنترل گرد و غبار به اهداف طراحی خود عمل نمی‌کنند، اندازه یک تکه تجهیزات فیلتراسیون تنها برای یکی از این جریان‌ها، و سپس انتظار از آن برای رسیدگی به هر دو است.

منبع ضبط: جلوگیری از گرد و غبار قبل از اینکه در هوا پخش شود

مقرون به صرفه ترین کاهش در گرد و غبار ذوب قبل از اینکه هر گازی به فیلتر برسد اتفاق می افتد. کوره‌ها، مبدل‌ها و نقاط ضربه‌گیر مجهز به هودهای نزدیک یا محفظه‌های کامل که تحت فشار منفی خفیف نسبت به کارگاه اطراف نگه داشته می‌شوند، از خروج دود به داخل ساختمان قبل از کشیده شدن به سیستم استخراج جلوگیری می‌کنند. کپچر هودها معمولاً حول سرعت صورت تقریباً تقریباً طراحی می شوند 0.5 تا 1.5 متر در ثانیه ; محفظه های کامل می توانند به طور موثر در سرعت های پایین تر عمل کنند زیرا دود قبل از رسیدن به مجرا جایی برای پخش شدن ندارد.

گرفتن ثانویه به اندازه گرفتن اولیه اهمیت دارد. ضربه زدن، ریختن و ریخته‌گری، فوران‌های کوتاهی از دود را آزاد می‌کند که اغلب هود اولیه آن را از دست می‌دهد، بنابراین هودهای سایبان یا تهویه فشاری که مستقیماً روی این نقاط قرار گرفته‌اند، به طور خاص برای گرفتن آنها اضافه می‌شوند. عملیاتی که در این لایه ثانویه سرمایه گذاری می کنند، معمولاً بیش از آن را جذب می کنند 95 درصد دود تولید شده قبل از رسیدن به فیلتر گرد و غبار، که هم بار روی تجهیزات پایین دست را کاهش می دهد و هم انتشار گازهای خروجی را که در غیر این صورت از دریچه های سقف و منافذ ساختمان به جای پشته کنترل شده خارج می شود، محدود می کند.

انتخاب فیلتر گرد و غبار برای ذوب کردن گاز

انتخاب فیلتر گرد و غبار برای ذوب خارج از گاز به معنای تطبیق تجهیزات با دمای گاز، اندازه ذرات و خورندگی است، نه صرفاً مطابقت با جریان هوای نامی. جدول زیر به طور خلاصه نحوه عملکرد انواع فیلترهای اصلی را در برابر دود فلزی زیر میکرونی که قبلا توضیح داده شد، نشان می دهد.

در عمل، بسیاری از ذوب‌خانه‌ها این فناوری‌ها را به‌جای تکیه بر یک مورد، به‌صورت سری مرتب می‌کنند: یک سیکلون ابتدا کسر درشت را حذف می‌کند تا فیلتر اولیه بیش از حد بارگذاری نشود، در حالی که فیلتر پارچه‌ای یا رسوب‌دهنده الکترواستاتیکی که در پایین دست نصب شده است، دود ریز میعان را کنترل می‌کند. فیلترهای پارچه ای نصب شده رسانه غشایی PTFE به انتخابی متداول برای تاسیسات جدید تبدیل شده‌اند، زیرا راندمان حذف زیر میکرون را در طیف وسیعی از شرایط جریان گاز بالای 99.5 درصد نگه می‌دارند، اگرچه برای جلوگیری از کور شدن کیسه‌ها یا کوتاه شدن عمر مفید آنها، به کنترل دقیق دما و رطوبت نیاز دارند.

تصفیه گاز دودکش: مدیریت آنچه که فیلتر گرد و غبار نمی تواند حذف کند

یک فیلتر گرد و غبار، هرچند کارآمد، تنها ذرات جامد و مایع را حذف می کند. گازهای خارج شده از ذوب سنگ معدن سولفیدی معمولاً دی اکسید گوگرد را با غلظت های بسیار بالاتر از سایر منابع صنعتی دیگر حمل می کند، گاهی اوقات در محدوده ای از 3 تا 30 درصد حجمی برای گاز کوره با مقاومت بالا، همراه با غبار اسیدی و بخار فلزات سنگین باقیمانده که تنها پس از عبور از فیلتر متراکم یا واکنش نشان می دهند. تصفیه گاز دودکش مرحله ای است که به طور خاص برای رسیدگی به این آلاینده های گازی و فاز بخار ساخته شده است.

جریان های با غلظت بالا: بازیابی به جای دفع

در مواردی که غلظت دی اکسید گوگرد به اندازه کافی بالا است، رویکرد استاندارد این است که گاز را پاکسازی نکنید، بلکه آن را از طریق یک فرآیند دو تماس و جذب دوگانه به اسید سولفوریک تبدیل کنید، که می تواند به راندمان تبدیل گوگرد بالاتر برسد. 99.5 درصد در حالی که به جای یک جریان زباله، یک محصول اسیدی قابل استفاده تولید می کند.

جریان های گاز با غلظت پایین و دنباله دار

برای جریان‌های گاز ضعیف‌تر یا به‌عنوان مرحله پولیش پس از بازیافت اسید، شستشوی جاذب مرطوب، نیمه خشک و خشک با آهک، سنگ آهک یا معرف‌های مبتنی بر سدیم معمولاً 90 درصد یا بیشتر از دی اکسید گوگرد باقیمانده را حذف می‌کند. تزریق کربن فعال یا جذب با بستر ثابت در جایی که جیوه یا سایر فلزات سنگین فرار وجود دارد اضافه می‌شود، زیرا این آلاینده‌ها از فیلترهای ذرات و اسکرابرهای گاز اسیدی معمولی دست نخورده عبور می‌کنند. در جایی که احتراق یا اکسیداسیون در دمای بالا باعث تولید اکسیدهای نیتروژن می شود، احیای کاتالیزوری یا غیر کاتالیستی انتخابی با استفاده از یک معرف مبتنی بر آمونیاک بر روی همان قطار گاز قرار می گیرد تا اکسیدهای نیتروژن در کنار ذرات و دی اکسید گوگرد پایین بیاید.

نحوه اتصال مراحل: یک قطار درمانی چند مرحله ای

از آنجایی که هر مرحله محدوده متفاوتی از آلاینده یا اندازه ذرات را هدف قرار می دهد، ترتیب چیدمان تجهیزات به اندازه خود تجهیزات اهمیت دارد. یک قطار معمولی برای یک کارخانه ذوب سنگ سولفید، از طریق دنباله زیر از گاز خارج می شود، و هر مرحله از عملکرد و عمر مفید یکی پس از خود محافظت می کند:

• کوره یا مبدل بدون گاز فرآیند را داغ و به شدت پر از دود ریز می کند.
• بازیابی حرارت هدر رفته و خنک‌سازی گاز جریان را به دمایی می‌رساند که فیلتر پایین‌دست می‌تواند تحمل کند.
• یک پیش جداکننده سیکلون، کسر ذرات درشت را حذف می کند و از فیلتر اولیه در برابر سایش و بار اضافی محافظت می کند.
• یک فیلتر گرد و غبار اولیه، معمولاً یک فیلتر پارچه ای یا رسوب دهنده الکترواستاتیک، ذرات ریز باقی مانده را حذف می کند.
• مرحله گوگرد زدایی یا شستشوی گاز دودکش، دی اکسید گوگرد و گازهای اسیدی را حذف می کند.
• یک مرحله پولیش، اغلب جذب کربن فعال، بخار فلز سنگین را جذب می کند که مراحل قبلی نمی توانند.
• گاز تمیز از طریق یک پشته مجهز به نظارت مداوم انتشار خارج می شود.

نمودار بالا این توالی را به صورت بصری نشان می دهد: گاز خارج شده از کوره به چپ به راست حرکت می کند، از طریق پیش جداسازی سیکلون و فیلتر غبار اولیه، به تصفیه گاز دودکش و مرحله پرداخت نهایی، قبل از اینکه نظارت مداوم آنچه را که به پشته می رسد تأیید کند.

بهره برداری، نظارت و نگهداری سیستم

فیلتر گرد و غبار و قطار تصفیه گازهای دودکش فقط به همان خوبی عمل می کند که کار می کند. حتی یک سیستم که به درستی طراحی شده باشد بدون نظارت و نگهداری مداوم از کارایی طراحی خود دور می شود، زیرا رسوبات گرد و غبار، رطوبت و میعانات اسیدی همگی در طول زمان به طور مداوم بر روی تجهیزات اثر می گذارند.

نظارت مستمر سیستم را صادقانه نگه می دارد

ابزارهای نظارت مستمر انتشار روی پشته که غلظت ذرات، کدورت و دی اکسید گوگرد را ردیابی می‌کنند، به‌جای تکیه بر آزمایش‌های دستی دوره‌ای برای حل مشکل پس از اینکه قبلاً بر انتشار گازهای گلخانه‌ای تأثیر گذاشته است، به اپراتورها شواهدی بی‌درنگ از نحوه عملکرد فیلتر گرد و غبار و مراحل تصفیه گاز دودکش ارائه می‌دهند.

هنگامی که یک فیلتر نیاز به توجه دارد سیگنال فشار دیفرانسیل می دهد

در سراسر فیلتر پارچه ای، فشار دیفرانسیل معمولاً در یک نوار در اطراف نگه داشته می شود 1000 تا 1500 پاسکال . افزایش مداوم در خارج از نوار معمولاً به کور شدن کیسه در اثر رطوبت یا حمله شیمیایی اشاره دارد، در حالی که یک افت ناگهانی اغلب نشان دهنده یک کیسه پاره یا جدا شده است که اجازه می دهد گرد و غبار به طور کامل فیلتر را دور بزند.

برای تعویض کیسه و خوردگی قبل از اینکه باعث خاموشی شوند برنامه ریزی کنید

کیسه های فیلتری که در معرض گازهای ذوب اسیدی با دمای بالا قرار دارند، معمولاً به ترتیب دوام دارند دو تا چهار سال قبل از تعویض، اگرچه بارگیری گرد و غبار ساینده یا گشت و گذارهای دما می تواند آن را به میزان قابل توجهی کوتاه کند. اجزای خیس شده در مرحله تصفیه گاز دودکش با خطر خوردگی خود ناشی از میعانات اسیدی مواجه هستند، بنابراین انتخاب مواد و بازرسی معمول مجرای کانال، قطعات داخلی اسکرابر و پوشش های جاذب به همان اندازه که شیمی فرآیند زیربنایی اهمیت دارد.

سوالات متداول

آیا یک قطعه از تجهیزات می تواند همزمان گرد و غبار و گاز دودکش را کنترل کند؟

اسکرابرهای مرطوب می توانند ذرات را حذف کرده و گاز اسیدی را در یک ظرف منفرد جذب کنند، اما راندمان حذف ذرات برای دود متالورژیکی زیر میکرونی به طور کلی کمتر از یک فیلتر پارچه ای اختصاصی است و یک جریان فاضلاب تولید می کنند که خود نیاز به تصفیه دارد. اکثر عملیات ذوب با نگه داشتن فیلتراسیون گرد و غبار و تصفیه گازهای دودکش به عنوان مراحل جداگانه و هدفمند به جای ترکیب آنها در یک دستگاه، عملکرد قابل اعتمادتر و آسان تری برای نگهداری دارند.

چرا دود ذوب به فیلتراسیون ریزتری نسبت به گرد و غبار ناشی از خرد کردن یا غربال شدن نیاز دارد؟

از آنجایی که دود ذوب از طریق تراکم بخار به جای شکستگی مکانیکی تشکیل می شود، بیشتر جرم آن زیر 1 میکرومتر قرار می گیرد، در حالی که گرد و غبار خرد و غربال معمولاً 10 میکرومتر یا بیشتر است. فیلتر گرد و غبار و سیستم جذب با اندازه جریان درشت تر، جریان ریزتر را مهار نمی کند.

معمولاً دی اکسید گوگرد حاصل از ذوب خارج از گاز چگونه تصفیه می شود؟

در مواردی که غلظت دی اکسید گوگرد بالا است، که در ذوب سنگ سولفید رایج است، تبدیل به اسید سولفوریک از طریق دو تماس دوگانه، روش استاندارد تصفیه گازهای دودکش است که به جای تخلیه گوگرد به عنوان یک محصول قابل استفاده بازیابی می شود. جریان‌های ضعیف‌تر یا گاز دمی که پس از بازیافت اسید باقی می‌ماند، معمولاً با شستشوی قلیایی مرطوب، نیمه خشک یا خشک صیقل داده می‌شوند.

چه چیزی باعث می شود یک فیلتر پارچه ای با گذشت زمان کارایی خود را از دست بدهد؟

شایع ترین دلایل کور شدن کیسه در اثر تراکم رطوبت یا حمله شیمیایی، آسیب های فیزیکی مانند پارگی یا فرسودگی درزها و تجمع کیک گرد و غبار است که چرخه های تمیز کردن به اندازه کافی از بین نمی روند. ردیابی روند فشار دیفرانسیل در کنار آزمایش بصری یا نشت دوره‌ای معمولاً این مشکلات را قبل از اینکه به‌عنوان مازاد بر انتشار نشان داده شوند، برطرف می‌کند.

آیا تصفیه گازهای دودکش بر نحوه عملکرد فیلتر گرد و غبار تأثیر می گذارد؟

بله. دما و رطوبت گازی که وارد مرحله تصفیه گاز دودکش می شود معمولاً با توجه به تحمل فیلتر گرد و غبار کنترل می شود، زیرا چگالش در بالادست فیلتر می تواند رسانه های پارچه را کور کند یا خوردگی داخل یک رسوب دهنده الکترواستاتیک را تسریع کند. این دو مرحله معمولاً به‌عنوان یک سیستم یکپارچه طراحی و کار می‌کنند تا مستقل.

یک سیستم خوب طراحی شده می تواند به چه غلظت ذرات برسد؟

فیلترهای پارچه‌ای مدرن همراه با جذب منبع مؤثر معمولاً غلظت ذرات خروجی را در زیر نگه می‌دارند 10 میلی گرم در هر متر مکعب معمولی بر مبنای پایدار، اگرچه رقمی که برای هر تاسیسات خاص اعمال می‌شود به ویژگی‌های گاز و محدودیت نظارتی که سیستم برای برآورده کردن آن طراحی شده است، بستگی دارد.