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      蘇州興業新材料股份有限公司

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      鑄造有機廢氣的成因及治理技術方案(上)
      所屬欄目:企業新聞  日期:2021-07-28  點擊次數:
      鑄造有機廢氣的成因及治理技術方案
          于玲 朱文英 
      (蘇州興業材料科技股份有限公司,蘇州215151)

      我國是鑄造大國,目前擁有鑄造企業工2萬余家,隨著我國資源與環境壓力的日益增大,政府部門提出了“實現可持續發展、建設資源節約型、環境友好型社會”與“要確保實現十一五規劃中確定的能耗降低20%、主要污染物排放總量減少10%”的目標。在機械制造業中, 鑄造是基礎產業,也是對環境有污染的行業, 鑄造廠產生的粉塵、廢氣、廢渣、噪音等, 早已引起人們的高度關注。據報道:2013年鑄造行業排放約廢氣450至900億m3,[1]分析其產生的過程, 找到產生的影響因素, 進而采取治理措施,以保證鑄造行業的可持續發展。

      1. 鑄造有機廢氣的成因

      近年來的研究發現,鑄造廠排放的廢氣中除含有人們熟知的CO、CO2等溫室氣體外,還含有大量對環境和人體健康有危害的多種揮發性有機物(Volatile Organic Compound,VOC) 和危險性空氣污染物(Hazardous Air Pollutant,HAP)。在美國環保局列出的總共188種HAP中,砂型鑄造廠廢氣中已經檢測出的多達40余種[2]。

      鑄造車間造型及制芯過程中,會釋放出難聞的氣味,這種刺激性氣味主要來源于樹脂中的游離甲醛、游離苯酚和游離糠醇,以游離甲醛和游離苯酚對人體的危害相對較大。鑄造合成樹脂在使用過程中,從制芯、存放、澆注到冷卻都會散發出不同數量的甲醛、苯酚、三乙胺、a-苯并芘、二惡英等。其中甲醛、苯酚、三乙胺呈刺鼻、惡臭和刺激性氣味,而二惡英和呋喃蒸氣則沒有氣味,甚至微帶芳香,很容易被大家所忽視,它們主要來源于三個方面:

      一是甲醛和苯酚是呋喃、酚醛類樹脂的重要生產原材料,由于工藝條件和技術水平的限制,有時也為滿足某種功能需要,有部分甲醛和苯酚沒有參與反應,以游離狀態出現在樹脂中,例如JB/T7526-2008《鑄造用自硬呋喃樹脂》行業標準中規定:一級品甲醛≤0.1%,二級品甲醛≤0.3%,無氮樹脂游離苯酚≤0.5%,有氮樹脂游離苯酚≤0.3%。又GB/T24413-2009《鑄造用三乙胺法冷芯盒樹脂(酚脲烷樹脂)(含酚脲烷自硬樹脂》國標中限定:一級品甲醛≤0.3%,二級品甲醛≤0.5%,目前市場上銷售的鑄造樹脂中有部分,特別是低價樹脂中含有的游離甲醛、苯酚都遠高于行標或國標規定的限值。

      二是鑄造合成樹脂在反應固化過程中產生甲醛,例如堿性酚醛樹脂分子末端羥甲基(-CH2OH)與有機酯固化劑反應的時候,會析出甲醛蒸氣(CH2O)。

      三是在澆注過程中,由于高溫金屬液的熱作用和處于缺氧狀態,羥甲基(-CH2OH)基團縮聚交聯成亞甲基(-CH2-),放出的甲醛不能完全燃燒,會揮發到大氣中。呋喃還會產生二惡英和呋喃蒸汽,污染環境。

      三乙胺是冷芯盒兩組份樹脂快速反應的催化劑,它本身并不參與反應,加之滲透性強又比空氣重,如芯盒和三乙胺加熱和輸送管路密封稍有不慎,生產現場胺味就會很重。對操作員工身心健康的造成較為嚴重的影響。

      2.鑄造有機廢氣的治理技術方案

      對于鑄造車間產生廢氣的治理,源頭上是采用環保型造型材料,盡量減少有毒廢氣的排放。揮發性有機物(volatile organic compound,簡稱VOC)是一類有機化合物的統稱,在常溫下它們的蒸發速率大,易揮發。有些VOC是無毒無害的,有些則是有毒有害的。治理有毒有害廢氣的根本技術方案是的采用環保型造型材料:

      ⑴ 樹脂砂工藝仍是當前主流造型工藝,想要完全不產生廢氣幾乎是不可能的,只能做到盡量減少。可選用環保型樹脂、固化劑或高效樹脂固化劑降低加入量,盡量不用小企業產品,質量可信度低,游離酚、游離甲醛含量高,樹脂強度低,加入量高。

      ⑵ 選用無機粘結劑,無機粘結劑具有不揮發VOC及有毒、有害氣體等優點,在高效制芯領域,硅酸鹽粘結劑具有很大發展空間。其生產工藝一般采用對模具加熱,并輔以吹熱空氣的方法加快砂芯固化。

      目前,治理有機廢氣的技術方案主要有:吸收法、吸附法、冷凝法、燃燒法、生物法、低溫等離子法和光催化氧化法等。

      ⑴ 吸收法

      吸收法是利用廢氣中各混合組分在選定的吸收劑中溶解度不同,或者其中某一種或多種組分與吸收劑中活性組分發生化學反應,達到將有害物從廢氣中分離出來,凈化廢氣效查的一種方法。根據吸收劑是否參與化學反應分為物理、化學吸收兩類。

      物理吸收過程簡單,是單純的氣體物理溶解過程。吸收劑吸收限度取決于氣體在液體中的氣液平衡濃度;吸收速率主要取決于污染物從氣相轉入液相的擴散速度。物理吸收法多數情況下采用水作為吸收劑。

      化學吸收是氣體中組分與吸收劑發生化學反應。吸收限度同時取決于氣液平衡和液相反應的平衡條件;吸收速率同時取決于擴散速度和反應速度。化學吸收法常用的吸收劑有堿液、稀酸溶液等。

      ⑵ 活性炭吸附法

      吸附法是利用多孔性固體吸附劑將廢氣中一種或多種有害物質吸附于表面,達到將有害物從廢氣中分離出來,凈化廢氣的目的的一種方法。活性炭吸附法是采用活性炭為吸附劑的吸附法。

      活性炭吸附拋棄法:該法在活性炭吸附飽和后,更換新的活性炭,廢棄的活性炭作為危險固廢處理。主要優點是設備簡單、投資相對較省,吸附效率高,操作方便,無再生投資。缺點是活性炭更換頻繁,不適合用于處理有機物含量高的場合。

      活性炭吸附回收法:活性炭吸附有機廢氣飽和后,采用低壓蒸汽對活性炭再生,使得活性炭恢復吸附能力,重復利用。再生時經冷凝、分離等操作回收有機溶劑。采用雙吸附器切換輪流吸附或脫附,使吸附系統連續運行。本法適用于組分單一且難溶于水的有機廢氣處理,對于多組分或水溶性有機廢氣,回收得到的混合溶液需要采用精餾、鹽析等其它分離手段處理,回收高品質的溶劑。特別對中低濃度有機廢氣中的溶劑回收有很好的效果。

      活性炭吸附-熱脫附法:有機廢氣吸附-催化燃燒凈化裝置是有機廢氣濃縮吸附凈化和催化燃燒凈化有機組合的衍生裝置。吸取了兩者的優點把大風量低濃度的有機廢氣通過吸附濃縮后,進行徹底的氧化分解,生成無毒,無害的氣體排空,達到綜合治理凈化。首先,采用活性炭吸附裝置對大風量低濃度的有機廢氣進行吸附處理,凈化后的氣體達標排放;其次,利用熱空氣回流技術,用小風量熱空氣把吸附在活性炭上的有機廢氣采用脫附下來,脫附后廢氣被濃縮(濃縮5~10倍);然后,濃縮后的廢氣,采用催化燃燒裝置處理,徹底氧化分解為水和二氧化碳等無毒、無害的氣體,達到國家排放標準,高空排放。適用于大風量低濃度的有機廢氣的處理;

      ⑶ 燃燒法

      燃燒法一般分為直接燃燒、催化燃燒和蓄熱燃燒三種。

      直接燃燒法:利用燃氣或燃油等輔助燃料燃燒放出的熱量將混合氣體加熱到一定溫度(700~1000℃),駐留一定的時間,使可燃的有害氣體燃燒。該法工藝簡單、設備投資少,但能耗大、運行成本高。

      催化燃燒法:將廢氣預熱到200~300℃,經催化床燃燒,達到凈化目的。該法能耗低、凈化率高、無二次污染、工藝簡單操作方便。適用于高溫高濃度的有機廢氣治理,不適用于低濃度、大風量的有機廢氣治理。

      蓄熱燃燒法:通過將尾氣的溫度加熱到700~850℃,實現對有機物的完全燃燒,生成二氧化碳和水,廢氣燃燒后,通過熱交換將熱量儲存在蓄熱體內,蓄熱體在通過熱交換將熱量轉移到低溫廢氣,達到預熱的目的。蓄熱燃燒法運行低能耗,凈化效率高的,但是焚燒爐和蓄熱體成本較高,投資成本較高。

      (未完待續)
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