含镍废水蒸发器结垢解决方法的探究与应用

含镍废水蒸发器结垢解决方法的探究与应用

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1. 印刷电路信息2024年第1期 清洁生产与环境保护 含镍废水蒸发器结垢的清洁与解决方法 季瑞琪 宁伍珍 张浩 沈亚鹏 朱小明 (广东珠海) 摘要 介绍了含镍废水蒸发器的工作原理，并结合蒸发器和含镍废水的综合分析，得出了蒸发器结垢的主要原因及其结垢机理。在此基础上，通过一系列的试验研究，确定了一套稳定可靠的解决含镍废水蒸发器结垢的方法。此方法可推广应用于印刷电路板(PCB)行业，解决含镍废水处理的技术难点。 关键词 含镍废水;结垢;蒸发器;结垢机理 中图分类号:U664.9+2 文献标识码:A 文章编号

2、编号：（2024） 致 瑞琪 宁 张浩 申 祝 (GCI & Co.,Ltd., ,,China) 论文

3. 基于的和，的和其主要有。在此基础上，一组的和为o

4. f - 为 。这可用于板中解决 。关键;;; 引言在含镍废水蒸发浓缩系统中，由于蒸发系统的特点和含镍废水成分复杂，蒸发器的热交换将

5、管壁上生成大量白色鳞片状物质。这种白色鳞片状物质不溶于强酸、强碱，当其积累到一定厚度时，将增加换热器的热阻，降低蒸发器的热交换效率，造成循环水无热负荷，浪费电能，而且造成蒸发器内部流速过快，造成雾气夹带。因此，必须在蒸发器工作的同时加入阻垢剂和消泡剂。但阻垢剂和消泡剂会增加蒸发器处理含镍废水的成本，而且这种方法只能延长结垢时间，不能从根本上解决结垢问题。同时，换热器产生的水垢将大大增加后续人工处理的工作量，也会降低含镍废水蒸发浓缩的效率。 为了解决蒸发器问题作者简介：季瑞琪（1982届），男，助理工程师，本科，主要研究方向为PCB生产设备、环保设备优化等。-47清洁生产与环境保护清洁

6.及印制电路信息2024年第1期浓缩工作中存在的问题，要求研究一套新的方法，从根本上杜绝蒸发器结垢现象。1含镍废水蒸发器的工作原理及蒸发器结垢原因分析1.1含镍废水蒸发器的工作原理含镍废水蒸发器的工作原理是通过降低蒸发罐内的压力，来降低溶液的沸点。用真空泵将蒸发罐抽成真空状态，在此压力下，水的沸点约为35℃。溶液通过循环泵不断循环雾化到热交换器中，将溶液中的水蒸发出来；再通过冷凝装置将水蒸气冷却。蒸发器的主要动力部件——压缩机，作用于制冷剂。 在不同的热交换位置，通过控制制冷剂压力，同时实现蒸发和冷却，并将废热随制冷剂回收利用；另外，低温蒸发接近环境温度，不存在

7、有较大的温差热交换，最大限度减少了热损失，达到了节能的目的。含镍废水蒸发器如图1所示。1.2蒸发器结垢原因分析1.2.1含镍废水成分分析含镍废水由镍金沉淀生产线中的洗槽产生，主要含有镍离子、钙离子、镁离子等有机聚合物，pH值为34，无色透明，遇碱调节pH值到7以上时溶液会产生不溶的胶状物体。反渗透膜后的含镍废水呈绿色，与反渗透前的含镍废水相比，其镍离子、钙离子、镁离子含量均有所增加，pH值为23，遇碱调节pH值到7以上时有绿色沉淀产生，随着pH值的升高，绿色沉淀的量逐渐增多。 1.2.2蒸发器结垢原因分析取样检测得到的反渗透浓缩液数据如表1所示。由表1可以看出，含镍废水中钙离子

8、离子、硫酸根离子、镁离子的质量分数较高。其中硫酸镁在水中溶解度较大，硫酸钙在水中微溶，硫酸钙微溶于强酸、强碱的性质与蒸发器结垢相同。通过对蒸发器结垢固体的检测发现，其主要成分为硫酸钙。通过分析检测数据和实验结果，得出蒸发器结垢的原因是：蒸发器在蒸发含镍废水时，结垢分为三个过程，即溶液中过饱和晶核形成晶体生长。硫酸钙在特定的卤水中具有特定的溶解度，当卤水中硫酸钙的过饱和度达到一定程度时，会产生微观的硫酸钙晶粒作为晶体的核心，形成晶核；晶核形成后，硫酸钙分子很快聚集在晶核周围，形成大晶体。 晶体不断积累，最终形成不溶解的钙垢。2.2含镍废水蒸发器结垢解决方法的确定根据蒸发器结垢的原因，结合废水和蒸发器的状况，提出

9、先进行小试实验。在小试实验的基础上进行实际生产验证，最终确定解决蒸发器结垢的方法。2.1实验部分2.1.1实验项目实验仪器：加热器、烧杯、温度计、量筒。实验药品：乙二胺四乙酸（EDTA）（）；氢氧化钠（分析纯）（）；盐酸（）；含镍废水。2.1.2实验方案根据废水特点和蒸发器结垢原因，进行以下3组实验。方案一：由于在酸性条件下，硫酸钙溶解度随pH值的降低而逐渐增大，因此拟设计5组样品，每组1L，置于烧杯中，调节溶液pH值为2。

10、0、1.5、1.0、0.8、0.3，调节pH值置于加热器中加热至沸腾，直至溶液体积缩小至图1 含镍废水蒸发器表1 含镍废水检测数据单位：/(mgL1)样品名称含镍废水钙离子质量分数529硫酸根离子质量分数2.32104镁离子质量分数317-48印刷电路信息2024 No.1清洁生产环保清洁mL，观察蒸发后烧杯中的结晶情况，具体实验现象如图2所示，通过实验发现，随着含镍废水pH值的逐渐降低，蒸发后烧杯底部的晶体越来越少，当pH值降至0.3时，蒸发后烧杯底部不再产生结垢现象。 但由于pH值为0。

11、方案3，废液安全隐患大，强酸易损坏蒸发器，另外需要大量的盐酸来调节废液的酸性，约占蒸发含镍废液体积的50%，处理成本很高，蒸发过程中及蒸发后会产生强烈的刺激性酸性气体，安全隐患大，所以排除此方案。方案2：由于EDTA与钙离子络合生成的复合钙离子化合物在pH值小于等于6时比较稳定，易溶于水，因此建议加入EDTA，通过实验验证其减少结垢的效果。实验方案为：直接加入5%EDTA，充分搅拌后直接加热至沸腾，当溶液体积减少至100mL时，停止加热，观察结垢情况。 调节pH值至约5，加入5%EDTA，充分混合，直接加热至沸腾。当溶液体积减少至100mL时，停止

12、停止加热，观察结垢情况。实验现象如图3所示。实验表明，加入EDTA后，如果不调节pH值（含镍废液pH值为2.1），在加热过程中会产生大量泡沫，蒸发浓缩后在底部会产生大量白色固体，且难以除去。当pH值为5时，蒸发过程中基本没有泡沫。蒸发浓缩后，相对于不调节pH值的含镍废液，在烧杯底部会产生一层薄薄的白色固体。从实验现象得出此方案处理效果较差，因此排除此方案。方案3：硫酸钙在碱性条件下会与氢氧化物反应生成氢氧化钙沉淀。 同时含镍废液中的镍离子、镁离子、胶体聚合物（聚合物在碱性条件下会聚合成块状并沉淀）等成分也会析出，因此设计如下实验方案：拟设计5组样品，每组1L放入烧杯中，调节溶液pH值。

13、分别调节pH值为7.0、8.0、9.0、10.0、11.0，调节好pH值后，放在加热器上加热至沸腾，当溶液体积减少至100mL时，观察蒸发后烧杯内结晶情况。具体实验现象如图4所示。实验得出随着含镍废水pH值的逐渐升高，蒸发后烧杯底部结晶减少，当pH值升至11时，蒸发后烧杯底部无水垢形成。加入液碱后会产生绿色沉淀；随着pH值的升高，沉淀厚度增加，静置后分层，上层为清澈液体，下层为...

14、沉淀。实验现象表明此处理方法安全可靠，所用液碱量仅为含镍废水的2%左右，成本低；同时处理过程中无泡沫产生，下层沉淀可溶解于含镍废液中（沉淀溶解于含镍废液过程中无放热、无烟雾产生，整个溶解过程安全可靠），故拟在车间采用此处理方法进行实验。2.2车间实验验证通过小规模实验确定含镍废水蒸发器的实验方案，见表2，实验现象如图5所示。在含镍废水原液处理过程中，随着pH值的升高，溶液温度逐渐升高，当pH值为11.5左右时，温度约为3540。随着pH值的升高，含镍废液产生的沉淀量增加。 整个处理过程不产生任何有毒、有害、特殊臭味气体，原液处理过程安全可靠。处理后的原液进入蒸发器蒸发时，蒸发器内温度

15、无泡沫产生，证明无需添加消泡剂。蒸发器运行半个月后发现蒸发器内部基本没有结垢现象，证明此方法符合实际生产需要。为了验证此方法的稳定性，进行了为期三个月的实验验证，根据3个月内的实际实验情况及现场一线员工的反馈，处理效率由优化前的1t/d提高到2t/d，处理效果见表3。处理效果表明此处理方法符合实际需要，安全可靠，运行稳定，使蒸发器的处理效率提高了1倍，达到了除垢效果，降低了处理成本和员工工作量，提高了实际含镍废水系统的处理效率。此方法可应用于实际含镍废水系统的处理中。 2.3 处理方法的确定通过试验和车间验证，确定蒸发器结垢处理方法如下。（1）在含镍废液中加入工业级液碱，同时加入

16、搅拌至pH值调节至11.5停止加液碱。 (2)含镍废液处理完毕后，开启蒸发器，蒸发器蒸发过程中不再加阻垢剂、消泡剂，直至蒸发浓度达到规定标准后停止蒸发浓缩。 3后续工艺优化在实际生产操作中发现了一些问题，并提出了相应的解决方案，如下。 （1）液碱的加入属于手工操作，较为繁琐，且碱性条件下烧杯底部的结晶体图4表2含镍废水蒸发器实验方案1号含镍废水原液pH值1112是否加阻垢剂否是否加消泡剂否液碱搅拌方式搅拌/曝气验证周期/d90液碱投加量/L1520图5蒸发器蒸发后无水垢生成表3新方法处理效果及效益1号是否结垢否是否起泡否年节省药剂费用/元8000处理效率/（td1）

17.2 是否还有其他有毒气体产生？否-50印刷电路信息2024年第1期清洁生产与环境保护清洁生产与环境保护在添加过程中存在安全隐患，针对此问题，在原液储罐中增加了液碱输送管道。（2）蒸发后的浓缩液需要用移动式潜水泵泵送到含镍废水池，作业时工作量大，存在安全隐患，针对此问题，在浓缩液储罐中增加了管道，用隔膜泵泵送到含镍废水池。4 结论通过小试实验和车间验证，确定了一种解决蒸发器结垢的处理方法，该方法的处理效果满足了蒸发器除垢要求，节省了使用防垢剂和消泡剂的成本，同时根据实际生产情况对方法进行了优化和改进，整个方法安全可靠。参考文献1

18.邓克华，辛海涛，王兵. 改善废酸浓缩分离装置蒸发器结垢堵塞的工艺优化研究.硫酸工业学报，2017(9):4951.2李富华，项军，杜伟，等. 换热器结垢及除垢研究进展.盐业与化学工程学报，2017,46(6):2225.新丰面貌焕然一新2023年11月25日，应邀参加江西省新丰县委举办的“2023南脐橙国际博览会暨新丰县招商合作推介会”，并到访了景旺新丰公司，感受到了新丰电子电路产业蓬勃发展的景象。近年来，新丰县委、县政府高度重视PCB产业发展，致力于招商引资，力争引进大、强企业。 引进了晶旺、大聚、科翔等一批我国电子电路行业龙头企业和连锁龙头企业，聚集了江西强大电路、新丰福昌发、江西吉研新阳、新丰骏达电气等一批企业。

19、以 为代表的行业百强企业。目前，新丰园区已有PCB上下游企业61家，相关配套企业20余家。今年以来，中国电子电路行业协会（CPCA）不断深化与新丰县委、县政府的合作。今年4月起，CPCA人才培养基地、中国电子电路行业协会（CPCA）新丰学院正式揭牌；10月，中国电子电路行业协会（CECA）新丰学院开学典礼举行，首届电子电路“订单班”成功开班；11月，“2023电子电路创新发展大会暨产业链成果展中国电子电路暨江西新丰创新成果之夜”成功举办。 无论现在还是将来，中国电子电路行业协会（CPCA）都愿意与新丰一道，进一步发挥自身优势，盘活资源，推动人才培养与行业需求全方位融合，培养更多有爱心、有知识、有实践的行业力量，把新丰打造成

20、全球知名的绿色PCB产业中心、成本最低、生态最好、配套最齐全的一流绿色电子电路产业生态圈提供有力支撑！CPCA副理事长、理事长刘少白在新丰招商合作推介会上作了生动的发言，介绍了京旺新型高层PCB智能制造基地项目的情况。该项目分两期建设，总投资约30亿元，预计2024年1月底全面封顶，为京旺项目建设创下了新速度。相信新丰县委、县政府会像支持京旺一样，张开双臂支持每一家企业来新丰投资创业、携手共赢。预祝本次推介会圆满成功！CPCA副理事长、理事长、总经理杨朝晖作了充满激情的发言。 他说，大竹数控将深入调研、谋划扩大在新丰的投资，以新丰为核心展开新一轮战略布局，祝愿各位商界朋友在新丰的投资合作结出硕果。同时，我们热诚欢迎各位领导、企业家朋友到大竹考察、莅临大竹指导！我们坚信，电子电路产业在新丰一定会结出更大的硕果！（王龙基）-51