一种用于处理冶金废水的沉淀反应釜的制作方法

本发明涉及冶炼废水处理设备领域，特别涉及一种用于处理冶金废水的沉淀反应釜。

背景技术：

冶炼废水主要分为高炉煤气废水和炼钢炼铁废水，高炉煤气洗涤水主要含有较多的硫化物和碳化物，一般通过石灰软化—碳化法工艺处理，炼钢炼铁废水主要为热轧和冷轧废水，因此往往废水中含有大量的重金属和铁离子，特别是轧制彩钢时，其含有的铬、锌、锰等重金属量较高。目前，对于此类废水的处理方法一般采用中和处理法、化学法或膜分离法，其中由于中和处理法成本低，工艺简单，效果显著等优势而被普遍采用。

在现有处理工艺中，常会用到一种用于废水沉淀反应的反应釜或者反应器，由于并没有对冶炼废水处理设计有专用反应釜，现有使用的沉淀反应釜适的应性较差，往往出现各种各样的问题，例如，现有沉淀反应釜常设有搅拌装置，以实现对物料进行搅拌，由于废水中含有大量的金属离子和废酸，这些物质会对搅拌装置的叶片和驱动杆，特别是其连接间隙处造成严重腐蚀和堵塞，导致叶片表面“锈迹斑斑”，连接处常常结满污垢且难以清除，即使进行深度清洗，废水的强腐蚀作用使搅拌装置的尺寸稳定性难以保证，导致搅拌装置的搅拌叶片需要时常更换，这无疑增加了沉淀反应釜的运行成本，同时，搅拌装置在搅拌冶炼废水时，搅拌效果并不理想，加入的絮凝剂并未充分混合于冶炼废水中，进而导致絮凝剂的添加量较多，增加了沉淀反应釜的能耗。

同时，现有沉淀反应釜的加料方式都是从反应釜的上封头上加料，这种加料方式需要严格控制加料量和加料速度，否则陈嗲那反应釜会因物料的冲击而发生摇晃，影响工作的正常运行，而且，反应釜在受到物料长期冲击后，腔体会发生局部变形，进而进一步影响设备的正常运行。另外，沉淀反应釜内常产生难闻的废气，该废气中常伴有H₂S气体和一些含金属离子的水蒸气。这些废气对设备管道腐蚀严重，并且污染设备周围的工作环境，给现场工人的身体健康造成危害，无法达到绿色排放的目的。

技术实现要素：

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种用于处理冶金废水的沉淀反应釜，以解决上述存在的问题。

本发明采用的技术方案如下：一种用于处理冶金废水的沉淀反应釜，包括腔体，腔体上端密封连接有带有排气管的上封头，腔体下端密封连接带有进气管和排污管的下封头，腔体的中上部均布有若干个进料管，进料管采用切向斜插管式结构，腔体内部的上方设有净化装置，净化装置固定安装于进料管与排气管之间，净化装置包括百叶板和迷宫式斜板，百叶板设于迷宫式斜板的上方。

由于上述结构的设置，通过将进料管设计为切向斜插管式结构，废水以旋转离心方式进入腔体，进而大幅减小了物料对腔体的冲击，消除了物料对腔体的影响，实现了平稳加料；通过利用臭氧的氧化性质，向腔体内通入臭氧，然后在设置一净化装置，净化装置用于延长腔体内臭氧与废气混合后形成的混合气体的停留时间，使未完全反应的臭氧能够与废气长时间反应，消除废气中的H₂S和N_XO，以达到除臭目的，使臭氧得到充分利用，同时，臭氧在氧化过程中产生的硫酸盐沉淀和被挡获的非气体物质将会沿斜挡板顺流而下，最终经百叶板落入腔体内，使排出的气体内非气体物质含量极少，达到了绿色排放的目的。

作为优选，进料管朝腔体下部切向斜插，其水平面的倾斜角为5°-15°，废水能更好地沿着腔体旋转流入腔体下部，进而增加了废水在腔体内的铺展面积，利于后期的处理，同时还大幅减小了废水对腔体的冲击，消除了废水在进入腔体时四处溅射而污染腔体内部的现象，实现了平稳加料，沉淀反应釜摆动小，保证了工艺安全。

进一步，考虑到百叶板主要用于阻挡非气态物质，需要较强的耐腐蚀能力和防粘结能力，百叶板上涂覆一层防腐耐污涂料，防腐耐污涂料由以下重量份的原料组成：乙烯基树脂40-45份，改性石墨烯2-6份，云母粉5-7份，铜及其氧化物粉末10-15份，醋酸丁酯18-30份，碳化硅粉末2-5份，分散剂1-2份和流平剂0.5-1份。

进一步，耐污石墨烯涂料的制备方法包括：

步骤1、将厚度为10-20nm的石墨烯与无水乙醇按质量比为1：80的配比关系共混于搅拌器中并充分搅拌，然后加入0.6wt%的硅烷偶联剂搅拌均匀，再将混合物放入超声波乳化分散器充分分散，最后取出混合物并放入烘箱中烘干，得到改性石墨烯，备用；

步骤2、将乙烯基树脂和分散剂BYK-ATU加入反应器内，然后用搅拌机以800r/min的转速对混合组分进行搅拌直至分散均匀，得到基料；

步骤3、向步骤2得到的基料中依次加入改性石墨烯、云母粉、碳化硅粉末、铜及其氧化物粉末，然后加入醋酸丁酯，用搅拌机对混合料进行充分搅拌，搅拌速度为1000r/min，直至分散均匀，得到初始涂料；

步骤4、将流平剂BYK-355加入步骤3的初始涂料中，用分散机分散均匀后得到未固化的涂料，将未固化的涂料泵入空气喷枪的储料罐中，然后用空气喷枪喷涂在处理过的百叶板的表面，静置至涂层流平后，于140℃下真空烘烤固化成膜，然后再保温10min，随炉冷却至室温后即得。

上述中，改性石墨烯作为耐腐蚀、耐渗透物质，其具有的优秀综合性能，能够大幅提高防腐耐污涂料的综合性能，能够使形成的涂层的耐冲刷及耐强酸碱均得到增强；铜及其氧化物粉末能够在形成的涂层的表面形成微米结构，特别是当铜氧化成具有纳米结构的Cu₂O时，与铜氧化物共同作用，在涂层的表面随时间慢慢长出纳米线，这些纳米线会起到减小大分子污物与涂层的接触面积，使大分子污物的铺展受到限制，在宏观上，使涂层展现出具有一定的疏水性能，进而在提高防腐耐污涂料的防腐性能的同时，还提高了防腐耐污涂料的耐污能力，使涂层更经久耐用；云母粉能够在表面张力的作用下在涂料内形成基本平行的取向排列，阻止混合气体中腐蚀性物质对涂层进行渗透，提高了涂层的耐腐蚀性，同时云母粉还可以承受拉应力，增加了涂层的附着力，提高了涂层的机械性能。

进一步，为了更好地实施本发明的净化装置，迷宫式斜板包括L型挡板，L型挡板沿腔体轴向方向，自上而下依次倾斜安装在腔体内形成迷宫式斜板，L型挡板由斜挡板和竖挡板组成，斜挡板和竖挡板相交形成L形，其相交的夹角在可以在30°-150°，优选为60°或者120°，斜挡板和竖挡板固定连接形成L型挡板，或者自为一体形成L型挡板。

进一步，为了使净化的气体更好地逸出净化装置，L型挡板的竖挡板与相邻L型挡板的斜挡板的间距为5-20mm。

进一步，竖挡板上设有若干通孔，竖挡板的开孔率为50-80%。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、通过将进料管设计为切向斜插管式结构，废水以旋转离心方式进入腔体，进而大幅减小了物料对腔体的冲击，消除了物料对腔体的影响，实现了平稳加料；

2、通过利用臭氧的氧化性质，向腔体内通入臭氧，然后在设置一净化装置，净化装置用于延长腔体内臭氧与废气混合后形成的混合气体的停留时间，使未完全反应的臭氧能够与废气长时间反应，消除废气中的H₂S和N_XO，以达到除臭目的，使臭氧得到充分利用，同时，臭氧在氧化过程中产生的硫酸盐沉淀和被挡获的非气体物质将会沿斜挡板顺流而下，最终经百叶板落入腔体内，使排出的气体内非气体物质含量极少，进而对废气进行了净化处理，达到了绿色排放的目的。

附图说明

图1是本发明的一种沉淀反应釜结构示意图；

图2是图1中A-A截面的结构示意图；

图3是本发明的沉淀反应釜的净化装置结构示意图；

图4是图3中B部分的局部放大图；

图5是本发明的沉淀反应釜的沸腾板和气体分布室结构示意图；

图6是本发明的气体分布室的另一种情况的俯视结构示意图；

图7是本发明的光圈开闭装置关闭时的结构示意俯视图；

图8是光圈开闭装置的开启状态结构示意图。

图中标记：1为沉淀反应釜，101为腔体，102为上封头，1021为排气管，103为下封头，1031为进气管，1032为排污管，104为添料管，105为清液管，106为进料管，107为净化装置，1071为百叶板，1072为迷宫式斜板，1073为斜挡板，1074为竖挡板，1075为通孔， 108为沸腾板，1081为气孔，1082为小沸腾板，109为气体分布室，1091为密封隔板，1092为小气体分布室，110为光圈开闭装置，1101光圈开闭盘，1102为支撑环，1103为扇片，1104为拉杆。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1至图3所示，一种含重金属冶金废水的沉淀反应釜1，包括腔体101，腔体101上端密封连接有带有排气管1021的上封头102，腔体101下端密封连接带有进气管1031和排污管1032的下封头103，腔体101一侧的上部设有添料管104，腔体101的另一侧的上部设有清液管105，腔体101的中上部上，均布有若干个进料管106，进料管106采用切向斜插管式结构；腔体101内，腔体101的上部设有净化装置107。

作为一种实施方式，腔体的下部设有沸腾装置，所述沸腾装置包括沸腾板108，沸腾板108的中部开孔并连接排污管1032，腔体通过排污管向外排出物料，以使污泥流入排污管1032内，沸腾板108、排污管1032和下封头103形成相互密封连接形成气体分布室109，进气管1031将气体通入气体分布室109内。

作为一种优选地实施方式，进料管106朝腔体101下部切向斜插，其水平面的倾斜角为5°-15°，优选为7°，当然也可选择0°或者15°。通过离心式旋转及给予的朝下加速度，废水能更好地沿着腔体101旋转流入腔体101下部，进而增加了废水在腔体101内的铺展面积，利于后期的处理，同时还大幅减小了废水对腔体101的冲击，消除了废水在进入腔体时四处溅射而污染腔体101内部的现象，实现了平稳加料，沉淀反应釜1摆动小，保证了工艺安全。

更进一步地说，净化装置107包括百叶板1071和迷宫式斜板1072，如图3和图4所示，添料管104、清液管105和进料管106在百叶板1071下方，百叶板1071的上方为迷宫式斜板1072，百叶板1071用于通过气体并同时阻挡非气体物质。

作为进一种实施方式，如图3和图4所示，迷宫式斜板1072包括L型挡板，L型挡板由斜挡板1073和竖挡板1074组成，斜挡板1073和竖挡板1074相交形成L形，其相交的夹角在可以在30°-150°之间，优选为60°或者120°，斜挡板1073和竖挡板1074可以分拆为两部分形成L型挡板，也可以自为一体形成L型挡板，L型挡板自上而下依次倾斜固定安装在腔体101内，以形成迷宫式斜板1072。

作为进一种优选实施方式，L型挡板的竖挡板1074与相邻L型挡板的斜挡板1073的间距为5-20mm，优选为8mm。竖挡板1074上设有若干通孔1075，竖挡板的开孔率为50-80%，优选为65%，以便于气体通过通孔向腔体101上部流动，同时保证竖挡板具有一定的强度。

如图1所示，净化装置107的上方为排气管1021，排气管1021通过轴流式风机4将腔体101内的气体向腔体101外排出。净化装置107用于延长腔体101内混合气体的停留时间，使未完全反应的臭氧能够与废气长时间反应，消除废气中的H₂S和N_XO，以达到除臭目的，同时，使臭氧得到充分利用。

更具体地说，净化装置107一方面可使排出的气体内非气体物质含量极少，另一方面，使废水产生的臭气与未完全反应的臭氧混充分混合，并延长其停留时间，在反应过程中，产生的硫酸盐沉淀和被挡获的非气体物质沿斜挡板1073顺流而下，最终经百叶板1071落入腔体101内。

更进一步地说，考虑到百叶板主要用于阻挡非气态物质，需要较强的耐腐蚀能力和防粘结能力，百叶板上涂覆一层防腐耐污涂料，防腐耐污涂料由以下重量份的原料组成：乙烯基树脂40-45份，改性石墨烯2-6份，云母粉5-7份，铜及其氧化物粉末10-15份，醋酸丁酯18-30份，碳化硅粉末2-5份，分散剂1-2份和流平剂0.5-1份。

进一步，耐污石墨烯涂料的制备方法包括：

步骤1、将厚度为10-20nm的石墨烯与无水乙醇按质量比为1：80的配比关系共混于搅拌器中并充分搅拌，然后加入0.6wt%的硅烷偶联剂搅拌均匀，再将混合物放入超声波乳化分散器充分分散，最后取出混合物并放入烘箱中烘干，得到改性石墨烯，备用；

步骤2、将乙烯基树脂和分散剂BYK-ATU加入反应器内，然后用搅拌机以800r/min的转速对混合组分进行搅拌直至分散均匀，得到基料；

步骤3、向步骤2得到的基料中依次加入改性石墨烯、云母粉、碳化硅粉末、铜及其氧化物粉末，然后加入醋酸丁酯，用搅拌机对混合料进行充分搅拌，搅拌速度为1000r/min，直至分散均匀，得到初始涂料；

步骤4、将流平剂BYK-355加入步骤3的初始涂料中，用分散机分散均匀后得到未固化的涂料，将未固化的涂料泵入空气喷枪的储料罐中，然后用空气喷枪喷涂在处理过的百叶板的表面，静置至涂层流平后，于140℃下真空烘烤固化成膜，然后再保温10min，随炉冷却至室温后即得。

为了更好地解释和实施本发明的防腐耐污涂料，以下表1示出了本发明的硬质聚氨酯材料的几个具体配方，应当说明，以下具体配方主要是为了更好地实施本发明，而并非为了限制本发明。

表1：

注：上述各组分的参数均表示重量份数，即单位为重量份。

上表中，各配方得到的涂层经检测，通过划格法检测，其附着力达到1级，在200℃*200h下，涂层未发生掉落，在80℃，15wt%的热硫酸浸泡60天后，涂层表面无明显异常，具有优秀的耐腐蚀能力。

如图5和图6所示，沸腾板108上均布有若干气孔1081，气孔1081内设有倒膜，以防止废水倒流至气体分布室109内，沸腾板108的横剖面可以为直线，也可以为凹线，优选地，沸腾板108的断面为朝腔体101下部弯曲的弧线，以使沸腾板108上的废水或者污泥汇集于排污管1032的上部，以便于更好地排污。

通过进气管1031向气体分布室109通入臭氧气体，当气体分布室109内的压强达到一定值后，通过沸腾板108上的气孔1081喷入腔体101内，沸腾板108上的废水或污泥在喷出的气体的作用下，迅速“沸腾”（所谓沸腾，实则为一种在液体内大量冒气现象，而并非传统意义上通过高温加热使液体产生的沸腾），废水内出现大量气泡，伴随离心式旋转，气泡盘旋上升，使沉淀反应釜1内的废水发生猛烈搅拌，使废水的浓度分布更均匀，且无需再对废水进行机械搅拌，免去了机械搅拌装置，简化了沉淀反应釜1的机械结构，避免了机械搅拌装置带来的各种问题，使沉淀反应釜1的适应性更强。同时，在螺旋盘升的气泡中，气泡内的气体与废水发生充分接触，增大了臭氧与废水的接触面积和延长了接触时间，废水与臭氧反应更充分，提高了臭氧的利用率。

作为一种改进方案，气体分布室109可以通过密封隔板1091相互分割为多个相互独立地小气体分布室1092，如图6所示，相邻小气体分布室1092之间互不通气，每个小气体分布室1092至少连接一个进气管1031，通过将气体分布室109分割为多个小气体分布室1092，可根据需要，随意调整沸腾板108上各区域的气量大小，使沸腾板108上的废水或污泥均匀“沸腾”，以防止腔体101中某个区域的气量不足或过多，使臭氧与废水或污泥接触更充分，无接触盲区或接触不足现象存在，提高反应效率。作为优选，气体分布室109可由密封隔板1091均分为6个独立的小气体分布室1092，每个小气体分布室1092连接一个进气管1031，以更好地控制沸腾板108上各区域的气量大小，从而使气体与腔体101内的废水进行更有效的均匀混合接触，使反应进行的更充分。

上述中，小气体分布室1092的设置还能及时解决堵料和废水混合不均的问题，即，当沸腾板108上某个气孔1081或者某个区域的多个气孔1081发生堵塞时，只需通过加大该气孔1081相对应地小气体分布室1092的通气量使气孔1081重新通畅，相比于只有一个气体分布室109的结构，无需增大整个气体分布室109的通气量，减少了解决该问题所需的通气量，增压时间短，反应处理时间快，避免了整体通气量的加入对腔体101内造成的不利影响（过度“沸腾”易导致废水或污泥四处飞溅，净化装置易受到废水污染）；当废水在旋转混合过程中，腔体101内某个区域内的废水出现混合不均和堆料问题时，只需通过增大该区域所对应的小气体分布室1092的通气量就能解决该问题，使臭氧与废水混合反应更充分，提高了沉淀反应釜1的适应性能。

作为进一步地改进方案，沸腾板108也可均分为多个小沸腾板1082，相邻小沸腾板1082之间密封连接，或者也可根据气体分布室109的数量分割为一一对应地小沸腾板1082，即每个小沸腾板1082对应一个小气体分布室1092，如图6所示，小沸腾板1082之间密封无缝连接，以防止废水和污泥泄漏。将沸腾板108模块化后，既便于沸腾板108的安装和拆卸，又便于沸腾板108的清洗更换，当沸腾板108出现堵塞或者污垢需要拆下解决时，只需拆下被堵塞或占有污垢的小沸腾板1082即可，避免了直接拆下沸腾板108的麻烦。

作为一种改进实施方式，气体分布室109内设有光圈开闭装置110，如图5至图8所示，光圈开闭装置110包括设于排污管1032内的用于开闭排污管1032的光圈开闭盘1101，设于排污管1032外的用于支撑光圈开闭盘1101的支撑环1102，以实现更好地控制排污管1032的开闭控制。

作为一种改进实施方式，光圈开闭盘1101由多个均分的扇片1103组成，优选为5个，扇片1103通过拉杆1104转动连接在支撑环1102上，光圈开闭盘1101用于排污管1032的开闭控制，支撑环1102转动连接在下封头103上，当支撑环1102朝一个方向转动时，扇片1103开启，排污管1032导通，腔体101内的废水和污泥通过排污管1032排出沉淀反应釜101外，反之，当支撑环1102朝反方向回转时，扇片1103关闭，排污管1032不通。通过设置光圈开闭装置110，相比于价格较贵的电子阀门，结构原理简单，易安装拆卸，清洗方便，易于控制，不易发生故障，非常适用于沉淀反应釜1中。

更进一步地说，考虑到扇片直接浸泡于具有较强腐蚀性的污泥和废水中，同时还承受较强的冲刷冲击，扇片用硬质聚氨酯材料制成，硬质聚氨酯材料由以下重量份的原料组成：聚氨酯预聚体95-100份、聚氨酯增韧剂2-6份、铜及其氧化物粉末12-15份、醋酸丁酯15-20份、玻璃纤维8-11份、硅烷偶联剂1-5份、固化剂30-40份、消泡剂1-5份、碳化硅颗粒20-30份、二硫代氨基甲酸稀土促进剂2-5份和对氨基苯磺酸镧防老剂2-5份。硬质聚氨酯材料的制备方法包括以下步骤：

步骤一、对反应容器进行彻底干燥处理，然后将低聚物多元醇在真空度为0.1MPa的条件下，于110℃脱水2h，控制水分在0.03%以下，然后在80℃时与已配量好的多异氰酸酯反应生成低分子量预聚物，反应时间为3h，得到聚氨酯预聚体A组分，遮光存储待用；

步骤二、取设计量的碳化硅颗粒放入容器中，倒入去离子水进行超声波清洗2次，然后滤净置于耐热容器中；

步骤三、将装有碳化硅颗粒的耐热容器置于烘干炉中进行烘干处理，烘干温度为250℃，烘干时间为60min，然后取出加入无水乙醇进行超声波清洗1次，然后再置于烘干炉中进行烘干处理，烘干温度为130℃，烘干时间为50min，最后取出待用；

步骤四、将步骤三得到的碳化硅颗粒与设计量的玻璃纤维、铜及其氧化物粉末一起混合搅拌均匀，然后加入醋酸丁酯继续搅拌均匀，得到B组分；

步骤五、将设计量的固化剂、二硫代氨基甲酸稀土促进剂和防老剂一起混合搅拌均匀，得到C组分；

步骤六、取设计量的A组分、B组分和C组分，向A组分中加入设计量的聚氨酯增韧剂和无水乙醇稀释搅拌均匀，然后加入设计量的硅烷偶联剂、B组分和消泡剂匀速搅拌，最后加入设计量的C组分并搅拌均匀，得到混合液体；

步骤七、静置混合液体直至气泡除尽，待混合液体完全固化后即得。

为了更好地解释和实施本发明的硬质聚氨酯材料，以下表2示出了本发明的硬质聚氨酯材料的几个具体配方，应当说明，以下具体配方主要是为了更好地实施本发明，而并非为了限制本发明。

表2：

注：上述各组分的参数均表示重量份数，即单位为重量份。

上表中，各实施例得到的硬质聚氨酯材料经检测，具有优秀的耐腐蚀能力，其弯曲强度和屈服强度良好，能够承受较大的载荷，韧性较好，能够在重复受力情况下不发生塑性变形，用料浆冲蚀磨损试验机对硬质聚氨酯材料进行冲蚀磨损测定，其中砂浆射流速度为14m/s，砂浆含砂量为9-10wt%，冲蚀磨损时间为2h，得到其冲蚀磨损量最小为0.327mg/h。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。