一种净化工业废气的处理方法与流程

本发明涉及一种去除冶金工业废气中的金属镍的处理方法，属于环境保护中的废气处理领域。

背景技术：

镍是一种银白色、硬而有延展性并具有铁磁性的金属元素，它能够高度磨光和抗腐蚀。镍属于亲铁元素，它在地核中的含量最高，其形态为天然的镍铁合金。在地壳中铁镁质岩石含镍高于硅铝质岩石，橄榄岩含镍为花岗岩的1000倍，辉长岩含镍为花岗岩的80倍。

镍的化学性质较活泼，但比铁稳定。室温时在空气中难以氧化，不易与浓硝酸反应。细镍丝可燃，加热时与卤素反应，在稀酸中缓慢溶解，能吸收相当数量的氢气。镍不溶于水，常温下在潮湿空气中表面形成致密的氧化膜，能阻止本体金属继续氧化。在稀酸中可缓慢溶解，释放出氢气而产生绿色的正二价镍离子Ni2+；耐强碱。镍可以在纯氧中燃烧，发出耀眼白光。同样的，镍也可以在氯气和氟气中燃烧。对氧化剂溶液包括硝酸在内，均不发生反应。

金属镍主要用于生产合金（如镍钢和镍银）及用作催化剂（如拉内镍，尤指用作氢化的催化剂），可用来制造货币等，将镍镀在其他金属上可以防止生锈。镍主要用来制造不锈钢和其他抗腐蚀合金，如镍钢、镍铬钢及各种有色金属合金，含镍成分较高的铜镍合金，就不易腐蚀。镍也作加氢催化剂和用于陶瓷制品、特种化学器皿、电子线路、玻璃着色以及镍化合物制备等等。

金属镍几乎没有急性毒性，一般的镍盐毒性也较低，但羰基镍却能产生很强的毒性。羰基镍以蒸汽形式迅速由呼吸道吸收，也能由皮肤少量吸收，前者是作业环境中毒物侵入人体的主要途径。羰基镍在浓度为3.5μg/m³时就会使人感到有如灯烟的臭味，低浓度时人有不适感觉。吸收羰基镍后可引起急性中毒，10分钟左右就会出现初期症状，如：头晕、头疼、步态不稳，有时恶心、呕吐、胸闷；后期症状是在接触12至36小时后再次出现恶心、呕吐、高烧、呼吸困难、胸部疼痛等。接触高浓度时发生急性化学肺炎，最终出现肺水肿和呼吸道循环衰竭而致死亡。

目前，我国应用较为广泛的含镍冶金废气处理方法主要有干法、湿法、过滤和静电4类，最常用的是袋式除尘器（过滤）、旋风式除尘器（干法）、泡沫除尘器（湿法）等。随着对除尘效率要求的提高，静电除尘也逐步开始使用起来。

（1）干法处理：

干法处理主要是利用含镍颗粒物与废气的密度差异，通过重力分离、惯性分离或离心分离等物理分离方式，对含镍烟气进行净化处理，主要包括重力式除尘器、冲击式惯性除尘器、旋风式除尘器等。其优点是建设成本较低、工艺技术简单，但存在处理效率底、设备磨损较大等缺点。

（2）湿法处理：

湿法处理主要是利用液体（一般为水）洗涤含有镍的废气，利用形成的液膜、液滴或者气泡捕获气体中的含镍颗粒物，尘粒随液体排出，使废气得到净化，主要包括喷雾式洗涤除尘器、旋风式洗涤除尘器、文丘里洗涤除尘器等。其优点是处理效率较高、适用于处理高温、高湿、易燃、易爆的废气，但存在建设成本较高、占地面积大、易造成二次污染等缺点。

（3）过滤处理：

过滤处理主要是使含有镍颗粒物的废气通过多孔滤料，把其中的镍颗粒物截留下来，使废气得到净化，主要包括内部过滤式除尘器、外部过滤式除尘器、布袋式除尘器等。其优点是处理效率高、工艺技术简单，但不适用于处理高温、含油或者粘性废气。

（4）静电处理：

静电处理主要是利用高压电场所产生的静电吸引作用，使含镍颗粒物与废气分离，主要包括管式电除尘器、板式电除尘器等。其优点是处理效率很高、设备阻力小、能耗低、耐高温，但存在建设成本高、设备占地面积大，不适合中小企业使用等缺点。

目前，我国普遍采用的含镍废气处理方法，普遍存在建设成本高、占地面积大、适应性差、处理效果不理想等缺点。因此，有必要摆脱现有的治理技术路线，开辟出净化处理含镍冶金工业废气的新途径，进而开发一种全新形式的含镍冶金工业废气净化处理技术。

技术实现要素：

一种净化工业废气的处理方法，该系统主要用于去除冶金工业废气中的金属镍，含有金属镍的冶金工业废气通过气体管路进入防冲击保护器，防冲击保护器的出气进入多参数气体测试仪，对废气的温度、含湿量、流速、流量等参数进行实时监测，多参数气体测试仪的出气进入碱洗脱酸装置，碱洗脱酸装置使用氢氧化钙溶液对含有氯化氢的酸性物质的废气进行碱洗中和，以保护后端处理设备不受酸性物质的腐蚀，碱洗脱酸装置的出气进入前端引风机，前端引风机的出气进入双磁矩交变催化-镍氧簇合成分离净化装置，双磁矩交变催化-镍氧簇合成分离净化装置的出气进入静电式除尘器，对废气中的其他颗粒污染物进行初步净化处理，静电式除尘器的出气进入湿式气体净化器，在此对处理后的废气进行水洗冷却和深度净化，湿式气体净化器的出气进入末端引风机，末端引风机的出口通过气体管路连通大气环境。

其中，双磁矩交变催化-镍氧簇合成分离净化装置采用铝合金材质，其左侧下部设有进气阀门，右侧上部设有排气阀门，进气阀门后端连接有1套三元催化氧化器，三元催化氧化器后端通过气体管路连接至装置内部，装置内部分别安装有1支外圈U形电磁铁和1支内圈U形电磁铁，内圈U形电磁铁位于外圈U形电磁铁内部，2支U形电磁铁底端均通过连接转轴连接至1部驱动电机，装置中央位置固定有1支镍氧簇捕集肼，镍氧簇捕集肼上、下两端分别由轻钢固定支杆予以固定；

其中，含有金属镍的冶金工业废气通过位于双磁矩交变催化-镍氧簇合成分离净化装置左侧下部的进气阀门进入装置内部，废气首先经过三元催化氧化器氧化，废气中各种化学形态的镍元素均被氧化并转化为氧化亚镍（NiO），之后，含有氧化亚镍的废气经过气体管路进入装置内部，此时，位于装置内部的外圈U形电磁铁和内圈U形电磁铁在驱动电机和连接转轴的带动下开始在装置内部做圆周转动，并且，外圈U形电磁铁做逆时针转动，而内圈U形电磁铁做顺时针转动，从而在两套U形电磁铁中间的位置上产生一个双磁矩交变电磁场，此时，废气中的氧化亚镍会受到该交变磁场的催化作用，发生分子汇聚并逐步化合生成镍氧簇，镍氧簇一旦产生，便会立即被位于两套U形电磁铁中央的镍氧簇捕集肼捕集吸附，从而使废气中的金属镍得以去除，经过净化处理后的废气通过位于装置右侧上部的排气阀门排出本装置，并进入下一处理工序；同时，当镍氧簇捕集肼接近吸附饱和状态时，可使用新的镍氧簇捕集肼对其进行替换；其中，防冲击保护器的作用是当废气流量和压力不稳定时，可起到抗压缓冲作用，以保护后端处理设备；其中，多参数气体测试仪可对废气的温度、含湿量、流速、流量等参数进行实时监测；其中，碱洗脱酸装置使用氢氧化钙溶液对含有氯化氢等酸性物质的废气进行碱洗中和，以保护后端处理设备不受酸性物质的腐蚀。

其中，双磁矩交变催化-镍氧簇合成分离净化装置的有效容积为330m³，工作压力范围为8.5~24.0MPa，其外壳采用镁铝合金制成，所含镁铝比例分别为22.8%和77.2%。

其中，双磁矩交变催化-镍氧簇合成分离净化装置，其外圈U形电磁铁和内圈U形电磁铁均采用硅含量为4.4%的高硅钢片，绕线匝数为2850匝，工作电压为380V，能够产生磁感强度为15.3T的电磁场。

其中，双磁矩交变催化-镍氧簇合成分离净化装置，其镍氧簇捕集肼外径为385mm，内装1.40kg的黄原酸酯类和二硫代胺基甲酸盐类衍生物作为捕集剂，捕集剂纯度为76.6%。

通过本系统处理后的废气，其金属镍的去除效率可达99.6%。

本发明的优点在于：

（1）本方法摆脱了现有的冶金工业废气中金属镍的治理模式，创造性的将废气中各种形态的镍元素转化为氧化亚镍（NiO），之后使其处于一个由两套U形电磁铁对向旋转叠加而产生的双磁矩交变磁场中，此时，废气中的氧化亚镍会受到该交变磁场的催化作用而汇聚生成镍氧簇，再使用特定的金属氧化物捕集肼即可将镍氧簇从废气中捕集去除。此方法对废气中的金属镍有很强的选择净化特性，是一种非常有针对性的净化处理手段。

（2）本方法中，使用完毕的镍氧簇捕集肼可经人工更换处理，并且可对镍氧簇捕集肼中吸附的金属镍进行提炼，实现资源的再利用。

（3）本方法不使用任何化学药剂作为处理物料，一方面大大减少了购置处理物料所产生的成本，另一方面还杜绝了引入危害更大的污染物的风险。

（4）本方法技术路线先进，设备占地面积较小，并且处理效果良好，运行维护成本很低，有利于大范围推广应用。

附图说明

图1是本发明的设备示意图。

图中：1-防冲击保护器、2-多参数气体测试仪、3-碱洗脱酸装置、4-前端引风机、5-双磁矩交变催化-镍氧簇合成分离净化装置、6-静电式除尘器、7-湿式气体净化器、8-末端引风机

图2是双磁矩交变催化-镍氧簇合成分离净化装置的示意图。

51-进气阀门、52-三元催化氧化器、53-外圈U形电磁铁、54-内圈U形电磁铁、55-连接转轴、56-驱动电机、57-镍氧簇捕集肼、58-轻钢固定支杆、59-排气阀门。

具体实施方式

如图1所示的去除冶金工业废气中金属镍的处理方法，含有金属镍的冶金工业废气通过气体管路进入防冲击保护器1，其作用是当废气流量和压力不稳定时，可起到抗压缓冲作用，以保护后端处理设备，防冲击保护器1的出口通过气体管路连接多参数气体测试仪2，多参数气体测试仪2可对废气的温度、含湿量、流速、流量等参数进行实时监测，多参数气体测试仪2的出口通过气体管路连接碱洗脱酸装置3，碱洗脱酸装置3使用氢氧化钙溶液对含有氯化氢等酸性物质的废气进行碱洗中和，以保护后端处理设备不受酸性物质的腐蚀，碱洗脱酸装置3的出口通过气体管路连接前端引风机4，其作用是提供废气流动所需要的动力，前端引风机4的出口通过气体管路连接双磁矩交变催化-镍氧簇合成分离净化装置5，双磁矩交变催化-镍氧簇合成分离净化装置5的出口通过气体管路连接静电式除尘器6，其作用是对废气中的其他颗粒污染物进行初步净化处理，静电式除尘器6的出口通过气体管路连接湿式气体净化器7，在此对处理后的废气进行水洗冷却和深度净化，湿式气体净化器7的出口通过气体管路连接末端引风机8，末端引风机8的出口通过气体管路连通大气环境；其中，双磁矩交变催化-镍氧簇合成分离净化装置5采用铝合金材质，其左侧下部设有进气阀门51，右侧上部设有排气阀门59，进气阀门51后端连接有1套三元催化氧化器52，三元催化氧化器52后端通过气体管路连接至装置内部，装置内部分别安装有1支外圈U形电磁铁53和1支内圈U形电磁铁54，内圈U形电磁铁54位于外圈U形电磁铁53内部，2支U形电磁铁底端均通过连接转轴55连接至1部驱动电机56，装置中央位置固定有1支镍氧簇捕集肼57，镍氧簇捕集肼57上、下两端分别由轻钢固定支杆58予以固定；其中，含有金属镍的冶金工业废气通过位于双磁矩交变催化-镍氧簇合成分离净化装置5左侧下部的进气阀门51进入装置内部，废气首先经过三元催化氧化器52氧化，废气中各种化学形态的镍元素均被氧化并转化为氧化亚镍（NiO），之后，含有氧化亚镍的废气经过气体管路进入装置内部，此时，位于装置内部的外圈U形电磁铁53和内圈U形电磁铁54在驱动电机56和连接转轴55的带动下开始在装置内部做圆周转动，并且，外圈U形电磁铁53做逆时针转动，而内圈U形电磁铁54做顺时针转动，从而在两套U形电磁铁中间的位置上产生一个双磁矩交变电磁场，此时，废气中的氧化亚镍会受到该交变磁场的催化作用，发生分子汇聚并逐步化合生成镍氧簇，镍氧簇一旦产生，便会立即被位于两套U形电磁铁中央的镍氧簇捕集肼57捕集吸附，从而使废气中的金属镍得以去除，经过净化处理后的废气通过位于装置右侧上部的排气阀门59排出本装置，并进入下一处理工序；同时，当镍氧簇捕集肼57接近吸附饱和状态时，可使用新的镍氧簇捕集肼57对其进行替换；其中，防冲击保护器1的作用是当废气流量和压力不稳定时，可起到抗压缓冲作用，以保护后端处理设备；其中，多参数气体测试仪2可对废气的温度、含湿量、流速、流量等参数进行实时监测；其中，碱洗脱酸装置3使用氢氧化钙溶液对含有氯化氢等酸性物质的废气进行碱洗中和，以保护后端处理设备不受酸性物质的腐蚀；其中，双磁矩交变催化-镍氧簇合成分离净化装置5的有效容积为330m³，工作压力范围为8.5~24.0MPa，其外壳采用镁铝合金制成，所含镁铝比例分别为22.8%和77.2%；其中，双磁矩交变催化-镍氧簇合成分离净化装置5，其外圈U形电磁铁53和内圈U形电磁铁54均采用硅含量为4.4%的高硅钢片，绕线匝数为2850匝，工作电压为380V，能够产生磁感强度为15.3T的电磁场；其中，双磁矩交变催化-镍氧簇合成分离净化装置5，其镍氧簇捕集肼57外径为385mm，内装1.40kg的黄原酸酯类和二硫代胺基甲酸盐类衍生物作为捕集剂，捕集剂纯度为76.6%。

通过本方法处理后的废气，其金属镍的去除效率可达99.6%。