照相用硝酸银生产工艺技改实践.doc

稿件编号：19376 第一作者：杨积福 修改稿照相用硝酸银生产工艺技改实践 杨积福1，左永伟1（1.铜陵有色金属集团控股有限公司铜冠冶化分公司 安徽 铜陵244000）摘 要 照相用硝酸银是制备感光乳剂的主要原材料，由于感光材料的特殊性，对硝酸银质量要求特别高。针对照相用AgNO3工艺存在的缺陷，进行了技术改造。技改后，产品质量及产量均达到预期目标。关键词 硝酸银；系统；技术改造；质量中图分类号TQ111.16 文献标识B 文章编号收稿日期 2015年6月23日作者简介 杨积福（1970年-），男，安庆怀宁人，大学本科，机械工程师，从事机械设备技术和管理工作。联系手机电子邮箱 tgyh_yjf 163.com收书地址 安徽铜陵有色金属集团控股有限公司铜冠冶化分公司（244000） Practice with the silver nitrate production process of technical photographyYang Jifu1 ，Zuo yongwei 2(Tongguan Metallurgical and Chemical Branch,Tongling Nonferrous Metals Group Holdings Co.,Ltd.,Tongling Anhui,244000,China)Abstract: Silver nitrate is the main raw material for preparation of photographic emulsions，due to the special nature of photographic material, the quality of silver nitrate is particularly high。In view of the defects in the process of AgNO3 production, the technical reform is carried out。After technological innovation, product quality and yield are achieved the expected goal。Keywords: Silver nitrate； System；Technological innovation；Quality 1 AgNO3工艺存在的问题中科铜都公司与中科院合作开发研制了80 t/a的照相用高纯AgNO3生产项目，AgNO3是制备感光乳剂的主要原材料，由于感光材料的感观特性及机理的限定，对AgNO3的纯度有很高的要求，用来生产彩照感光材料的照相用硝酸银绝大部分的杂质离子都要求在0.1 ppm左右1。由于现有AgNO3生产工艺水平和设备装配落后，产品质量不稳定，给后续生产高档胶片带来困难。为了满足不同客户对不同档次的照相用AgNO3质量要求，针对AgNO3工艺和设备存在的问题，进行了技术改造，使生产能力达到130 t/a及产品质量再上新台阶，同时降低生产和设备维修成本。AgNO3工艺存在的问题：工艺设备及管道材质选型不当，造成产品二次污染；真空负压系统负压度较小，AgNO3蒸馏结晶速度过慢，限制了产品产量；干燥系统干燥效果不理想，未能找到产品干燥混合效率最佳条件；过滤设备过滤性能差，有害杂质超标；对AgNO3生产工艺主要技术参数的过程控制缺乏有效监控手段，工艺参数波动较大，产品质量不稳定，返工率较高。2工艺简介主要原料：1#银锭、纯硝酸、去离子水工艺流程: 银锭氧化溶解水解一步一级过滤二级超滤蒸馏结晶离心脱水除湿真空干燥成品AgNO3主要化学反应：Ag+2HNO3=AgNO3+H2O+NO2AgNO3生产工艺设备流程见图1。1.水喷射真空泵2.冷凝器3.500L氧化溶解釜4.500L水解釜5.一步一级过滤器6.溶液输送泵7.二级超滤装置8.贮液槽9.1000 L蒸馏结晶釜10.水喷射真空泵11.汽水分离器12.500L蒸馏结晶釜13.SS-600N离心机14.贮液槽15.500L干燥机16.500L干燥机图1 AgNO3生产工艺设备流程图Fig.1 AgNO3 production process equipment flow chart3技术改造3.1 工艺设备及管道材质选择硝酸银的强腐蚀性和产品质量的高标准，要求工艺设备性能优良，保证不因设备、工艺管道的腐蚀，导致从外部引入杂质到硝酸银产品中2。所以，从超强耐硝酸银腐蚀、传热性能好等方面考虑选用了内衬钛材质的专用反应釜、离心机、干燥机，由于钛材的抗腐蚀性显著优于不锈钢材，避免了硝酸银产品中铬与镍离子的杂质含量超标；从接触溶液部位材质的超强耐腐蚀性等方面考虑选用了材质优良、结构先进的溶液输送泵；贮液槽和工艺管道选择了聚四氟乙烯材料，它具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性、密封性、高润滑不粘性、电绝缘性和良好的抗老化耐力，适合贮存、输送硝酸银溶液。合理选择设备材质，防止因工艺设备的腐蚀而造成二次杂质污染是可以避免的。3.2 真空负压系统改造AgNO3生产过程中氧化溶解、水解、蒸馏结晶、干燥等过程皆为负压全封闭操作。水解后的AgNO3溶液由溶液泵送至蒸馏结晶釜结晶，蒸馏结晶是AgNO3生产工艺中最关键的工序，生产周期（结晶时间）长。影响AgNO3蒸馏结晶速度的因素有三个：系统负压度、温度、搅拌速度。由于蒸汽间接加热，温度变化小；搅拌速度20-30 r/min，当搅拌速度过大的时候，溶液中的晶体相互碰撞就会加剧，晶体就会破碎，不利于晶体生长，所以适当提高系统负压度是加快AgNO3蒸馏结晶进程增加产量的有效途径。原真空系统配置了一台HTB-SZ-125型耐酸陶瓷水环真空泵，这种真空泵性能差、工况不稳定，不能保障AgNO3工艺生产所需负压度，导致AgNO3蒸馏结晶过程慢，并且生产有污水外排。改造后，真空负压系统配置两套RPP-54-90型水喷射真空装置，提供AgNO3工艺生产时所需负压度。生产统计数据表明，系统的负压度满足了工艺要求，每生产800 kg高纯AgNO3，蒸馏结晶时间由原来的24 h降至16 h，生产调节能力增加了。配置水喷射真空装置优点维修方面：设备故障少、维修量小。节能方面：耐酸陶瓷水环真空泵需要供应工作水和冷却水，消耗量大，水喷射真空装置中的碱液可循环利用，并且电机容量降低了11 kw。环保方面：无污染，水喷射真空装置的循环碱液在循环水箱泵水喷射泵循环水箱的密闭系统中长时间循环使用。生产过程中产生的唯一气体氮氧化物经循环碱液处理吸收，从而做到无有毒气体外排。表1 真空泵性能参数Tab.1 performance parameters of vacuum pump型号最大排气量(mh-1)保证抽气量(mh-1)电机功率(kw)RPP-54-9090805.5HTB-SZ-125500100223.3 干燥系统改进蒸馏结晶后的AgNO3需离心脱水，以降低物料初始湿度。脱水后的AgNO3再进行真空干燥，然后冷却、包装、销售。影响AgNO3干燥速度的因素有三个方面：（1）干燥温度提高温度，可以加快干燥进程；（2）系统负压度提高负压度，能增大水分挥发速度；（3）干燥表面积被干燥的AgNO3蒸发表面积越大，干燥速度越快。由于在干燥机夹套内通入蒸汽间接加热，干燥温度基本恒定，系统负压度又能够满足干燥要求，所以增大物料表面积可以提高干燥效率。AgNO3产品粒度大小在20100 um范围内，为使产品混合均匀，保证产品质量，必须找到获得理想均匀性产品混合效率的最佳条件，混合效率的变化取决于干燥机的旋转速度和进料比（进料体积所占干燥机总容积的百分比）。干燥机旋转方式采用单方向机械回转，转度恒定。干燥后，产品经原子光谱检测发现，部分AgNO3光泽发黄，产品粒度混合不均匀，有结团现象，干燥效果较差。分析研究比较，若增大AgNO3干燥表面积，可加快干燥进程，使产品混合均匀。通过给干燥机配置高性能变频调速器，实现电机的变频调速（0-50 rmin-1）与正转和反转，达到预想目标。根据实验数据得出AgNO3进料比与干燥机转速近似关系，见表2。表2 AgNO3进料比与干燥机转速近似关系Tab.2 AgNO3 feed ratio and the speed of the dryer进料比(%)物料量(kg)产品粒度(um)干燥机转速(rmin-1)403842010015605762010023706442010030生产实践证明，这种干燥方式干燥效果好，AgNO3不会被氧化，没有结团现象，光泽正常，质量性能优越。干燥后的高纯AgNO3温度在60 左右，自然冷却5 h后，方可下料包装。在蒸汽管路增设一个旁通，向干燥机夹套供应冷却水，2 h后即可下料包装。3.4 增加二级超滤装置照相用的高纯AgNO3质量要求特别高，杂质含量不能超标。AgNO3水解时，通过添加特殊的除杂剂，使有害金属离子转化为易沉淀的固体颗粒，这些沉淀颗粒极小，如果过滤技术水平不高，则达不到分离除杂目的。通过引进、配置二级超滤装置，采用固液分离方法除去了产品中有害杂质，从而使硝酸银母液得到有效纯化。它改变原来的一步一级过滤为两步三级过滤，该装置由三台泵、一个中间水箱、两套过滤组件及若干只调节阀组成。操作过程：AgNO3溶液泵过滤组件中间水箱过滤组件蒸馏结晶釜。它能使沉淀颗粒不能通过高分子过滤膜，固相杂质反冲洗到回收池，返回冶炼，液相进入蒸馏结晶釜浓缩结晶。杂质含量是反映AgNO3质量好坏的最重要的指标。表3为技改前后AgNO3产品杂质含量对比情况，由表3可知，采用新的除杂工艺和设备，有效地除去了杂质，杂质含量大幅降低，低于0.1 ppm，产品品位大幅提高，对产品质量的稳定有着重要作用。表3 AgNO3产品杂质含量对比Tab.3 impurity content of AgNO3 product杂 质两级三步过滤一步一级过滤Cu（ppm）0.010.29Fe（ppm）0.010.22Pb（ppm）0.010.27Au（ppm）0.010.25Bi（ppm）0.010.113.5 JX-300DCS监控系统应用AgNO3生产工艺各工序的温度、PH值、比重等技术参数的控制与否，影响着AgNO3质量好坏，若监控手段不力，生产就处于波动状态，产品质量的同一性、稳定性就差。对AgNO3生产工艺主要技术参数监控均由DCS系统完成。DCS系统由工程师站、操作站、现场控制站、过程控制网络等组成。 DCS系统特点：系统的可靠性强；采用板级热冗技术，当任一工作卡件发生故障时，备用卡件即自动切换，整个系统仍按原进程工作，不影响系统的工作状态；信号采用磁隔离技术，将干扰拒之系统之外；系统维修方便。水解和蒸馏结晶是AgNO3生产工艺两个关键工序，对这两个工序的温度、pH、密度等技术参数的控制均实现了DCS系统自动在线控制和检测工作，到目前为止，DCS系统未发生故障，各项技术参数指标均能满足生产要求。DCS监控系统在AgNO3生产工艺中的成功应用，保证了生产稳定性，产品质量稳中有升。4 技改效果通过对关键设备的改造与引进，提高了AgNO3生产能力，产品质量大幅提升