海綿鈦生產工藝中鎂電解系統(tǒng)安全問題探討

楊偉利

（河南省安全科學技術研究院鄭州450004）

海綿鈦生產工藝中鎂電解系統(tǒng)安全問題探討

楊偉利

（河南省安全科學技術研究院鄭州450004）

本文以海綿鈦生產企業(yè)中鎂電解系統(tǒng)為研究對象，著重分析了生產過程中涉及的危險有害物質和存在的主要危險有害因素，有針對性地提出了安全對策措施、建議。

鎂電解生產安全

1 前言

工業(yè)生產海綿鈦普遍采用鎂還原法，其全流程工藝過程主要包括氯化、還原蒸餾、電解三部分，而鎂電解系統(tǒng)作為原料形成閉路循環(huán)使用的重要環(huán)節(jié)，主要由氯化鎂電解、鎂精煉、氯氣處理等部分組成。以多極無隔板技術為代表的鎂電解工藝雖然循環(huán)利用了氯化鎂，使海綿鈦企業(yè)不必再外購大量金屬鎂、液氯，既節(jié)能又環(huán)保。但因電解工藝在熔融狀態(tài)下進行，且電解產出熔融鎂和劇毒物質氯氣，增加了工藝的危險性，因此其生產安全工作顯得更為突出。

2 鎂電解生產工藝技術

目前國內企業(yè)大多采用大容量、能耗低、環(huán)保效果好的多極無隔板鎂電解技術。鎂電解系統(tǒng)生產中從還原蒸餾車間得到MgCl2，通過抬包將其加入鎂電解槽中，電解產出粗鎂和氯氣。粗鎂經精煉后抽取至抬包，送還原蒸餾車間。精煉過程中為保護熔融鎂免遭氧化，一般向爐內充氬氣。氯氣則由氯氣輸送總管匯集，經降溫、除塵、干燥，最后壓送至氯化系統(tǒng)或氯氣液化系統(tǒng)。尾氣等進入氯氣回收系統(tǒng)經過堿吸收后，生成次氯酸鈉。其主要反應式如下，見圖1。

圖1 鎂電解系統(tǒng)生產工藝流程簡圖

3 生產過程中涉及的主要危險有害物質

對鎂電解生產過程中涉及的原料、產品的種類、危險類別、分布情況進行辨識與分析，結果匯總見表1。

表1 鎂電解生產中涉及的主要危險有害物質種類、分布情況表

4 生產過程中的危險有害因素分析

4.1 中毒、窒息

（1）鎂電解過程中產生大量氯氣，氯氣為劇毒化學品，具有普遍的氯氣中毒危險。造成氯氣中毒的原因主要有：設備、管道密封不嚴、腐蝕穿孔、焊縫開裂；墊片損壞、閥門及法蘭等部位密封失效等。氯氣比重較空氣大，泄漏后易沉積于地面，四處擴散，通過門檻、窗臺、孔洞進入室內，危及作業(yè)人員安全。甚至越過圍墻向周邊擴散，危及廠外居民安全。

（2）氬氣本身無毒，但高濃度接觸時可導致人員窒息。

4.2 火災爆炸

（1）電解產生的熔融鎂若遇水或潮氣可發(fā)生猛烈反應放出氫氣，遇火源或高溫可能引起燃燒或爆炸。

（2）氯氣是助燃氣體，火災危險性為乙類，一般可燃物大都能在氯氣中燃燒。大多易燃氣體都能與氯氣形成爆炸性混合物，與潤滑油等接觸也能形成爆炸性混合物。接觸黃銅、碳等物質會導致燃燒、爆炸，釋放出有毒煙霧。

（3）未經充分預熱的潮濕工具放入熔融電解質時，可能會發(fā)生爆炸。濺起的熔融電解質，可造成燙傷等二次事故。

4.3 灼傷、腐蝕

（1）鎂電解反應、精煉過程均在高溫下進行，鎂抬包吊運、輸送作業(yè)頻繁，存在著高溫設備、高溫物料以及高溫殘渣，均可能使作業(yè)人員受到灼燙傷害。

（2）硫酸、氫氧化鈉、次氯酸鈉溶液均為腐蝕性物質。其危險危害性主要表現(xiàn)在兩個方面，一是對人的化學灼傷，當接觸或進入人體時，使皮膚、眼睛、呼吸系統(tǒng)等受到傷害。二是對物的腐蝕，它們作用于設備、儀表、容器、管道、建構筑物的表面，而導致腐蝕、損壞，進而造成跑冒滴漏，并可能誘發(fā)中毒、灼傷等二次傷害事故。

（3）電解過程中逸出的氯氣溫度高，對設備腐蝕性強，潮濕環(huán)境下，氯氣嚴重腐蝕鐵、鋼、銅和鋅，易造成電解槽的迅速腐蝕和破壞，發(fā)生設備事故。

4.4 其他危險有害因素

除以上幾種主要危險有害因素外，還存在起重傷害、電氣傷害、機械傷害、高處墜落、物體打擊、噪聲與振動等，也應引起足夠的重視。

5 安全對策措施

5.1 合理布置、確保建構筑物安全

應合理布置電解裝置、精煉設施、凈化裝置、儲存設施以及循環(huán)水、變配電等公輔設施，保證其合理分區(qū)，保持相應的防火間距，減少相互影響。建筑物的耐火等級、建筑面積、防火分區(qū)、安全疏散通道等應嚴格執(zhí)行國家規(guī)定。對用電負荷集中的電解車間，還應靠近廠內變配電站。

5.2 提高生產過程的自動化、密閉化水平

（1）提高自動化水平，重點監(jiān)控電解槽內液位、電解槽內電流和電壓、電解槽進出物料流量、有毒氣體濃度、電解槽的溫度和壓力、氯氣雜質含量等工藝參數(shù)。

（2）設置電解槽溫度、壓力、液位、流量報警和聯(lián)鎖、電解供電整流裝置與電解槽供電的報警和聯(lián)鎖、緊急聯(lián)鎖切斷裝置、事故狀態(tài)下氯氣吸收中和系統(tǒng)、有毒氣體檢測報警及聯(lián)鎖等。

（3）控制好電解槽的熱平衡，在最低溫度即略高于金屬鎂熔點的溫度下運行，采用DCS控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對電解質溫度的自動控制與調整。

（4）為防止下游裝置、設備出現(xiàn)故障時氯氣的無序排放，保證氯氣有去處、不泄漏，應設置工藝緩沖設施，將氯氣液化后儲存在液氯儲槽內，或通過充裝排充裝至液氯鋼瓶。

（5）實現(xiàn)進料、輸送等環(huán)節(jié)的密閉化、機械化、自動化操作，減少從業(yè)人員與危險有害物質的接觸。

5.3 提升重點監(jiān)管危險化學品安全設施水平

氯氣被國家安全監(jiān)管總局列為重點監(jiān)管的危險化學品，應采取以下安全措施：

（1）突出重點，嚴格工藝、設備管理。裝備功能完善的自動化控制系統(tǒng)，重點監(jiān)控氯氣的工藝參數(shù)，如壓力、溫度、液位、流量等。

（2）液氯系統(tǒng)易構成重大危險源，對構成重大危險源的場所或者設施，設置視頻監(jiān)控系統(tǒng)，視頻監(jiān)控應做到全覆蓋、無盲區(qū)。監(jiān)控記錄應可追溯。

（3）設置氣體泄漏檢測報警儀，其檢測探頭的設置數(shù)量、設置高度、與釋放源的距離及報警設備的選用應符合相關要求。

（4）液氯儲槽區(qū)應有備用罐，并設置堿噴淋系統(tǒng)。液氯氣化系統(tǒng)應符合《氯氣安全規(guī)程》的要求，液氯氣化器、儲槽等設施設備的壓力表、液位計、溫度計應裝有帶遠傳報警的安全裝置。

5.4 保證絕緣設施及措施齊全、有效

（1）電解車間地坪應采用絕緣材料，電解槽的金屬殼應安裝在絕緣基礎上，電解車間的建筑結構、墻、基礎、天車都要與地面絕緣。

（2）定期進行絕緣檢查，測定電解槽各元件對地電阻，若發(fā)現(xiàn)電阻低于規(guī)定值時，應迅速采取措施。

（3）電解車間廠房、工作地點應保持清潔干燥，防止因潮濕而導致人員發(fā)生觸電事故。

5.5 加強個體防護用品和應急救援器材、設施配備

（1）加強個體防護工作，現(xiàn)場配備化學安全防護眼鏡、防靜電工作服、防化學品手套等。

（2）配備必要的應急救援器材，包括專用堵漏工具、空氣呼吸器、防毒面具、重型防護服。加強應急演練，提高應急處置能力。

（3）硫酸、氫氧化鈉儲存區(qū)設置圍堰，地面進行防滲透處理，并配備儲液池，儲存區(qū)備有合適的材料收容泄漏物，同時設置洗眼器、淋洗器。

（4）在廠區(qū)高處設置風向標，一旦發(fā)生有毒物質泄漏，能夠迅速、準確地確定應急疏散方向。

6 結束語

鎂電解系統(tǒng)是實現(xiàn)海綿鈦全流程中氯-鎂循環(huán)的關鍵。目前，國內海綿鈦生產企業(yè)大多已實現(xiàn)原料閉路循環(huán)生產。從工藝過程可知，鎂電解生產兼有化工和冶金生產中普遍存在的中毒、窒息、高溫、火災、爆炸、灼傷、腐蝕等危險性特征。海綿鈦生產企業(yè)應從原有的有色冶金行業(yè)安全管理模式中轉變出來，提高認識，增強安全意識，突出重點，強化鎂電解系統(tǒng)安全設施配備與安全管理工作，真正提升企業(yè)本質安全水平。

[1]李亞軍，張新彥.海綿鈦的工藝技術現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢，材料開發(fā)與應用，2013（28）：102-107.

[2]姜寶偉，海綿鈦生產工藝中多極性鎂電解槽技術應用研究，輕金屬，2011（8）：59-61.

[3]李大成，周大利，劉恒.鎂熱法海綿鈦生產.

收稿：2015-07-12

圖4 改裝后的示意圖

改進以后的插床在加工直徑上滿足了加工要求，大大提高了機床的工作范圍，但同時存在安全性能隱患，在加工時讓刀量也較大，在考慮到這些因素后，應該再增加加長刀架的寬度使應力盡可能多的分布到更大面積的燕尾槽中，同時對刀桿的材質選用上應提高具有較大剛性的材質。

4 結束語

總之，這次改進改進后的刀架由于是焊接件，剛性不足，在插削過程中容易出現(xiàn)讓刀現(xiàn)象，影響加工精度。我們今后將試制一把整體刀桿架，這樣，刀架強度增加了，讓刀情況就會減少，更便于插削加工。

參考文獻

[1]BY50100E型插床說明書.

[2]馮鑒，何俊，雷智翔，等.機械原理.西南交大出版社2008.

[3]沈小陽，王平.理論力學和機械原理課程運動合成的異同分析.天津科技大學.

收稿：2015-04-22

10.16206∕j.cnki.65-1136∕tg.2015.06.042