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中國輻射防護研究院 郭志明
山西省環(huán)境保護技術評估中心 李 英
1、前言
環(huán)境影響評價工程師在進行項目環(huán)境影響評價過程中,，對以大氣污染為主的工業(yè)企業(yè)評價過程中,，不可避免得要遇到對項目污染物排放量及初始煙氣量的計算，一般情況可采取類比實測數(shù)據(jù),、經(jīng)驗參數(shù)或理論計算來估算,，但對于缺少相關參考數(shù)據(jù)卻排放多種氣態(tài)污染物時，對于污染物種類的確定,、排放量及處理措施的選擇則成為一個相對較為困難的方面,。
作者根據(jù)在實際工作過程中遇到的一些問題，就采用消失模鑄造生產(chǎn)工藝中澆注廢氣產(chǎn)生及估算等方面問題,，進行了一些調(diào)研和匯總并提出參考意見,，僅供環(huán)境影響評過程中進行參考。(注：文中引用資料數(shù)據(jù)均出自參考資料)
2,、澆注過程中的有機廢氣
2.1,、消失模樣原料及其性質(zhì)
所謂真空消失模鑄造法，即把消失模鑄造法(實型鑄造)與真空造型鑄造法(V法)結合起來的一種新的造型法,，是用泡沫塑料模代替鑄模進行造型,，模樣不取出，直接澆注金屬液,，金屬液燒失模樣而得到理想鑄件的一種鑄造方法。
消失模樣材料質(zhì)量及性能的好壞直接影響到鑄件質(zhì)量的優(yōu)劣,，對于模樣材料的選取要求其密度要小,、剛性要高、易于機械加工,、氣化濃度相對較低,、高溫分解生成的殘留物較少、揮發(fā)物對人體無毒害作用,。目前常用的是聚苯乙烯泡沫塑料(EPS),、聚甲基丙烯酸甲酯泡沫塑料(EPMMA)等,。
聚苯乙烯(EPS)在75℃開始軟化收縮，164℃開始熔融成液體,，316℃開始氧化,，高分子解聚為低分子聚合物，576℃開始裂解燃燒,。
2.2,、影響澆注廢氣的主要因素
在設計和評價過程中不僅要了解了外排廢氣的主要成份，還要清楚其產(chǎn)生量及初始產(chǎn)生濃度等相關參數(shù),。實驗表明,，EPS發(fā)氣量與廢氣組分主要與澆注溫度、澆注速度,、鑄件在砂箱內(nèi)位置,、真空度及EPS本身密度有關。
2.2.1,、影響澆注廢氣組分的主要因素：
影響EPS廢氣組分的因素主要有澆注溫度和澆注速度,。
(1)、澆注溫度：一般情況下,，澆注溫度直接影響到廢氣中組分含量的變化,。鋁合金的澆注溫度相對較低，廢氣的平均溫度一般低于500℃,，EPS以降解作用為主,，因此氣化氣體中主要是以苯乙烯為主的芳烴氣體，幾乎不含H2,，不易產(chǎn)生積碳,；以1350℃的鐵液進行澆注時，廢氣溫度約為800℃,，廢氣主要為熱解和降解的混合氣體,；澆注鑄鋼時，澆注溫度達到1600℃,，EPS熱解達到最大程度,，因此析碳情況比較嚴重。表2.2-1給出了EPS在不同溫度下熱解產(chǎn)生物的組成表,。從表中可以看出EPS在高溫裂解后的主要產(chǎn)物為小分子的碳氫化合物及碳黑等有機可燃物,。
表2.2-1 各種溫度下EPS熱解產(chǎn)生物的組成WB%(%)
 2.2、澆注過程中外排廢氣的特性
(2),、澆注速度：澆注速度對EPS氣化組分的影響遠不如澆注溫度強烈,，隨著澆注速度的減慢，接觸時間的延長,，氣相中的C(以C的化合物形式出現(xiàn))含量減少,，鑄件對C的吸收相對增多,，容易導致鑄件的增碳。
2.2.2,、影響澆注過程發(fā)氣量的因素：
影響EPS發(fā)氣量的主要因素包括澆注溫度,、真空度、EPS自身密度及鑄件的位置因素等,。
(1),、澆注溫度：澆注溫度對發(fā)氣量有明確的影響，實驗結果表明氣體量與澆注溫度基本成正比增長,。圖2.2-1給出EPS發(fā)氣量與溫度的關系圖,。
(2)、澆注速度：實驗表明澆注速度對EPS的發(fā)氣量影響不大,。用密度為0.02g/cm3的EPS以同樣的澆注溫度(1350℃),、不同的澆注速度澆注鑄件時，EPS的發(fā)氣量幾乎不變,，產(chǎn)生的氣體體積約為模樣體積的4倍,。 (3)、真空度：真空負壓對EPS熱破壞存在抑制作用,，真空條件下,，由于嚴重缺氧，不出現(xiàn)燃燒現(xiàn)象,，熱破壞時只分解出少量氣體生成物,，主要是聚苯乙烯蒸氣及其低分子質(zhì)量的衍生物。實驗表明在相同澆注溫度下,，重量相同的聚苯乙烯泡沫塑料在真空條件下的發(fā)氣量僅為大氣條件下的1/10,，真空度對EPS熱解氣化的抑制作用大大減少了氣體的生成量。 (4),、模樣密度和模樣在砂箱中的位置：EPS模樣的密度直接影響其在澆注過程中的發(fā)氣量,，密度大的EPS產(chǎn)生氣較密度小的EPS在相同的澆注條件下，其產(chǎn)氣量必然較多,；模樣在砂箱中的位置對產(chǎn)氣量的影響可參考經(jīng)驗公式： 確定,，分解出來的氣體體積V與金屬液與模樣相與作用的表面積A的大小成比例關系，因此在設計鑄件的澆注系統(tǒng)時,，要求一些大平面鑄件應傾斜或垂直放置,，以減少金屬液模樣相互作用面積。 2.3,、廢氣中污染物排放量的估算
在了解了聚苯乙烯泡沫塑料在不同條件下的澆注廢氣的發(fā)氣量和組分關系之后，可根據(jù)其廢氣組分和廢氣量以及廢氣溫度進一步估算其有害物組分的產(chǎn)生量及產(chǎn)生濃度,，以便為下一步選擇治理方案提供技術依據(jù),。
2.4,、澆注廢氣的治理
對于氣態(tài)污染物的治理方法很多，常規(guī)方法包括液體吸收凈化,、固體吸附凈化及氣體燃燒凈化等,。吸收是利用液體處理氣體中污染物的方法以，使用氣體中一種或多種組分溶解于液體中,，從而將氣體進行凈化的方法,。根據(jù)吸收過程有無化學反應，一般可分為物理吸收(如水吸收氨氣)和化學吸收(如堿液吸收煙氣中SO2)兩種,。當吸收劑使用到一定程度后,，需要處理再生后使用，因此吸收法要求工藝相對較為復雜,，處理不好時也可能造成二次污染,；固體吸附法是由于在固體表面上的分子力處于不平衡或不飽和狀態(tài)，使得與其接觸的氣體或液體溶質(zhì)分子被吸附到固體表面上的一種現(xiàn)象,，工業(yè)上常用的吸附劑包括活性炭,、分子篩、活性氧化鋁,、硅膠等,。與吸收劑一樣當固體吸附劑吸附有害物到一定程度時需要再生后使用，如處理不當也會對環(huán)境產(chǎn)生二次污染,。
氣體燃燒凈化是對含有可燃性有害組分的混合氣體進行氧化燃燒或高溫分解,，使有害組分轉(zhuǎn)化為無害物的方法。其工藝簡單,、操作方便,，多用于治理有機廢氣。燃燒法又分為直接燃燒,、熱力燃燒和催化燃燒,。直接燃燒法適用于凈化可燃有害組分濃度較高或燃燒熱值較高的氣體。
鑒于采用真空消失模鑄造生產(chǎn)工藝的澆注過程中產(chǎn)生的廢氣量相對較少(其休積約為模樣體的4倍),；廢氣組分相對復雜,，主要為易燃的小分子碳氫化合物，其組分可燃性較好,；濃度相對較高,。采用單一吸收劑難于對其進行有效治理，因此采用直接燃燒法更為適宜,。一般鑄件生產(chǎn)過程中多使用混鐵爐進行鐵水的均一化和保溫,，因此可以將真空澆注過程中抽出的高溫有機廢氣引入到混鐵爐烘烤器進行燃燒，將有機廢氣分解為CO2、H2O和N2后排放,。
3,、結語
作者通過調(diào)研對采用消失模鑄造工藝在澆注過程廢氣的產(chǎn)生原理及污染物排放量進行了分析和匯總，并對高濃度有機廢氣的處理提出一點建議,，主要目的是為環(huán)評工作者提供參考意見,，只作為交流和探論之用。文中數(shù)據(jù)均出自參考資料,，如對文中論述及數(shù)據(jù)存在異議和疑慮請自行斟酌調(diào)查后慎用,。
4、參考資料：
(1),、《鑄造工業(yè)設計技術與生產(chǎn)質(zhì)量控制實用手冊》,，李昂、吳密主編,，金版電子出版公司,，2003年5月。
(2),、《鑄造手冊》,，中國機械工程學會鑄造分會編，機械工業(yè)出版社,，2003年2月,。
(3)、《注冊環(huán)保工程師專業(yè)考試復習教材》,，全國勘察設計注冊工程師環(huán)保專業(yè)管理委員會,、中國環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)協(xié)會編寫，中國環(huán)境科學出版社,，2008年5月,。
(4)、《鑄造防塵技術規(guī)程》(GB8959-2007),，2008年2月,。
(5)、《三廢處理技術工程手冊》(廢氣卷),，劉天齊主編,，化學工業(yè)出版社，1999年5月,。 |
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