热处理生产会排放出废气、废水、粉尘、废渣,会产生噪声和电磁辐射,与化工、冶金、铸造、电镀比较,热处理污染虽不算严重,但如果不注意,也会对作业环境和周围生态、大气和水体造成污染。
3.1.1 煤的燃烧
20世纪90年代初,我国内地中小企业的铸锻件退火和正火尚大量使用燃煤的反射炉。当时1536kJ/h的燃煤炉约有5000台以上,每年耗煤约45万t。在燃烧产物中每年排放出1.5万t/SO2,近8.5万t灰分,165万tCO2。现在全能厂热处理车间和专营热处理加工企业(专业厂)已基本淘汰燃煤炉,铸锻车间可能还在使用,但数量大为减少。若以全国尚有1000台燃煤炉计,排出的SO2仍有3000t/年,灰分1.7万t/年,CO237万t/年。
3.1.2 油、煤气、液化气和天然气的燃烧
我国热处理炉主要用电,但是在冶金和重型机械行业,燃料炉数量还是较多的。由于燃烧制度不规范,燃烧器质量控制不严,缺乏对燃烧过程的准确控制,废气中的NOx和CO还是比较多的。使用工业煤气作燃料时,可能由于除硫不力,烟道气中的SO2也会达到超标程度。
在制备和使用吸热型、氨分解和氨燃烧气氛时,由于燃烧不充分,管道、容器泄漏和炉子密封不良等都会使工作场地和周围环境的NH3和CO超过允许值。
3.1.3 液态工艺材料的蒸发
工件自高温淬火冷却或淬火后在热油中回火时,油会蒸发、燃烧形成油气、油烟,产生CmHn气体和烟尘。
(1)盐浴的蒸发。全国估计有近12000台盐浴炉,其中约有90%是中性盐浴炉,其余是渗碳、碳氮共渗、氮碳共渗、硫氮碳共渗炉,年消耗NaCl、BaCl2、NaNO3、NaNO2等中性盐约50000t,尿素、碳酸盐、硼砂、氧化盐、氰盐等活性盐年用量近5000t。按在平均900℃下的挥发速度40g/(cm2·h)计算,每年会蒸发的中性盐为4050t,活性盐390t。活性盐及其反应产物中含有HCl、HCN腐蚀性剧毒气体。
(2)清洗液的蒸发。我国热处理企业很少用溶剂清洗,不必担心因用氟氯烃对大气臭氧层的影响。近年来,用碳氢化合物溶剂的真空清洗技术的企业逐渐多起来,但此溶剂无毒,也不会泄漏。当前使用最广的仍是热碱液清洗,其蒸发物尚未发现对环境有影响,但废液排放仍是值得注意的问题。
(3)酸洗液的蒸发。生产农机配件工厂和一些乡镇个体企业多用廉价的热轧带材、钢丝盘条作为制品的原材料。为清洗这些材料的氧化皮多采用热强酸浸洗。如此就会使强腐蚀性气体散布到大气中,严重影响周围生态环境。酸洗方法更多用于小钢铁厂、制造厂的加工车间,热处理企业使用得不多。
(4)工件表面油脂的燃烧蒸发。有些企业缺乏专用清洗设备,省略了工件热处理前的清洗、中间清洗工序,把机加工后的工件直接装炉加热,使附在工件表面的切削油脂蒸发,大量的油蒸气、烟气从炉体的缝隙逸出,使得车间内乌烟瘴气,也会影响周围环境。
3.1.4 喷砂粉尘
喷砂仍然是热处理工件表面清理、除去氧化层锈蚀的主要手段。全国机械行业的热处理估计约有5000台喷砂设备。其中70%是干法喷砂,也就是说3500台喷砂机每年要产生1万余t SiO2和Al2O3粉尘。除部分可收集和沉淀外,大部分微尘散落在工作场地或成为飘尘散布到大气中,使操作人员和工厂附近居民受到硅肺病威胁,使大气受到飘尘污染影响到更多人的健康。湿法喷砂在很大程度上可减少飘尘,达到安全生产和排放标准。(www.xing528.com)
3.1.5 生产剩余物料排放对水体的影响
热处理生产废液主要来源:一是淬火冷却剂;二是清洗液和漂洗剂。淬火用水可循环使用,淬火油会由工件带出混入清洗液和漂洗水中。聚合物淬火液能长期使用,到一定的时间就会降解,失去冷却性能而被排放。严重老化的淬火油必须倾倒。在全国使用的3万t淬火油中,估计每年有1万t会老化、失去冷却性能。这些油大都不再生回收,排出的油带有Fe、Cr、Ni等自工件表面脱落的氧化物。
水和水基介质的排放物中也含有钢的合金成分(Cr、Ni、Mn、Mo等)和盐浴有害物质,尤其是剧毒氰盐。我国热处理行业有禁止使用氰盐的约定,但有些生产特殊产品的企业因一时找不到能代替氰盐的理想液态渗碳方法,仍在暗地使用氰盐浴。不少工厂仍在使用所谓无毒盐浴氮碳共渗,实际上只是原料无毒,反应产物中多少都含有CN-,应特别留意监测和控制器清洗用水的排放。
20世纪80年代曾有过使用氰盐渗碳的乡镇企业往农田倾倒含氰废渣废液现象。有些使用氰盐的工厂,即使处理废渣废液也只是采用陈旧的硫酸亚铁中和方法,反应产物中含有的亚铁氰化钠(钾)也不能算绝对无毒。当然热处理企业在使用氰盐方面和电镀比起来,只能是小巫见大巫。
现在将聚乙烯醇(PVA)、聚二醇共聚物(PAG)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚丙烯酸钠(PAS)、聚乙基恶唑啉(PEOX)等聚合物溶液用作淬火剂的企业多起来了,生产厂家认为对环境无害,故热处理工厂的废液多直接排放。目前我国对这些液体排放物BOD(生化需氧量)、COD(化学需氧量)尚无要求。
漂洗水不可避免地含有工件表面残留油脂,水在重复使用或排放前需把水中的油分离出来。把水油彻底分离的廉价而有效的措施尚有待研发,当前不少企业只能简单分离后排放。
以上废水、废液都会通过下水道汇入河流、水体,如不严加管理会造成严重水体污染。
3.1.6 废渣
热处理产生废渣的来源是燃煤炉的煤渣,盐浴脱氧捞出的渣和盐以及淬火油槽底沉淀的含金属氧化皮的油泥。现在大中型企业已很少用燃煤炉加热,产生的煤渣量不大,不会造成明显污染。盐渣、废盐和油泥的处理和排放值得重视。中性盐中的BaCl2有毒,全国企业年消耗BaCl2估计有3万t,如不经无害化处理,任意倾倒和埋藏会造成水体和地下水污染。渗碳、渗氮、碳氮共渗和氮碳共渗盐浴废渣及废盐含剧毒的CH-,硫氮碳共渗、硫氮碳氧共渗的盐渣含氰较少,但毕竟其是剧毒,全国每年积存的废渣、废盐估计有数千吨,其中含氰的达数十吨,不经处理,随意排放,危害很大。
3.1.7 噪声
与机械工业其他行业相比,热处理生产的噪声不严重,但也有不容忽视的噪声来源,如气体燃料和重油燃烧器、压缩机、鼓风机、大功率风扇、机械式真空泵、中频发电机、喷砂喷丸机等。其中以燃烧器、压缩机、机械式真空泵、中频发电机为最严重,声强大、持续时间长,经常使作业场地噪声达到90dB。气动装置是间歇式噪声源,但有时会达到100dB以上。过度持续的噪声会影响到场地操作人员的健康。
3.1.8 电磁辐射
人长期在强电磁场中工作,体温和皮肤温度会升高,心血管和植物神经系也会出现机能障碍。在射频范围的高频电源还会对广播、电信形成干扰。我国现有用于热处理的高中频、超音频感应电源在5万台以上,其频率范围在250~8000Hz、2×104~105 Hz、2×105~5×105Hz、1×106Hz或以上,电子管和晶体管高、中频电源功率为5~500kW,发电机和晶闸管逆变器功率为15~1000kW。由于国家对高频电磁辐射有严格规定,设备必须采取屏蔽措施,故未造成明显危害,但对作业现场人员健康的影响必须十分留意。
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