电爆炸金属丝脱除单质汞的装置

1.本实用新型涉及电爆炸制备纳米活性金属粉末技术领域，特别是涉及一种电爆炸金属丝脱除单质汞的装置。


背景技术：

2.利用金属丝加高压放电直接进行电爆炸，使其过载熔断，爆炸成熔融态金属，并随着爆炸结束而迅速冷却，凝结成纳米颗粒，从而制备纳米活性金属粉末。该项技术目前已有研究，但仍在初级阶段，对于装置的设计、各部件的布局、效果的可调性等仍有待进一步优化。利用金属丝电爆炸制备纳米活性金属粉末，该技术对于制得产品的各项指标控制仍有待增强，现有技术对于纳米金属粉末的成分、形状、粒径分布的调节等仍有待增强，及产品的后续使用路径仍有待发展。利用纳米活性金属粉末的化学活性氧化单质汞，并实现废气中汞的脱除，已有数篇文献报导。然而，该种方法成本较高，使用方法复杂，除汞效率及规模有限，目前普遍存在于实验室阶段。以上方法，都难以实现在复杂工况下对大气量废气中的汞进行动态有效脱除，在保障整体工艺设计经济性的前提下无法实现汞的高效脱除。
3.为了解决这一问题，本实用新型采用一种自动化电爆炸金属丝装置，利用电爆炸法实时制备纳米活性金属粉末，并合理设计脱除废气中单质汞的工艺流程及方法，能够实现对汞的高效、稳定、自动、经济的脱除。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种电爆炸金属丝脱除单质汞的装置，以解决上述现有技术存在的问题。
5.为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：
6.一种电爆炸金属丝脱除单质汞的装置，包括供丝机构、夹丝气缸、拉丝气缸、正高压电极、负高压电极、反应壳、高压电源、高压电容器、控制器；所述反应壳为中空结构，所述反应壳内腔为反应腔，所述供丝机构设置于所述反应壳的一侧，所述供丝机构用于输出金属丝，所述金属丝的一端贯穿所述反应壳并分别与所述夹丝气缸、所述拉丝气缸可拆卸连接；所述高压电源设置于所述反应壳的另一侧，所述高压电源电性连接有高压电容器，所述高压电容器分别电性连接有负高压电极、正高压电极，所述负高压电极、所述正高压电极分别贯穿所述反应壳的侧壁并与所述金属丝侧面间歇性接触；所述反应壳的一端开设有进气孔，所述反应壳的另一端开设有排气孔。
7.优选的，所述进气孔靠近所述拉丝气缸设置，所述排气孔靠近所述夹丝气缸设置。
8.优选的，所述金属丝为直径为0.5mm、铁元素含量为99.5％以上的铁丝。
9.优选的，所述高压电源给予所述高压电容器的充电电压为35kv及以上，负高压电极和正高压电极之间的距离设定为200mm，负高压电极距夹丝气缸为30mm，正高压电极距拉丝气缸为30mm。
10.本实用新型具有如下技术效果：
11.本实用新型利用在金属丝上进行高压放电，使得金属丝发生爆炸，形成大量的细碎粉末，通过具有高活性的金属粉末与废气中的单质汞接触，能够与单质汞蒸气反应生成固态颗粒，实现对废气的净化。
12.通过本实用新型的废气脱汞的工艺，能够将工厂含汞废气进行充分的净化，并将污染物进行分离，实现环保的排放。
附图说明
13.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
14.图1为本实用新型结构示意图；
15.图2为本实用新型工艺路线图；
16.其中，1、反应腔；2、排气孔；3、负高压电极；4、高压电容器；5、高压电源；6、正高压电极；7、进气孔；8、拉丝气缸；9、金属丝；10、夹丝气缸；11、供丝机构。
具体实施方式
17.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
18.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
19.由图1所示的一种电爆炸金属丝脱除单质汞的装置，包括供丝机构11、夹丝气缸10、拉丝气缸8、正高压电极6、负高压电极3、反应壳、高压电源5、高压电容器4、控制器；反应壳为中空结构，反应壳内腔为反应腔1，供丝机构11设置于反应壳的一侧，供丝机构11用于输出金属丝9，金属丝9的一端贯穿反应壳并分别与夹丝气缸10、拉丝气缸8可拆卸连接；高压电源5设置于反应壳的另一侧，高压电源5电性连接有高压电容器4，高压电容器4分别电性连接有负高压电极3、正高压电极6，负高压电极3、正高压电极6分别贯穿反应壳的侧壁并与金属丝9侧面间歇性接触；反应壳的一端开设有进气孔7，反应壳的另一端开设有排气孔2。进气孔7靠近拉丝气缸8设置，排气孔2靠近夹丝气缸10设置。金属丝9优选为直径为0.5mm、铁元素含量为99.5％以上的铁丝。高压电源5给予高压电容器4的充电电压为35kv及以上，负高压电极3和正高压电极6之间的距离设定为200mm，负高压电极3距夹丝气缸10为30mm，正高压电极6距拉丝气缸8为30mm。
20.进一步的，供丝机构11采用了自动化控制系统，可实现装置工作流程自动运行，可实现金属丝爆炸长度、直径、爆炸空间点位的调节，从而改变电爆炸获得金属粉末的物化性质，最终对不同除汞场合应用的现场条件而针对性适配。
21.由图2所示，电爆炸金属丝脱除单质汞的装置的工艺路线，包括如下实施过程：
22.s1、预处理工序；将含汞的废气从进气孔7导入到反应腔1中；
23.s2、电爆炸脱除单质汞工序；采用活性的金属丝9，通过控制负高压电极3、正高压电极6与金属丝9的有序接触，可得到粒径适宜、性质活泼、沉降缓慢的纳米活性金属粉末对s1中导入的废气进行脱除单质汞；
24.s3、气固分离工序；运用湿法实现对步骤s2产生的废气与废固态的颗粒进行分离；
25.s4、气体净化工序；采用气体深度净化工艺对s3步骤后的剩余气体中的残余的其他污染物进行净化。
26.本实用新型在步骤s1预处理工序中，需要将进气孔7与废气排放设施固接并连通，当含汞废气通入到反应腔1前，需要对废气进行预处理，处理工艺包括除尘、脱酸、除雾、脱氮等常见气体预处理工序，通过严格控制废气中的含水量、含尘量、酸性等参数(优选的，含尘量≤180mg/m3，湿度≤30-40％，温度≤50-90℃，气量≤500m3/h，氯化氢≤150mg/m3)，最终的目的为保障电爆炸除汞装置的正常运行。通过进气孔7导入含汞的废气进入到反应腔1中。
27.当通入含有单质汞的废气到反应腔1时，负高压电极3、正高压电极6会在伸缩机构的带动下向金属丝9靠近并相接触，此时，负高压电极3、正高压电极6与高压电容器4电性连接，负高压电极3、正高压电极6之间具有35kv的电压，在负高压电极3、正高压电极6分别与金属丝9接触的瞬间，金属丝9分别与负高压电极3、正高压电极6接触的一段会发生爆炸，并可得到粒径适宜、性质活泼、沉降缓慢的纳米活性金属粉末与废气中单质汞发生反应，生成固态的颗粒粉末，实现对单质汞的脱除；其中伸缩机构优选为高精度的电动缸，能够实现定距伸缩，其为现有技术，在此不再赘述。
28.当一段金属丝9爆炸成粉末后，供丝机构11会定距供给一段金属丝9，此时，夹丝气缸10的夹头会松开，金属丝9从夹丝气缸10的夹头穿过至拉丝气缸8为止，拉丝气缸8的夹头将金属丝9的末端夹紧，夹丝气缸10的夹头也同时夹紧金属丝9，避免金属丝9在负高压电极3、正高压电极6的接触下发生移动，导致爆炸不充分。
29.在电爆炸的过程中，可以通过提高高压电源5给高压电容器4充入更高的电压值，能够促使金属丝9爆炸形成的纳米金属颗粒越小，还可以通过缩减金属丝9的直径，促使爆炸形成的纳米金属颗粒越小，还可以减小负高压电极3和正高压电极6之间的距离，促使爆炸形成的纳米金属颗粒越小。金属颗粒越小，与废气中的单质汞反应越剧烈，越充分，净化率越高。
30.在电爆炸脱除单质汞工序后的废气，内部会含有部分纳米金属粉末(随气流飘动带出)、被氧化的价态汞组分、残余的其他污染组分(及与纳米金属发生反应后的产物)等。因此，需要进行气固分离实现气体的净化。所用方法为湿法气固分离，将气体通入含有药液的格栅塔(或喷淋塔)，金属粉末进入液体实现分离，药液可实现对价态汞的高效吸收，其他污染组分也能通过药液部分吸收，从而实现气固分离，其为现有技术，在此不再赘述。
31.在气体净化工序中，s4步骤中的气体已基本净化，为了去除气体中残余的其他污染物(pops，二噁英等)，采用气体深度净化工艺。其工艺优选低温等离子体处理或热处理或灼烧处理或放电处理或化学催化处理或吸附剂处理等，可实现二噁英等残余污染物的断键分解。具体视整体装置及现场工况而确定。
32.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于
附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
33.以上的实施例仅是对本实用新型的优选方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种电爆炸金属丝脱除单质汞的装置，其特征在于，包括供丝机构(11)、夹丝气缸(10)、拉丝气缸(8)、正高压电极(6)、负高压电极(3)、反应壳、高压电源(5)、高压电容器(4)、控制器；所述反应壳为中空结构，所述反应壳内腔为反应腔(1)，所述供丝机构(11)设置于所述反应壳的一侧，所述供丝机构(11)用于输出金属丝(9)，所述金属丝(9)的一端贯穿所述反应壳并分别与所述夹丝气缸(10)、所述拉丝气缸(8)可拆卸连接；所述高压电源(5)设置于所述反应壳的另一侧，所述高压电源(5)电性连接有高压电容器(4)，所述高压电容器(4)分别电性连接有负高压电极(3)、正高压电极(6)，所述负高压电极(3)、所述正高压电极(6)分别贯穿所述反应壳的侧壁并与所述金属丝(9)侧面间歇性接触；所述反应壳的一端开设有进气孔(7)，所述反应壳的另一端开设有排气孔(2)。2.根据权利要求1所述的一种电爆炸金属丝脱除单质汞的装置，其特征在于：所述进气孔(7)靠近所述拉丝气缸(8)设置，所述排气孔(2)靠近所述夹丝气缸(10)设置。3.根据权利要求1所述的一种电爆炸金属丝脱除单质汞的装置，其特征在于：所述金属丝(9)为直径为0.5mm、铁元素含量为99.5％以上的铁丝。4.根据权利要求1所述的一种电爆炸金属丝脱除单质汞的装置，其特征在于：所述高压电源(5)给予所述高压电容器(4)的充电电压为35kv及以上，负高压电极(3)和正高压电极(6)之间的距离设定为200mm，负高压电极(3)距夹丝气缸(10)为30mm，正高压电极(6)距拉丝气缸(8)为30mm。

技术总结
本实用新型公开一种电爆炸金属丝脱除单质汞的装置，装置由供丝机构、夹丝气缸、拉丝气缸、正高压电极、负高压电极、反应腔、高压电源、高压电容器、控制器等组成。高压电源给高压电容器充电，拉丝气缸将金属丝从供丝机构拉到反应腔内，夹丝气缸将金属丝固定，正高压电极、负高压电极接触金属丝，高压电容器通过正高压电极、负高压电极对金属丝放电，高压、大电流使金属丝发热、熔化、汽化、爆炸、形成铁蒸汽雾，铁蒸汽雾在废气中凝结成纳米铁颗粒、纳米氧化铁颗粒等铁基化合物的纳米粉末雾区，雾区的铁基化合物纳米粉末颗粒与废气中的单质汞充分接触后除去单质汞。后除去单质汞。后除去单质汞。


技术研发人员：陈扬 王通哲 冯钦忠 刘俐媛 郭剑波 王凯月 龙宏菲
受保护的技术使用者：中国科学院大学
技术研发日：2022.12.08
技术公布日：2023/7/23