大气污染控制工程实践

1、 课程名称：大气污染控制工程 大气污染控制工程一、金属表面喷涂技术1、电弧喷涂技术用送丝装置将两根丝状金属喷涂材料均匀连续地分别送入电弧喷涂枪中的两个导电嘴内,导电嘴分别接电源的正、负极,并保证两根丝在未接触之前绝缘。当两丝材端部在入嘴后互相接触时,其间就形成短路而产生电弧，使丝材端部瞬间熔化,然后用压缩空气将熔化的金属雾化并呈微熔滴,以很高的速度喷射到工件表面,形成电弧喷涂层。电弧喷涂技术的特点：优异的涂层性能:应用电弧喷涂技术,可以在不提高工件温度、不使用贵重底材的情况下获得高结合强度。在电弧喷涂铝青铜时,呈现涂层的自结合性能,使结合强度进一步提高。有时铝青铜用作电弧喷涂的打底层,结合强度

2、大于或等于20MPa,一般电弧喷涂涂层的结合强度是火焰喷涂层的2倍。效率高:单位时间内喷涂金属的重量大,电弧喷涂的生产效率正比于电弧电流,如喷涂电流为30oA时,喷Zn:3ok吵;Al:10kg小;不锈钢:15kg小。比火焰喷涂提高2倍以上。节能:能源利用率明显高于其它喷涂方法。经济:除能源利用率高外,由于电能的价格又远远低于氧气和乙炔的价格,使用成本通常仅为火焰喷涂的1/10,设备投资一般为等离子喷涂设备的1/3以下。获得装饰和特殊功能和涂层在木材上喷涂铜或或其它合金可以制成重量轻、成本低的大铜门等件;在石头、石膏等材料上也可以喷涂铜、锡、铝等金属,装饰效果优异。2、金属材料腐蚀分类（1）金

3、属化学腐蚀金属和非电解质直接化学作用腐蚀过程的化学腐蚀所造成的损害是一个纯粹的纯化学反应, 腐蚀性介质的氧化和还原, 直接与金属表面的原子相互作用, 形成腐蚀产物。（2）金属电化学腐蚀电化学腐蚀是金属与电解质溶液, 出现电化学作用造成的破坏。在反应过程中, 同时在阳极失去电子的阴极电子和电子流动( 电流) , 其过程当然符合电化学动力学的基本规律。电化学腐蚀分为氢及吸氧腐蚀的电解质溶液的pH 值。3、金属材料的防腐措施（1）在金属表面覆盖保护层金属的磷化处理: 钢铁产品的油、锈去除后, 释放到磷酸盐溶液中被浸泡, 磷化膜可以在金属表面层形成不溶于水的成分, 这个过程被称为磷酸盐处理。磷化膜呈暗

4、灰色至黑灰色, 厚度为520m, 在大气中耐腐蚀性好。该膜是一种多孔结构, 具有较强的油漆吸附能力, 如作为漆面的底部, 其耐腐蚀的作用更加强大; 金属的氧化处理: 钢铁产品通过NaOH 和NAN02 的混合溶液采取热处理, 并在表面形成一层蓝色氧化膜( 主要成分Fe3O4) , 为了实现钢腐蚀的目的, 这一过程被称为发蓝。这种氧化膜具有更大的灵活性和润滑性, 不影响零件的精度。则精密仪器和光学仪器的零部件, 其弹簧钢、薄钢板、细铁丝等均用于发蓝进行处理; 非金属涂层: 塑料涂层的金属表面要优于喷漆效果。其塑料覆盖层致密光滑, 具有亮丽的色彩。一并具有腐蚀和装饰的双重职能。搪瓷含有二氧化硅,

5、是其含量较高的玻璃搪瓷, 极具优良的耐腐蚀性。3、重防腐油漆涂装防腐技术重防腐涂料具有外形美观、简单的涂层工艺, 已被广泛沿用至今。根据涂装工艺的进展, 涂料的重型防腐蚀是钢桥面防腐的重点, 在这当中, 无论是外国的名牌油漆, 或是国产品牌的涂料, 其防腐涂料的发展工艺和涂料品种都非常相似, 是由多层涂层系统组成的, 即底漆、中间漆和面漆。涂料品种都是环氧富锌底漆, 包括环氧云母氧化铁中间漆、环氧聚氨酯或环氧各色面漆和氯化橡胶面漆等组成。在屏蔽作用中, 涂料涂层把钢铁和腐蚀环境机械分离。在钝化缓蚀作用中, 在油漆涂料系统中, 第一车间底漆的油漆层粘连对钢钝具有钝化缓蚀功能, 杀菌作用非常微弱。

6、在阴极保护作用中, 在防腐蚀底漆中, 如添加锌粉, 或富锌底漆, 为钢铁提供阴极保护。 4、热喷涂防腐技术 火焰喷涂: 火焰喷涂是可燃气体的燃烧作为热源来熔化金属丝或粉末, 并雾化、吹喷在摹体表面的方式, 氧气和乙炔火焰的喷涂, 是欧洲和北美的钢铁桥梁早期热喷涂的防腐喷涂, 并取得了良好的防腐效果; 电弧喷涂: 电弧喷涂防腐原理是运用电弧喷涂设备, 对于两个带电的的金属丝采取加热、熔化、雾化、喷涂所形成的反腐蚀的涂层, 外加有机封闭涂层的长效防腐复合涂层。5、离子注入技术离子注入法是在20 世纪70 年代产生的表面改性技术, 和电镀、电离镀膜、化学气相沉积等一般的涂层技术非常不同, 具有很大差

7、异。它是用高能量的高速轰击, 以改变表面性质的一种新技术, 在真空情况下, F 高能离子加速注入周体表面, 可以改变或操纵其表面结构, 可注入基材表面获得高度饱和固溶体、哑稳相、非晶态和平衡合金等不同组织结构, 进而极大提高了摹体表面的耐腐蚀性。离子植入金属( 或其他材料) , 以提高表面的化学特性( 称为离子注入表面化学) , 可提高金属表面抗氧化耐腐蚀。在离子注入技术出现时, 铝、镉合金表面改性已成为研究热点。近年来, 离子注入技术已开始被应用到镁合金材料中, 以提高其防腐性能。6、热浸镀防腐技术作为浸涂层的金属, 是锌、锡、铅和铝等熔点低的金属。热浸电镀金属层厚度在一些腐蚀环境下长期使用

8、, 如镀锌、镀铝或其他特殊物质, 或如镀锡和镀铅合金产品, 作为特殊中介防腐蚀的防腐涂料。热浸镀技术, 包括热浸镀锡、热浸镀铅和热浸镀锌。热镀锡用作薄钢板和食品加工等的贮存容器; 热镀铬主要用于化学腐蚀和涂层电缆; 热镀铝主要用于钢铁部件抵御高温抗氧化等。此外, 伴随采用防腐蚀涂料和控制生产成本越来越高, 热浸镀正发展成为合金化镀层技术。7、电化学防腐技术根据电化学原理, 电化学保护法在金属设备上采取措施, 成为腐蚀电池的阴极, 以防止或减轻金属腐蚀。一是牺牲阳极保护法。该方法是用电极电势比被保护金属更低的金属或合金做阳极, 固定在被保护金属上, 形成腐蚀电极, 被保护金属作为阴极而得到保护。

9、牺牲阳极的常用材料有铝、锌和舍金, 这种方法通常用于保护海水中各种金属设备、海船的船壳、防止巨型设备( 如贮油罐) 和石油管道的腐蚀。二是外加电流的方法。将被保护金属与另一附加电极作为电池的两极, 使金属作为阴极被保护, 在外加直流电作用下使阴极得到保护, 这种方法主要用于防止土壤、海水和河水腐蚀金属设备。8、涂料涂层防腐技术把耐蚀有机涂料涂覆在金属表面具有屏蔽、缓蚀和电化学保护的三方面作用, 防腐蚀效果良好, 被广泛使用。油漆涂料在金属表面的性能可提高金属包装的各个功能, 油漆、搪瓷、高分子材料( 如塑料,橡胶, 聚酯) 等涂在金属表面, 可以把金属基体和环境介质完全隔离, 以达到防止腐蚀的

10、目标。近年来,开发了许多新的聚合物, 极具优良的耐腐蚀性和防腐蚀涂料的热稳定性。此外, 无机材料和有机高分子复合材料的玻璃鳞片防腐涂料在近年来具有独特的、倍受关注的防护性能。9、静电喷涂技术静电喷涂基本原理：静电喷涂是以被涂物为阳极，一般情况下接地；涂料雾化结构为阴极，接电源负高压，这样在两极就形成了高压静电场。由于在阴极产生电晕放电，可使喷出的涂料介质带电，并进一步雾化。按照“同性相斥，异性相吸”的原理，已带电的涂料介质受电场力的作用，沿电力线定向地流向带正电的被涂物表面，沉积成一层均匀、附着牢固的薄膜。静电喷涂也可采用正极性电晕放电，但负极性电晕放电的临界电压较正极性电晕放电低，又较为稳定

11、、安全且不易产生火花。因此，在通常情况下将被涂物作为正极接地。静电喷涂及喷头分类：静电喷涂从喷涂方式上可以分为空气或液压雾化静电喷涂、离心式静电喷涂等；按照喷嘴的不同特点可以分为直射式喷嘴静电喷涂、M型喷嘴静电喷涂、靶式喷嘴静电喷涂等；按照涂料性质的不同可以分为固体粉末静电喷涂和液体雾化静电喷涂。粉末静电喷涂广泛应用于板材表面的涂装中，在液体的静电喷涂中可以按照不同液体自身的特点将静电涂油、静电涂漆等技术运用在工业生产之中。粉末静电喷涂的过程：粉末静电喷涂是通过喷枪或喷杯的电极针向被涂工件方向释放高压静电,高压静电使喷杯或喷枪喷出的粉末和压缩空气的混合物以及周围空气电离，由于高压负极产生电晕放

12、电，在其附近产生了密集的负电荷，使粉末带上负电荷进入了电场强度很高的静电场。粉末在电场力和压缩空气压力的双重推动下到达被涂物表面，形成厚薄均匀的粉层，再加热熔融固化为涂膜。粉末静电喷涂在工业涂料中有其独特的优势:粉末涂料是固体涂料，没有溶剂，不易挥发，大大减少了由溶剂引起的污染问题，有利于环保和操作工人的身体健康。在喷涂过程中，多余的喷粉可以利用回收系统集中收集，达到回收再利用的目的，因此其粉末的利用率相当高，使企业的生产成本降低，获得较好的经济效益。整个涂装过程只需经过前处理、喷涂、固化等工序，简化了传统的多工序喷涂手段，使喷涂作业线工作效率高，无论是手工还是自动操作都比较方便。粉末静电喷涂

13、后，经过烘烤就可以得到性能优异的涂膜表面。该涂膜坚固耐用，能够耐酸、耐碱，同时具有耐磨擦性、抗冲击性、机械强度高等特点.液体静电喷涂基本理论知识:静电在均匀、细化雾滴及提高雾滴在目标物的沉积量、均匀性、吸附性等方面有明显的效果。液体的静电喷涂是指在喷嘴和对应的接地电极之间加上高电压时，喷嘴尖端流出的液体因受表面张力、静电力、电荷之间的排斥力以及重力等作用力使液滴表面不稳定，进而分裂后破碎，最终将雾化后的液滴均匀地涂覆在被涂物上。在液体静电喷涂的研究中，其基本喷涂原理和粉末喷涂并无太大差别，只是高压静电场中液滴雾化程度的好坏直接决定了液体的喷涂效果。高压电场对水的作用1、浅川效应：1976年,日

14、本人浅川勇吉发现浅川效应,即水在高压电场的作用下,蒸发速度会显著加快,而撤去电场后,其蒸发速度反而比正常情况下还慢,同时还伴随着水的表面张力变化等奇特现象。自发现以来,人们一直没有提出合理的理论来解释这一现象。为此提出了“水分子间氢键的破坏与重组”的观点,根据该观点,浅川效应的各种现象能得到很好的解释,具有普适性和科学合理性。原理分析：在高压电场中，水分子受到电场力的作用，打破了原有的力学平衡，是氧原子与氢原子的结合方式发生变化，即氢键的断裂，同时非均匀电场对物料表面层的作用力破坏了液体表面层的表面张力。水分子蒸发所需要的能量大大减少,水的蒸发速度大大增加。经高压电场处理过的水,其表面张力会变

15、大,这是为什么呢？有文章认为，水的表面张力与水质有关,水中若存在杂质,杂质就会插进各水分子间,从而削弱水分子间的吸引力因此水质越纯水的表面张力越大，比自状态下的蒸发速度快10倍，比直流负极处理水时蒸发速度快3倍,比直流正极处理的情况快1.5倍。如果把在电场中加速蒸发过的水撤去电场,放在自然状态下蒸发,则比普通水在自然状态下的蒸发速度要慢，而且在电场中蒸发越快的水,撤去电场后蒸发速度越慢；同时,经过处理过的水会有一系列奇特而有趣的现象,例如,其表面张力会显著增大,而且能够有效抑制霉菌及藻类的生长,水的温度也会发生变化。2、应用领域高压静电技术主要应用于农业、食品加工业、制造业和环保行业等，其有着

16、广泛的应用前景，在个行业中发挥着重要的作用。在农业工程领域内的应用中，高压静电场具有聚水、除湿、除雾和促生作用，而且还具有加快物料内水分蒸发的作用，在食品加工和物料干燥方面起着重要作用。所以，目前在农业上对于种子的萌发、幼苗的成长、种子的干燥处理和农产品的加工与贮藏保鲜等方面进行着深入的应用研究。在制造加工业和环保行业中，像静电喷涂技术、喷墨打印技术、雾化技术和静电除尘技术等等，也都在有效的利用和开发高压静电技术，为生产和生活创造更大的价值。在单针电极高压静电场下蒸馏水蒸发作用范围的研究一文中，探讨了单针电极与平板接地电极形成的高压静电场对蒸馏水蒸发的作用范围，结果表明, 蒸馏水的蒸发速度与以

17、针尖正下方水面为圆心的半径呈二次曲线关系。 在上电极为单针电极、下电极为板电极接地的情况下, 电场促进蒸馏水蒸发速度和以针尖正下方为圆心的半径成二次曲线关系, 并且二次曲线的二次项系数是负的, 说明随着半径的增大, 针电极形成的电场促进蒸馏水的蒸发有一定的范围。在一定的半径(以针尖正下方水面为圆心)以外, 针电极电场促进蒸馏水的蒸发将非常微弱。该研究结果为将高压静电场用于物料的干燥过程提供了理论依据。在多针电极高压静电场下蒸馏水蒸发的研究一文中，通过与单针电极高压静电场的比较, 探讨了两针、三针电极与平板接地电极形成的高压静电场对蒸馏水蒸发的影响。(1)上电极为多个针电极时, 电场下蒸馏水的蒸

18、发速度比上电极为单个针电极时单针板电场下的蒸发速度要快, 但并不是随着针的倍数增长而成倍地增长, 有10% 35%的增长。其具体原因还不清楚, 初步分析认为是因为电极之间所加电压非常高, 电场强度达到500 kV /m左右, 多针电极下电极形成的电场相互重叠, 电场的重叠削弱了电场促进蒸馏水蒸发的效果, 但是具体原因需要进一步研究。(2)当上电极为多个针电极时, 随着针电极之间距离的变大, 电场促进蒸馏水的蒸发速度也有变大的趋势。这说明针电极之间距离越大, 它们形成的电场之间的相互影响越小。但是具体的影响因素还需要进一步的研究。3、相关知识在高压静电场的作用下，使水分子的氢键断裂，形成单一的水

19、分子，从而提高水的渗透性和溶解性。根据静电学的知识可知，导体带点的时候，电荷只能分布在导体的表面，而导体表面的电荷分布-面电荷密度与电荷所在处导体的曲率有关，曲率大的地方，其面密度越大，曲率小的地方，面密度越小，导体表面的电场强度和该处的面电荷密度是成正比的。水帘极板电除尘技术中，水帘起到烟气调质的作用，同时起到增加烟气湿度和降低温度的作用，可以降低比电阻。 静电场加快水分蒸发的作用原理： 高压静电场根据异极距(电极与地面之间的距离)的不同,对水的作用效果也不同,在异极距较小时,静电场对水会有促进蒸发的作用。主要是因为:1)水分子是极性分子,而水中存在着大量的水分子团,并且水分子团的结构是动态

20、结构。由于液体表面的水分子受到了不均勻电场的影响,导致水分子之间的氢键断裂,水分子团变小,所以水分子很容易从液体中逸出;2)由于电流体力现象所造成的电抽吸或者电对流作用,致使传热速率提高,从而加快了水分蒸发。水分子是极性分子,在水中存在着大量的水分子团,水分子团的结构是动态结构。由于表面的水分子受到不均匀电场的作用,水分子之间的氢键可能断裂,水分子团变小,使水分子容易从液体中逸出,特别是在温度较高时,由于分子运动加剧,在电场作用下更易逸出;第二,根据浅川效应,在高压电场下,水的蒸发变得十分活跃,当电场去掉后,水的蒸发潜热会大大降低。因此,蒸发速度的提高有可能是浅川效应的结果;第三,由于电流体力学(elec-trohydrodynamic EHD)现象造成的电抽吸或电对流作用,使传热速率提高,从而加速水分的蒸发;第四,出现蒸发速度随距离变化呈“M”形变化这一现象,作者认为可能是电子风的有效作用面积和作用强度不同造成的。在同样电压下,当针状电极到物料表面距离d1不同时(如