關(guān)于銅業(yè)冶煉煙氣超低排放與資源綜合利用的研究

葛賢發(fā)

（銅陵有色設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，安徽 銅陵 244000）

2018 年初，環(huán)保單位發(fā)起了排放限值的具體指令，明確要求工業(yè)生產(chǎn)的排放標(biāo)準(zhǔn)，其一，每立方米排放物含有顆粒物應(yīng)不大于10mg，其二，每立方米排放物含有二氧化硫應(yīng)不大于100mg，其三，每立方米排放物含有氮氧化合物應(yīng)不大于100mg。借助排放規(guī)定與限值，提升環(huán)境保護(hù)的綜合效果，緩解大氣、粉塵等污染引起的環(huán)境惡化問題，發(fā)揮先進(jìn)工藝資源利用的綜合價(jià)值。

1 煙氣來源

1.1 銅精礦干燥

銅精礦干燥工藝中，應(yīng)用的冶煉工藝為蒸汽加熱，此工藝包括兩套應(yīng)用系統(tǒng)，即一期與二期，其煙氣成分較為復(fù)雜，水分與粉塵的產(chǎn)生，歸結(jié)于空氣、濕精礦在冶煉工藝中產(chǎn)生了揮發(fā)現(xiàn)象。銅精礦干燥程序產(chǎn)生的煙氣，應(yīng)采取的工藝處理為：經(jīng)由布袋收塵器完成煙氣除塵程序，采取兩套系統(tǒng)除塵操作。除塵程序中，應(yīng)由風(fēng)機(jī)完成動力傳輸，動力波搭建洗滌環(huán)境，繼而以環(huán)集煙囪完成除塵后煙氣排放。

1.2 冰銅粒化

銅業(yè)冶煉工藝中，冰銅粒化的生產(chǎn)流程，具體表現(xiàn)為：由壓縮氮?dú)馔瓿杀~液的吹散程序，再添加水噴淋讓其處于冷卻狀態(tài)。冰銅?；纳a(chǎn)流程中，產(chǎn)生的污染物質(zhì)有：粉塵、二氧化硫等，此類污染物質(zhì)在煙氣中占據(jù)較大比例。此種生產(chǎn)工藝應(yīng)采取的煙氣處理工藝為：經(jīng)由沉淀粉塵區(qū)域完成除塵程序，借助動力波營建的洗滌環(huán)境實(shí)施脫硫處理，液滴由捕沫器去除，方可排放煙氣。動力波營建洗滌環(huán)境，借助其洗滌器得以實(shí)現(xiàn)，其洗滌器中含有循環(huán)液，在循環(huán)液內(nèi)添加液堿，具有脫硫能力，配合過濾程序，高速開展循環(huán)液的洗滌與凈化，達(dá)成煙氣洗滌效果[1]。如圖1所示為冶煉流程示意圖。

1.3 陽極爐

陽極爐的冶煉工藝流程為：加料、氧化、還原、澆鑄、控溫。陽極爐內(nèi)工藝運(yùn)行時(shí)，擁有較高的煙氣溫度，成分含有二氧化硫、氮氧化合物、粉塵等，基于各階段產(chǎn)生的工況具有差異性，煙氣成分變化存在較大浮動現(xiàn)象，尤其表現(xiàn)在煙氣成分中二氧化硫的濃度，發(fā)生較大幅度的波動。

圖1 冶煉工藝流程

2 超低排放

2.1 超低排放干燥煙氣工藝

銅精礦與冰銅兩個(gè)冶煉工序產(chǎn)生的干燥煙氣，傳統(tǒng)處理程序中均是使用一級布袋完成除塵再排放，鑒于原始煙氣中含有較大比例的粉塵，除塵程序中布袋收塵器具有較高負(fù)荷，極易發(fā)生損壞。由此發(fā)現(xiàn)，保證尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)采取高頻更換濾袋措施，此種更換行為影響著主程序的生產(chǎn)穩(wěn)定性。此外，一級布袋收塵在一定程度上無法保障尾氣煙塵含量的最低標(biāo)準(zhǔn)[2]。

圖2 干燥煙氣超低排放流程

超低排放干燥煙氣工藝：采取PPS與PTFE相結(jié)合的工藝。PPS指布袋收塵器運(yùn)行程序中的濾袋規(guī)格。PTFE指收塵器中覆膜材質(zhì)。工藝設(shè)計(jì)參考為：設(shè)定過濾面位置產(chǎn)生煙氣流速為0.6m/每分鐘。在二級布袋完成煙塵收集時(shí)，尾氣含塵指數(shù)有效控制在：每立方米煙氣中含有煙塵雜質(zhì)最多10mg。與此同時(shí)，在二級布袋除塵器的作用下，有效減少了一級布袋所需的除塵任務(wù)，提升了一級布袋除塵運(yùn)行效果，減少其維修次數(shù)，加快除塵速度，達(dá)成最低排放目標(biāo)。

2.2 超低排放冰銅?；療煔?/h3>

新煙氣處理設(shè)計(jì)為一段為濕法凈化、二段為雙氧水脫硫。雙氧水脫硫工藝的運(yùn)行原理為：在脫硫塔中添加適量雙氧水，經(jīng)由泵循環(huán)與分散裝置融合H2O2與二氧化硫，借助H2O2所具有氧化功能，使二氧化硫轉(zhuǎn)化為硫酸，繼而將其輸送至循環(huán)液中，達(dá)成二氧化硫與煙氣兩者的有效分離，完成脫硫目標(biāo)。冰銅粒化冶煉工序中，采取凈化煙氣、除塵與降溫等程序，將煙氣含塵指數(shù)有效控制在每立方米煙氣中含有最多5mg粉塵，溫度不大于50℃，達(dá)成超低排放目標(biāo)。

2.3 超低排放陽極爐煙氣

（1）煙氣冷卻：冷卻裝置組成元素有支架、灰斗、冷卻管道；將冷卻裝置安裝在水箱中，高溫?zé)煔鉄崃康诌_(dá)冷卻管時(shí)，熱量回傳于水中，借助水循環(huán)運(yùn)行體系將熱量排出系統(tǒng)，達(dá)成冷卻效果。冷卻管在水中運(yùn)行時(shí)，其傳熱能力的評價(jià)方式為K值，此數(shù)值的傳熱能力比空氣高出至少8倍，增強(qiáng)煙氣冷卻效果。

（2）確定除塵工藝：陽極爐煙氣，在板式煙氣冷卻器冷卻基礎(chǔ)上，溫度維持在240℃，具有高溫?zé)煔鈱傩浴２扇〉某龎m工藝為高溫陶瓷膜，此工藝具有較高的除塵效果，有助于科學(xué)回收煙塵，為脫硫工藝提供煙塵原料基礎(chǔ)條件。

（3）確定脫硫工藝：基于煙氣中含有二氧化硫具有大幅度變化特點(diǎn)，應(yīng)選擇雙氧水脫硫工藝，以此保障脫硫效率，提升稀硫酸回收利用效果。

2.4 二氧化硫超低排放技術(shù)

（1）雙塔串聯(lián)技術(shù)：雙塔串聯(lián)技術(shù)是通過兩級石灰石與石膏濕法噴淋空塔之間的串聯(lián)運(yùn)行方式，煙氣經(jīng)由一級塔，脫除煙氣內(nèi)部的部分二氧化硫，再利用二級塔，經(jīng)由兩次疊加，使得脫硫效率超過98%。該方法在鍋爐負(fù)荷波動方面具有優(yōu)良的適應(yīng)性，可有效控制二氧化硫濃度達(dá)到超低排放要求。

（2）托盤塔技術(shù)：托盤塔技術(shù)是在脫硫噴淋塔內(nèi)布置穿流孔板托盤，讓煙氣合理分布在每一個(gè)噴淋塔截面中，煙氣與脫硫漿液相互混合，出現(xiàn)泡沫層，以此來達(dá)到高效脫硫技術(shù)。

2.5 煙塵超低排放技術(shù)

（1）增效干式除塵：干式除塵技術(shù)能夠大面積處理煙氣，切除塵效率優(yōu)良、設(shè)備阻力不高、便于使用。

（2）低低溫電除塵：通過換熱器進(jìn)行熱交換，使進(jìn)入電除塵器的運(yùn)行溫度由通常的低溫狀態(tài)（約130oC～170oC之間）下降到低低溫狀態(tài)（90oC左右），實(shí)現(xiàn)提高除塵效率的目的。除塵效率可達(dá)到99.8%以上。

（3）濕式電解除塵技術(shù)：該技術(shù)基本原理為：煙氣經(jīng)由金屬方電線內(nèi)部的直流高電壓，出現(xiàn)電離，被荷電后的粉塵經(jīng)山電場力的作用涌向集塵極，通過沖洗水將其除去。濕式電除塵可以有效去除煙氣中的煙塵細(xì)小微粒、PM2.5、SO2、微液滴、汞及煙氣中攜帶的脫硫石膏霧滴等污染物。

3 資源綜合利用

3.1 粉塵回收

在煙氣處理工藝中，以粉塵回收為主要工藝內(nèi)容。銅精礦產(chǎn)生的干燥性煙氣，粉塵處理選擇2級布袋收塵裝置，將有效回收的粉塵輸送至精礦存儲室，用作銅精礦的配料。冰銅?；療煔庠陂_展凈化處理時(shí)，洗滌壓濾獲得濾餅，濾餅以冰銅為主要成分，將其直接送至冰銅存儲區(qū)域，作為冰銅配料。冰銅干燥煙氣在經(jīng)由2級布袋收塵裝置時(shí)，有效回收的粉塵，其作為冰銅粉的干燥形式，可將其直接輸送至干冰銅存儲倉室，用作吹煉爐物料。陽極爐內(nèi)較高的煙氣，煙氣成分相似于煉爐煙塵，將其混合在吹煉爐的煙塵中，完成混合時(shí)，對其采取回爐處理[3]。

3.2 稀硫酸利用

雙氧水在脫硫程序中，對二氧化硫具有一定吸收能力，繼而產(chǎn)出稀硫酸物質(zhì)，基于脫硫程序產(chǎn)生的煙氣中含有較少雜質(zhì)，由此產(chǎn)生的稀硫酸較為純凈，可用于硫酸干吸程序，替換補(bǔ)充水工序，獲取質(zhì)量上佳的硫酸成品。在生產(chǎn)程序中，借助稀酸排放量的科學(xué)控制，加強(qiáng)稀硫酸濃度的控制效果，一般情況下，稀硫酸w（H2SO4）的濃度應(yīng)不小于40%。然而，稀酸濃度較高時(shí)，引起尾氣酸霧濃度的相應(yīng)增加。為此，應(yīng)從尾氣排放指標(biāo)為切入點(diǎn)，加以程序優(yōu)化，冰銅粒化與陽極爐兩個(gè)工藝產(chǎn)生的煙氣，開展脫硫處理時(shí)，應(yīng)將稀硫酸w（H2SO4）的濃度控制在15%范圍內(nèi)，制酸尾氣中開展的脫硫程序，其稀硫酸w（H2SO4）的濃度應(yīng)保持在5%范圍內(nèi)。依據(jù)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，雙氧水脫硫工藝稀硫酸的生產(chǎn)能力為每天150噸，制酸質(zhì)量符合工業(yè)硫酸的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 廢水處理

（1）冰銅?；療煔?，成分結(jié)構(gòu)中水蒸氣占比較大，在動力波洗滌環(huán)境中，造成大部分水蒸氣凝結(jié)成液態(tài)水。系統(tǒng)內(nèi)液態(tài)水處于豐盈狀態(tài)，應(yīng)采取廢水外排措施。此類廢水排出時(shí)經(jīng)由氣體冷卻塔，固體占比含量較小，應(yīng)輸送至冰銅?；到y(tǒng)實(shí)行重復(fù)利用。

（2）陽極爐煙氣在完成除塵操作時(shí)，煙塵顆粒占比趨近于0，然而，煙氣中含有部分氧化物，以鈉、鉀等元素為主。此類氧化物在洗滌程序中，與循環(huán)液發(fā)生相互溶解，溶解后形成了硫酸鹽溶液。在生產(chǎn)程序沉淀的積累過程中，循環(huán)液中產(chǎn)生的硫酸鹽逐漸增加，引起硫酸鹽濃度的上升，應(yīng)定期采取循環(huán)液置換操作，維持循環(huán)液含量的平衡性。經(jīng)計(jì)算獲知：此種循環(huán)液廢水應(yīng)采取每天外排6噸。此類含有較高濃度鹽的廢水，應(yīng)采取污酸集中綜合型處理工序。

4 結(jié)論

從技術(shù)層面上看，超低排放技術(shù)十分可行，不同的排放標(biāo)準(zhǔn)和鍋爐樣式所用的技術(shù)路線也不相同。煙氣超低排放可帶來巨大的環(huán)境效益和社會效益，與常規(guī)煙氣治理手段相比，其高效的脫除能力，對大氣污染物減排和環(huán)境空氣質(zhì)量改善有這深遠(yuǎn)的意義。綜上所述，關(guān)于銅冶煉工藝處理煙氣的流程中，處理效率高的流程較少，可借鑒的工藝資源有限，針對陽極爐產(chǎn)出煙氣的處理工藝中，面臨諸多阻礙。經(jīng)多方脫銷工藝的深入探索，結(jié)合煙氣的化學(xué)性質(zhì)，開展多角度分析，最終確定了脫銷工藝，臭氧氧化工藝流程，具有脫銷效果好、操作便利等應(yīng)用優(yōu)勢，便于融合于銅冶煉生產(chǎn)環(huán)節(jié)，發(fā)揮其環(huán)保功效。