納米級固液分離系統(tǒng)在冶煉煙氣制酸中的應用

楊四秦，蘇漢臣，張 偉，陳盛果

[1.剛果（金）盧阿拉巴銅冶煉股份有限公司，剛果（金）盧阿拉巴省；2.新疆喀拉通克礦業(yè)有限責任公司，新疆富蘊 836199]

新疆喀拉通克礦業(yè)有限責任公司（簡稱喀拉通克公司）200 kt/a硫酸生產(chǎn)裝置用于處理上游火法銅冶煉系統(tǒng)產(chǎn)生的高溫含硫煙氣。硫酸裝置凈化工序在不斷循環(huán)洗滌過程中將煙氣中的二氧化硫、三氧化硫、粉塵和氟等洗滌到循環(huán)稀酸中，循環(huán)稀酸中的固含量不斷增加，有時固含量(ρ)高達8 g/L。為使凈化系統(tǒng)正常運行，該公司采用錐形斜板沉降槽對循環(huán)稀酸中的污泥進行分離，但分離效率低，污泥后移，造成冷卻塔填料積泥，板式換熱器酸側頻繁堵塞，失去換熱能力，導致二段電除霧器出口煙氣溫度達40 ℃以上，嚴重影響制酸系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。為此，2018年喀拉通克公司與某石化工程裝備有限公司進行技術交流，將錐形斜板沉降槽拆除，新建1套納米級固液分離系統(tǒng)以實現(xiàn)凈化循環(huán)稀酸的固液分離。技術改造完成后，循環(huán)稀酸中固含量(ρ)降到10 mg/L以下，板式換熱器換熱效率明顯提升，有效保證了凈化工序各設備高效、穩(wěn)定運行。

1 納米級固液分離系統(tǒng)簡介

納米級固液分離系統(tǒng)依托環(huán)管均壓液膜洗滌裝置、真空脫氣設備、帶懸浮的斜板過濾器及濾壓設備等技術支撐，使過濾后的清液中固體粒徑可達到納米級，氣相中的塵、液相中的泥均以固渣[w(H2O)60%的濾餅]的形式分離出系統(tǒng)。納米級固液分離系統(tǒng)工藝流程見圖1。

圖1 納米級固液分離系統(tǒng)工藝流程

1.1 環(huán)管均壓液膜洗滌裝置

環(huán)管均壓液膜洗滌裝置用于提升第一洗滌塔的噴淋效率。采用均壓結構，每個噴頭單元通過仿真設計進行布置。結合塔內氣體湍流與平流原理，為防止塔壁短路，補水點上下雙層布置，在布置區(qū)域內形成霧化湍沖區(qū)、液膜區(qū)，可高效地將煙氣中的塵洗入循環(huán)稀酸中，同時將第一洗滌塔出口的煙氣溫度降至55 ℃以下，避免因煙氣溫度高而使大量飽和水蒸氣夾帶的塵泥后移至冷卻塔造成設備堵塞。

1.2 帶懸浮的斜板過濾器

帶懸浮的斜板過濾器主要是利用物理沉降、吸附過濾原理，結合中心桶結構、砂濾器的正向過濾、反向沖洗、軟化水工藝的濾料吸附作用及膜過濾的超細過濾，實現(xiàn)固液分離。在提高過濾效率的基礎上，帶懸浮的斜板過濾器與普通斜板過濾器、砂濾器、濃密機等設備相比，具有占地面積小、投資少、效率高、自動化程度高等優(yōu)點；通過PLC/DCS自動控制系統(tǒng)，完成定時或定量自動反沖洗，可操作性強；與膜過濾器相比，不但起到膜過濾器的效果，而且可以規(guī)避膜過濾器的膜管結垢問題。帶懸浮的斜板過濾器結構見圖2。

圖2 帶懸浮的斜板過濾器結構

帶懸浮的斜板過濾器規(guī)格及技術參數(shù)分別見表1和表2。

表1 帶懸浮的斜板過濾器規(guī)格

表2 帶懸浮的斜板過濾器技術參數(shù)

2 納米級固液分離系統(tǒng)運行效果

2.1 真空脫氣效果

壓濾機松板時現(xiàn)場環(huán)境無SO2刺激性氣味，采用便攜式SO2氣體檢測儀檢測現(xiàn)場φ(SO2)約為0.000 09%。由此表明，經(jīng)真空負壓脫氣后，循環(huán)稀酸中SO2脫除得較為干凈，脫除效果好于接觸法脫氣，且不增加制酸系統(tǒng)的空氣補入量，有利于制酸系統(tǒng)生產(chǎn)。

2.2 固液分離效果

固液分離系統(tǒng)入口循環(huán)稀酸固含量(ρ)約為8.09 g/L，固液分離系統(tǒng)出口循環(huán)稀酸中的顆粒物直徑用激光光散射測試低于100 nm，固含量測試低于檢測限。

2.3 凈化指標運行效果

納米級固液分離系統(tǒng)穩(wěn)定運行7 d后，凈化工序第一洗滌塔出口的煙氣溫度由67.0 ℃降至48.1℃，第一洗滌塔循環(huán)稀酸固含量(ρ)由8 g/L降至10 mg/L 以下，冷卻塔循環(huán)稀酸固含量 (ρ)由 5 g/L降至 1 mg/L 以下。

3 納米級固液分離系統(tǒng)特點

納米級固液分離系統(tǒng)具有以下特點：

1）制酸系統(tǒng)上游工序電收塵器出現(xiàn)故障時，可保證凈化系統(tǒng)正常運行。若電收塵器出現(xiàn)故障，一級動力波洗滌器入口煙氣中含有大量塵，環(huán)管均壓液膜洗滌裝置可將其洗入循環(huán)稀酸中，再通過納米級固液分離系統(tǒng)第一時間將循環(huán)稀酸中的塵泥完全分離出系統(tǒng)，避免因煙氣塵含量升高造成循環(huán)稀酸中塵泥量大，導致噴頭、冷卻塔填料、板式換熱器堵塞，從而保證凈化系統(tǒng)正常穩(wěn)定運行。

2）提高循環(huán)稀酸濃度，減少污酸排放量。通過納米級固液分離系統(tǒng)將循環(huán)稀酸中的塵泥完全分離出系統(tǒng)，使循環(huán)稀酸澄清無雜質。增加循環(huán)稀酸循環(huán)次數(shù)，提高循環(huán)稀酸的濃度，從而減少凈化污酸排放量，為后續(xù)污酸資源化利用提供有利條件。

3）回收有價金屬。納米級固液分離系統(tǒng)分離后的污泥以固渣形式分離出系統(tǒng)，固渣中的有價金屬含量較高，有些金屬含量甚至超過其原礦中的含量，如鉛、硒、金、銀等，固渣作為有價金屬提取的原料可較大程度回收資源，降低生產(chǎn)成本。

4）減少污酸硫化處理過程中硫化劑的消耗。納米級固液分離系統(tǒng)建成后，經(jīng)真空脫氣設備將污酸中溶解的SO2脫除，從而減少污酸硫化過程中NaS的消耗量。根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)對比，NaS消耗量減少80%以上。此外，通過分離污泥，排放的污酸中重金屬含量也隨之降低，在后續(xù)污酸硫化處理過程中，減少了NaS的加入量，進而減少硫化渣的產(chǎn)出量，降低污酸處理成本，減輕企業(yè)的環(huán)保壓力。

4 結語

納米級固液分離系統(tǒng)已成功應用于喀拉通克公司硫酸生產(chǎn)凈化工序，為該廠硫酸生產(chǎn)穩(wěn)定運行創(chuàng)造了有利條件。生產(chǎn)實踐表明：該系統(tǒng)工藝成熟先進，技術可靠，自動化程度高，操作簡單，具有投資少、占地面積小、分離效率高、運行費用低等優(yōu)點，尤其適用于冶煉高含塵煙氣凈化系統(tǒng)的改造，具有一定的借鑒作用和推廣價值。