DOC《铜火法冶金含重金属废气控制技术研究》

铜火法冶金含重金属废气控制技术研究 陈谦 (北京矿冶研究总院,北京 100160) 摘要:针对铜火法冶炼生产过程中含重金属污染物的烟气排放产生工序多、重金属类别多等特点,就行业含重金属废气控制技术的现状、存在问题进行归纳总结,并提出相应的监测方案与建议.

关键词:环境工程;

铜火法冶金;

含重金属废气;

控制技术 中图分类号:X758;

TF811 文献标志码:A 文章编号:1007-7545(2013)09-0000-00 Control Technology of Heavy Metals Bearing Waste Gas in Copper Pyrometallurgy CHEN Qian (Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy, Beijing 100160, China) Abstract: Complex waste gas emission processes and production of a large category of heavy metals are the major problems in cooper pyrometallurgy. To address the above situation, the status and existing problems of control technology of heavy metals bearing waste gas in copper pyrometallurgy industry were summarized and the corresponding monitoring scheme and suggestions were proposed. Key words: environmental engineering;

copper pyrometallurgy;

heavy metal bearing waste gas;

control technology 随着我国铜行业的快速发展,铜冶炼行业的重金属污染防治也成为可持续协调发展的重要任务.本文结合我们对铜火法冶炼企业重金属污染物现场调研和污染物产排量分析研究成果[1-3],针对铜火法冶炼生产过程中含重金属污染物的烟气排放产生工序多、重金属类别多等特点,总结归纳了行业含重金属废气控制技术的现状、存在的问题,并提出相应的监管方案与建议.

1 铜火法冶金含重金属废气产生情况 铜矿物原料的冶炼方法可分火法冶金与湿法冶金.目前世界上的精铜80%是用火法冶金生产的.火法炼铜工艺(主要包括闪速熔炼工艺、熔池熔炼工艺、鼓风熔炼工艺)即以硫化铜矿为原料,经过备料(或干燥)、熔炼、吹炼、火法精炼、电解精炼等工序,最终产品为电解铜.在整个生产过程中,会产生大量的工艺废气,其主要废气产生节点及污染物构成见表1. 表1 铜火法冶炼过程主要废气产生节点及污染物 Table

1 Process spot generating waste gas and correspondent pollutant in copper pyrometallurgy 主要工序 污染源 主要污染物或性质说明 干燥工序 干燥烟气 颗粒物(含重金属),SO2 配料工序 上料、出料、转运过程中扬尘 颗粒物(含重金属) 熔炼工序 熔炼炉烟气以及加料口、铜锍放出口、渣放出口、喷枪孔、溜槽、包子房等处泄漏 颗粒物(含重金属),SO2 吹炼工序 吹炼炉烟气以及加料口、粗铜放出口、渣放出口、喷枪孔、溜槽、包子房等处泄漏 颗粒物(含重金属),SO2 精炼工序 精炼炉烟气 颗粒物(含重金属),SO2 炉渣贫化 炉窑烟气 颗粒物(含重金属),SO2 烟气制酸 制酸尾气 SO

2、SO

3、烟尘 电解工序 电解槽及其它槽 酸雾 净液工序 真空蒸发器酸雾(160 ℃) 脱铜电积槽酸雾、AsH3气体 由表1可知,铜火法冶炼过程中,原料输送与配制、熔炼、吹炼以及阳极炉精炼等工艺环节均将不同程度地产生并排放含重金属的烟气、粉尘,排放方式包括有组织与无组织两类[1-2]. 收稿日期:2013-06-09 基金项目:环保部公益性行业科研专项(201009037) 作者简介:陈谦(1972-),女,北京市人,高级工程师. 其中铜精矿运输贮存、配料、转运、精矿干燥(采用闪速熔炼工艺)后的干矿仓等工艺环节将产生阵发性粉尘,而蒸汽干燥机亦会排出高含尘烟气,含有Cu、Pb、As、Hg、Cd等重金属元素,其赋存形态未经高温熔炼而发生化学变化;

熔炼、吹炼工艺由于该工艺段烟气温度高,含尘量大,重金属(Pb、As、Hg等)中易挥发的进入炉气,被氧化的会沉积到收尘器中;

熔炼、吹炼烟气经收尘处理后因其含有的SO2浓度较高,会进入烟气制酸工序,因前期处理和制酸工序中对烟尘的进一步处理,制酸尾气中几乎不含有携带铜、砷、铅、镉的重金属烟尘,但是会含有气态的汞.

2 铜火法冶金含重金属废气治理技术现状 针对上述含重金属烟粉尘的废气,目前国内铜冶炼企业在生产实践中已有使用、技术相对成熟可靠、治理效果显著的工艺和技术. 2.1 有组织废气治理技术 2.1.1 干燥烟气 干燥收尘可采用袋式收尘器或电收尘器.对于载流干燥烟气收尘,由于烟气中含尘量较大,须在电收尘器前增加沉尘室和旋风收尘器.收尘后烟气含尘浓度一般小于50 mg/m3,各种干燥烟气收尘工序如下:1)气流干燥烟气―沉降斗―旋风收尘―排风机―布袋收尘或电收尘器―排气筒排空;

2)蒸汽干燥机出口烟气―布袋收尘器―干燥排风机―排气筒排空;

3)冰铜磨出口烟气―沉灰筒―布袋收尘器―冰铜磨排风机―排气筒排空. 2.1.2 熔炼烟气 熔炼炉烟气先经余热锅炉降温并收下部分烟尘后进入收尘系统.一般采用电收尘器,收下的烟尘采用气力输送的方式返回配料,收尘后的烟气送硫酸厂制酸,送硫酸厂烟气含尘量宜低于500 mg/m3. 2.1.3 吹炼烟气 吹炼烟气一般设余热锅炉降温并回收余热.当不需要回收余热时,也可采用喷雾冷却器降温.收尘设备采用电收尘器,收下的烟尘采用气力输送的方式返回配料,喷雾冷却器收下的含块状的烟尘不宜直接采用气力输送的方式输送.收尘后的烟气送硫酸厂制酸,送硫酸厂烟气含尘量宜低于500 mg/m3. 2.1.4 电炉贫化烟气 电炉贫化烟气量较小,一般余热不进行回收.烟气首先采用水套烟道冷却,将烟气温度降至350 ℃左右,之后进入电收尘器收尘,收下的烟尘采用气力输送的方式返回配料,收尘后的烟气送硫酸厂制酸或送脱硫系统,送硫酸厂(脱硫)烟气含尘量宜低于200 mg/m3. 2.1.5 精炼烟气 精炼烟气经过余热锅炉和板式烟气换热器后温度降至380 ℃左右,通过冷却烟道将温度降到150 ℃左右,然后烟气通入袋式除尘器或电收尘器净化,净化后的烟气通过烟囱排放.收尘器收下的烟尘返配料. 综上所述,目前铜冶炼厂有组织含重金属烟(粉)尘废气主要采用电收尘、布袋收尘的治理方式,收尘设备多设在工艺炉窑后或余热锅炉后.该过程既是污染治理过程,也是生产过程,因为此类含重金属元素的烟尘是重要的二次资源,甚至是生产工艺过程的重要中间产品,可返回生产形成物料的闭路循环或者作为产品出售. 2.2 无组织废气治理技术[1-2] 目前,为了预防铜火法冶炼过程中的烟尘和烟气泄漏,通常在工艺、炉体、收尘设备、管道进行设计时已经采用了各种密闭措施,但在实际生产操作过程中,仍不可避免地会有含SO2 及重金属烟(粉)尘的气体从各种炉子的熔体放出点和其它设备中泄漏出来,恶化劳动条件和周围环境,一旦逸散,这种开放性尘源还将造成大气环境污染,甚至危及到周边生态环境和居民健康.因此,需要在各烟气泄漏点设置各种类型的集气罩(排烟罩)、同时对罩内抽风并形成负压使烟气不至对外扩散.目前,很多大型铜冶炼厂大都采用烟气环集系统[4](集气罩和管道)将泄漏的烟气集中后通过高空烟囱排放.在不同工艺的不同生产周期,通过设备控制台遥控的电动阀来调节各排烟点需要抽风的排烟罩,调节排烟风机的转速,在确保完全排除泄漏烟气的前提下,还可以达到节能的目的.常规环集烟气系统的设置如下:将熔炼炉铜锍出口逸散气和阳极炉炉顶逸散气,以及沉降电炉铜锍出口、出渣口、包子箱、渣溜槽逸散的烟气通过集气罩收集后送环集烟气处理系统(如湿法脱硫)处理后,通过环保烟囱排放;

而转炉进料口、炉前、炉顶逸散气通过集气罩收集后送环集烟气处理系统(如石灰石-石膏湿法脱硫)处理后,最后也通过环保烟囱排放. 因此,无组织废气治理的基本原则之一就是将其尽可能收集成有组织废气,而后利用有组织源的处理方式――除尘器进行治理.这其中的关键设备就是针对无组织源的烟气捕集装置――集气罩.优良的集气罩设计应该做到以下几点:1)应尽量靠近或包围尘源,使粉尘发散控制在最小的范围内;

2)应尽可能设置在含尘气流的运动方向上;

3)集气罩吸入的气流不经过操作人员的呼吸带;

4)集气罩的设置应不妨碍工人的操作和设备检修. 结合铜冶炼厂的设备特点,目前开发的集气罩有带移动上盖的包子箱(适用于各熔炼炉、贫化电炉经溜槽向包子放铜时的烟气捕集)、带前电动回转烟罩的双重烟罩(适用于转炉加料及吹炼时的逸散烟气捕集、精炼炉逸散烟气的捕集)、带电动卷绕提升上盖的烟罩(适用于铸渣机浇铸过程中从渣包、流束及铸模上散发的逸散烟气捕集)、电动移动式排烟罩(适用于捕集包子涂层(挂渣)过程产生的烟气).

3 实例 某年产阴极铜40万t/a的大型铜冶炼企业,其主要生产工艺为 铜精矿干燥―闪速熔炼―冰铜干燥―闪速吹炼―回转式阳极炉精炼―永久性不锈钢电解―两转两吸制酸 .其主要的含重金属烟气治理措施和治理效果见表2. 表2 某铜火法冶炼企业主要废气污染物治理措施及效果 Table

2 Treatment measures and results of main waste gas pollutant in a Copper Pyrometallurgy Plant 工序名称 治理措施 外排浓度(标态)/(mg・m-3) 备注 Pb As Hg 精矿干燥烟气 沉尘室+布袋收尘 0.013 0.066 0.004

1 合用1根烟囱 冰铜干燥烟气 粗收尘+布袋收尘 熔炼、吹炼烟气 余热锅炉+电收尘+烟气制酸 0.002

0 通过制酸尾气烟囱外排 阳极炉烟气 余热锅炉+喷淋洗涤+离子液循环吸收脱硫 0.000

009 环集烟气 0.410 0.130 0.004

1 《铜镍钴工业污染物排放标准》(GB 25467-2010)限值 0.700 0.400 0.012

0 由表2可知,在生产设备和环保设备正常运行的情况下,该企业的含重金属烟气经治理后完全能够满足《铜镍钴工业污染物排放标准》(GB 25467-2010)限值的要求. 同期监测的厂界无组织排放数据见表3. 表3 某铜火法冶炼企业厂界无组织排放监测数据(标态) Table

3 Unorganized emissions monitoring data of factory bound in a Copper Pyrometallurgy Plant 采样点 铅/(mg・m-3) 砷/(mg・m-3) 颗粒物/(mg・m-3) 东厂界 5E-06L 3.0E-05 0.23 西厂界 5E-06L 6.0E-05 0.17 南厂界 5E-06L 5.5E-05 0.18 北厂界 5E-06L 2.6E-05 0.23 标准限值 0.006 0.01 1.00 注: L 表示低于检出限,其前面的数值为该项目检出限. 由表3可知,在生产设备和环保设备正常运行的情况下,该企业含重金属的无组织废气也得到了较好的控制,能够实现厂界浓度值达标,对外界环境影响很小.

4 存在问题与建议 1)依据我们对多家铜冶炼企业的现场监测调查,发现目前大型的铜冶炼企业对环保十分重视[5],污染治理设施的建设、运行和管理也相对规范,但往往是一些小的铜冶炼企业或是边远地区的铜冶炼企业仅考虑自身经济效益,存在环保设施建设不到位、不能正常运行的问题;

故应依据《产业结构调整目录》、《铜行业准入条件》和工信部每年颁布的关于铜冶炼淘汰落后产能具体企业名单等文件,加大对铜冶炼产业结构调整和产业布局优化力度,加强对落后产能企业的淘汰和不规范企业的日常环保监督与监管;

2)在我们调查的典型工业企业中,按照单位产品废气排放量由小到大依次排序为闪速熔炼+闪速吹炼工艺、闪速熔炼+PS转炉吹炼工艺、熔池熔连+PS转炉吹炼工艺[3];

熔池熔炼烟气制酸环节单位产品排气量较闪速熔炼工艺大,PS转炉吹炼的环境集烟单位产品排气量也较闪速吹炼工艺大.因此,对现有铜火法冶金的企业工艺改造和新建铜火法冶金企业在具备一定建设规模时,从设计开始就应优先................