铜火法冶金含重金属废气控制技术研究.pdf

2 0 1 3 年第9 期有色金属 冶炼部分 h t t p n y s y l ．b g r i m m ．c n 6 7 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 7 - 7 5 4 5 ．2 0 1 3 ．0 9 ．0 1 8 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，北京1 0 0 1 6 0 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 中圈分类号X 7 5 8 ；T F 8 1 l文献标志码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 【2 0 1 3 0 9 0 0 6 7 0 4 C o n t r o lT e c h n o l o g yo fH e a v yM e t a l sB e a r i n gW a s t eG a si n C o p p e rP y r o m e t a l l u r g y C H E NQ i a n B e i j i n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n ga n dM e t a l l u r g y ，B e i j i n g1 0 0 1 6 0 ，C h i n a A b s t r a c t C o m p l e xw a s t eg a se m i s s i o np r o c e s s e sa n dp r o d u c t i o no fal a r g ec a t e g o r yo fh e a v ym e t a l sa r et h e m a j o rp r o b l e m si nc o o p e rp y r o m e t a l l u r g y ．T oa d d r e s st h ea b o v es i t u a t i o n ，t h es t a t u sa n de x i s t i n gp r o b l e m so fc o n t r o lt e c h n o l o g yo fh e a v ym e t a l sb e a r i n gw a s t eg a si nc o p p e rp y r o m e t a l l u r g yi n d u s t r yw e r es u m m a r i z e da n dt h ec o r r e s p o n d i n gm o n i t o r i n gs c h e m ea n ds u g g e s t i o n sw e r ep r o p o s e d ． K e yw o r d s e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g ；c o p p e rp y r o m e t a l l u r g y ；h e a v ym e t a lb e a r i n gw a s t eg a s ；c o n t r o l t e c h n o l o g y 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n 。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8 0 ％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 收稿日期2 0 1 3 0 6 0 9 基金项目环保部公益性行业科研专项 2 0 1 0 0 9 0 3 7 作者简介陈谦 1 9 7 2 一 ，女，北京市人，高级工程师． 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 。 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都会不同 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 ] 。 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 C u 、P b 、A s 、H g 、C d 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 P b 、A s 、H g 等 万方数据 6 8 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 3 年第9 期 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S O 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，但含有气态的汞。 表1铜火法冶炼过程主要废气产生节点及污染物 T a b l e1P r o c e s ss p o tg e n e r a t i n gw a s t eg a sa n dc o r r e s p o n d e n tp o l l u t a n ti nc o p p e rp y r o m e t a l l u r g y 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5 0m g ／m 3 ，各种干燥烟气收尘工序 如下1 气流干燥烟气一沉降斗一旋风收尘一排风 机～布袋收尘或电收尘器一排气筒排空；2 蒸汽干 燥机出口烟气一布袋收尘器一干燥排风机一排气筒 排空；3 冰铜磨出口烟气一沉灰筒一布袋收尘器一 冰铜磨排风机一排气筒排空。 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5 0 0m g ／m 3 。 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 送返回配料，喷雾冷却器收下的块状烟尘不宜直 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5 0 0 m g ／m 3 。 2 ．1 ．4 电炉贫化烟气 电炉贫化烟气量较小，一般不进行余热回收。 烟气首先采用水套烟道冷却，将烟气温度降至3 5 0 ℃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2 0 0m g ／m 3 。 2 ．1 ．5 精炼烟气 精炼烟气先经过余热锅炉和板式烟气换热器后 温度降至3 8 0 ℃左右，再通过冷却烟道将温度降到 1 5 0 ℃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S O 。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 万方数据 2 0 1 3 年第9 期有色金属 冶炼部分 h t t p t ／y s y l ．b g r i m m ．o n 6 9 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 如石灰石一石膏湿法脱硫 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4 0 万t ／a 的大型铜冶炼企业，其 主要生产工艺为“铜精矿干燥一闪速熔炼一冰铜干 燥一闪速吹炼一回转式阳极炉精炼～永久性不锈钢 电解一两转两吸制酸”。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 T a b l e2T r e a t m e n tm e a s u r e sa n dr e s u l t so fm a i nw a s t eg a sp o l l u t a n ti naC o p p e rP y r o m e t a l l u r g yP l a n t 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 够满足铜镍钻工业污染物排放标准 G B2 5 4 6 7 2 0 1 0 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 “ l h b l e3 U n o r g a n i z e de m i s s i o n sm o n i t o r i n gd a t ao f f a c t o r yb o u n di naC o p p e rP y r m n e t a l l u r g yP l a n t 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，j 、。 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 万方数据 7 0 有色金属 冶炼部分 h t t p ] ] y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 3 年第9 期 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 P S 转炉吹炼工艺、熔池熔连 P S 转炉吹炼工艺[ 3 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，P S 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 先推荐具有环保、节能特点的先进工艺[ 6 j ； 3 对诸多铜火法冶炼企业废气监测的结果表 明，有组织废气排放源中环集烟气烟气量较大，通过 它排放的重点关注的几种重金属元素总量占到企业 废气排放总量的8 5 ％以上，而其监测的铅、砷排放 浓度有时达到几毫克／立方米，不能稳定达标，故应 增加并开发适合环集烟气末端重金属污染物控制的 措施，以确保其稳定达标；同时检测的阳极炉烟气中 铅、砷也有超标现象，对该工序没有相应除尘设施的 企业应根据实际情况增加适当的末端治理设施； 4 在对铜火法冶炼企业废气监测的重金属元素 分析过程中，发现急需开发适合铜冶炼烟气特点的 在线监测采样设备，同时基于烟道稀释采样和除尘 器下载灰采样收集的烟尘成分二者存在差异，说明 重金属元素可能会随微细烟尘排放到大气环境中， 故急需开发协同控制P M 。，。细颗粒物及重金属元素 的高效除尘设施的技术与工艺，以进一步提高铜冶 炼行业工业炉窑中含重金属微细烟尘的去除效率。 4结论 铜火法冶炼企业除加强现有控制手段外，从设 计阶段应优先推荐选择具有环保、节能特点的先进 工艺；还应增加并开发适合环集烟气末端重金属污 染物控制的措施、开发适合铜冶炼烟气特点的在线 监测采样设备、以及开发协同控制P M 。．。细颗粒物 及重金属元素的高效除尘设施的技术与工艺。 参考文献 [ 1 ] 李韧，陈谦，汪靖．高斯反推模式在铜冶炼企业无组织大 气污染源重金属排放量估算中的应用与评述[ J ] ．有色 金属 冶炼部分 ，2 0 1 1 1 1 9 - 1 1 。 E 2 ] 李韧，陈谦，汪靖．箱模型在有色金属冶炼企业无组织大 气污染源重金属排放量估算中的应用[ J ] ．有色金属 冶 炼部分 ，2 0 1 2 3 4 - 6 ． E 3 ] 陈谦，李韧．铜火法冶金典型工艺单位产品排气量的比 较分析[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 3 5 5 7 6 0 ． E 4 ] 袁正鸣．大型铜冶炼厂环境集烟系统的设计技术E J ] ． 有色冶金设计与研究，2 0 0 7 ，2 8 5 2 7 2 9 ． E 5 ] 邓志文，黎剑华，陈静娟．我国闪速炼铜厂的清洁生产 [ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 0 6 3 1 6 1 8 ． E 6 ] 姚素平．我国铜冶炼技术的进步E J ] ．中国有色冶金， 2 0 0 4 ，3 3 1 1 - 4 ． 万方数据