鉛冶煉煙氣凈化污酸砷汞去除工藝應用實踐

周開敏，于 躍，張云鵬

（1.云南馳宏鋅鍺股份有限公司，云南曲靖 654200；2.呼倫貝爾馳宏礦業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古呼倫貝爾 021008）

呼倫貝爾馳宏礦業(yè)有限公司（以下簡稱馳宏礦業(yè)）鉛冶煉煙氣制酸項目于2014年8月建成并投用。由于凈化工序外排污酸中砷、汞等雜質(zhì)含量高，污酸外排量大且處理成本高，對污酸處理的工藝流程進行改造迫在眉睫。

馳宏礦業(yè)于2019年對制酸系統(tǒng)進行改造升級，采用低溫除汞+吸附除砷工藝處理污酸，減小了污酸處理的壓力，污酸處理成本和固體廢渣量明顯減少，同時實現(xiàn)了外排污酸中的砷、汞分類回收。

1 工藝技術(shù)路線

1.1 低溫除汞

采用“稀酸循環(huán)冷卻+冷水機組+冷凍液循環(huán)泵系統(tǒng)+板式換熱器+循環(huán)水冷卻系統(tǒng)”模式，將煙氣溫度冷卻至10～12 ℃，低溫析出單質(zhì)汞。再將單質(zhì)汞由除汞塔底部放出，作為副產(chǎn)品進行銷售。該低溫除汞工藝投用后，可降低凈化工序煙氣中的硫酸霧含量，降低電除霧器負荷，提升凈化工序的除雜能力，減小硫酸霧、礦塵、砷等雜質(zhì)對后續(xù)工序設備和催化劑的影響，尤其在鉛冶煉煙氣波動頻繁時，可基本消除凈化煙氣含水對干吸工序的影響。

利用除汞系統(tǒng)降低凈化工序電除霧器出口煙氣的溫度和水含量，進而降低煙氣中的雜質(zhì)含量，在回收單質(zhì)汞的同時，處理后的稀酸可用于平衡干吸工序的循環(huán)酸濃度。

除汞塔進出口煙氣條件見表1。

表1 除汞塔進出口煙氣條件

1.2 重金屬捕收劑除砷

凈化工序外排污酸的流量約10 m3/h，溫度為65 ℃，其中ρ（H2SO4）為 165 g/L，ρ（As）為 4.62 g/L，ρ（Hg）為0.04 g/L。凈化工序需外排的污酸經(jīng)原圓錐凈化池重力沉降、壓濾后，與重金屬捕收劑和絮凝沉降劑混合后，送至新建稀酸回用系統(tǒng)的凈化吸附塔。

重金屬捕收劑和污酸中的砷等雜質(zhì)發(fā)生絡合反應形成細小的荷電微粒，在絮凝劑的作用下形成礬花，在凈化吸附塔內(nèi)沉降進入塔底。吸附塔內(nèi)沉降的污泥泵入壓濾機壓濾成高砷渣，依情況進行出售或者依規(guī)處理，壓濾機的濾液送至外排污酸中間槽或另設一儲槽外排至動力廠。吸附塔的上清液溢流至外排污酸中間槽，可經(jīng)換熱用作凈化工序動力系統(tǒng)補水，也可輸送至動力廠、鋅廠處理或使用。

2 工藝流程

改造后的污酸處理工藝流程見圖1。

圖1 改造后污酸處理工藝流程

冷凍液循環(huán)泵把冷凍液（可選擇乙二醇或除鹽水）送至冷水機組，將冷凍液降溫至6～8 ℃，由循環(huán)水把冷水機組產(chǎn)生的熱量帶走，冷凍液經(jīng)板式換熱器與除汞塔循環(huán)液換熱，冷凍液返回至冷凍液儲槽。8～10 ℃的除汞塔循環(huán)液由除汞循環(huán)泵送至除汞塔，與二級動力波洗滌器處理后的煙氣逆向接觸，把煙氣冷卻至10～12 ℃，送至電除霧器除霧，然后進入后續(xù)工序制酸。除汞塔內(nèi)低溫冷凝析出的單質(zhì)汞由除汞塔底部放出，經(jīng)汞液中間槽后裝桶外銷。

凈化工序所產(chǎn)生的污酸經(jīng)一級動力波循環(huán)泵外排至稀酸脫氣塔，去除溶解性的SO2后，經(jīng)過圓錐沉降槽沉降使固態(tài)金屬雜質(zhì)沉淀。沉淀后含金屬雜質(zhì)的漿液經(jīng)板框壓濾機壓濾后，鉛渣返回到礦倉，用于冶煉。溶解性的SO2被釋放后，返回制酸系統(tǒng)。

含有溶解性雜質(zhì)的污酸經(jīng)圓錐沉降槽溢流至凈化稀酸槽后，用污酸泵將凈化稀酸槽的污酸送至稀酸回用吸附塔，通過藥劑桶加入吸附劑，與污酸中的砷反應，形成顆粒物沉淀。再由稀酸回用泥漿泵將吸附塔內(nèi)的泥漿送至板框壓濾機進行壓濾，壓濾渣回收形成高砷渣，作為提煉砷的主要原料。濾液進入稀酸中間槽，與吸附塔溢流至稀酸中間槽的稀酸混合后，經(jīng)稀酸泵和板式換熱器冷卻后，送至凈化工序二級動力波洗滌器，代替工藝水加入；部分稀酸送至其他冶煉工序，作為焙砂、漿化渣洗水使用，多余量外排至污酸處理廠處置，形成石膏渣。

3 主要設備

改造后的污酸處理工序主要設備參數(shù)見表2。

表2 主要設備參數(shù)

4 工藝改造應用效果

2019年7月制酸系統(tǒng)凈化工序完成技術(shù)改造，除汞、除砷系統(tǒng)于8月26日投入使用，制酸系統(tǒng)一次性投產(chǎn)成功，運行平穩(wěn)。

4.1 污酸處理排放情況

污酸處理工序的最大處理能力為20 t/h，外排污酸中的砷和汞含量得到有效控制，污酸回用率達到70%～75%。除汞除砷后的污酸排放情況見表3。

表3 處理后的污酸排放情況

由表3可見：除汞、除砷系統(tǒng)投用后，制酸系統(tǒng)凈化工序排放的污酸經(jīng)處理后，其中的ρ（As）由4.62 g/L降低到約0.1 g/L，ρ（Hg）由0.04 g/L降低到約0.000 1 g/L，除汞除砷效果顯著。

凈化吸附塔處理后的污酸經(jīng)壓濾回收得到高 砷 渣， 產(chǎn) 生 量 為 0.5～1.9 m3/h， 其 中 w（As）為40%～50%。

除砷除汞系統(tǒng)投用后，每生產(chǎn)1 t硫酸凈化污酸的處理成本增加3～4元，固體廢渣量可減少15～16 kt/a（污酸回用率以70%計）。

4.2 產(chǎn)品硫酸質(zhì)量情況

制酸系統(tǒng)的產(chǎn)品硫酸可以達到GB/T 534—2014《工業(yè)硫酸》優(yōu)等品要求，合格率達到100%，各項經(jīng)濟指標均達設計值。產(chǎn)品硫酸的主要雜質(zhì)含量見表4。

表4 產(chǎn)品硫酸的主要雜質(zhì)含量

4.3 輔料消耗及副產(chǎn)品產(chǎn)量

DAYU1200型重金屬捕收劑的質(zhì)量濃度為0.2～0.9 g/L，添加量設計值為300 kg/d，實際添加量25 kg/d。絮凝劑的質(zhì)量濃度為10 mg/L，添加量設計值為3.6 kg/d，依實際情況決定是否投加。

凈化工序外排污酸含砷約4×1 000×10×24/1 000=960（kg/d），高砷渣產(chǎn)量設計值為0.5～1.5 t/d，實際高砷渣產(chǎn)生量為15～40 t/月。

5 污酸回用工藝的技術(shù)特點

5.1 煙塵中鉛和汞等有價金屬的回收率高

與傳統(tǒng)工藝相同，采用“圓錐沉降槽+壓濾機”的模式對鉛冶煉煙塵中的金屬進行回收，返回礦倉進一步吹煉。除汞系統(tǒng)的投用，實現(xiàn)了汞的回收，回收率可達89%。

5.2 砷實現(xiàn)富集回收

打破原有凈化污酸在動力廠污酸污水車間采用鐵鹽石灰法的處理模式，在凈化稀酸槽出口增加凈化吸附塔，采用金屬吸附+壓濾回收的模式，將溶解在污酸內(nèi)的游離砷吸附形成顆粒物，通過壓濾機形成高砷渣，可作為砷提煉的主要原料，實現(xiàn)砷的富集回收。

5.3 稀酸得到有效利用

在除去礦塵和汞、砷、鉛等雜質(zhì)后，稀酸的雜質(zhì)含量大幅降低。在增加板式換熱器對稀酸降溫后，稀酸的回用范圍得到擴大，不僅可用于凈化工序作生產(chǎn)補水、電除霧器沖洗水或高位槽事故應急水，減少凈化水的消耗，還可用作其他工藝的酸性洗水，如作為鋅冶煉焙砂和漿化渣的洗水，實現(xiàn)鋅冶煉廢電解液的功能。

6 結(jié)語

與傳統(tǒng)的污酸處理工藝比較，馳宏礦業(yè)采用的“低溫除汞+吸附除砷”處理污酸的工藝更好地解決了鉛、鋅、銅冶煉的高汞、高砷礦對硫酸生產(chǎn)系統(tǒng)的影響：一方面成品硫酸中的汞、砷等元素含量大幅降低，滿足工業(yè)硫酸的質(zhì)量要求；另一方面，除去雜質(zhì)后的稀酸，可作為生產(chǎn)補水、洗水等代替凈化水使用，進一步降低煙氣洗滌補充水的消耗。同時，汞、砷和鉛的分類回收，增加了單質(zhì)汞和高砷渣等可作為產(chǎn)品出售的副產(chǎn)品，可增加經(jīng)濟效益。該污酸處理工藝大大減少了污酸量，為減少后續(xù)工序中和石膏渣的產(chǎn)生量提供了有力保障，滿足國家日趨嚴格的的環(huán)保要求，具有較好工業(yè)應用前景。