銅濕法冶金礦山防護距離的解析

杜龍

（中國瑞林工程技術(shù)有限公司，江西南昌330031）

銅濕法冶金礦山防護距離的解析

杜龍

（中國瑞林工程技術(shù)有限公司，江西南昌330031）

以銅濕法冶金礦山主要的無組織排放的硫酸霧源強及相關(guān)規(guī)范為依據(jù)，分別從衛(wèi)生防護距離、大氣環(huán)境防護距離、安全防護距離的角度進行計算,對結(jié)果進行了分析,給出了優(yōu)化方案和防護距離的建議。

銅濕法冶金；硫酸霧；無組織排放；防護距離

目前國內(nèi)規(guī)定的防護距離主要有衛(wèi)生防護距離、大氣環(huán)境防護距離和安全防護距離,3種防護距離的計算方法及理念并不完全相同。衛(wèi)生防護距離是正常生產(chǎn)條件下,無組織排放的有害氣體(大氣污染物）自生產(chǎn)單元邊界到居住區(qū)的范圍內(nèi),能夠滿足國家居住區(qū)容許濃度限值相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定所需的最小距離。大氣環(huán)境防護距離與衛(wèi)生防護距離定義含義基本一致,計算時以面源為中心,但只有超出廠界以外的區(qū)域才定義為大氣環(huán)境防護區(qū)域。安全防護距離無明確定義,常用的有防火間距、機械安全距離、電氣安全距離、爆破安全距離,通常是為了不造成危及人民身體、生命和重要財產(chǎn)損害而對保護對象設(shè)置的防護距離。安全防護距離的起點和終點分別是生產(chǎn)儲存裝置所在的車間或工段的邊界 (最外側(cè)建筑物外墻）、周邊重要區(qū)域邊界(最外側(cè)建筑物外墻）。

《銅冶煉行業(yè)規(guī)范條件》[1]針對火法冶煉項目明確規(guī)定“應(yīng)根據(jù)環(huán)境影響評價結(jié)論,合理確定廠址及其與周圍人群和敏感區(qū)域的距離”,但未對銅濕法冶金礦山的防護距離做出具體的數(shù)據(jù)或者計算要求。

本文擬以防護距離規(guī)定及國內(nèi)頒布的其他規(guī)范為基礎(chǔ),以某大型銅濕法冶金礦山的主要無組織排放源強為例,通過分析衛(wèi)生防護距離、大氣環(huán)境防護距離和安全防護距離的不同計算結(jié)果,提出優(yōu)化意見。

1 案例

某礦為采選冶綜合類礦山,采用露天開采方式,采出的礦石運至選廠后經(jīng)粗碎、篩分、二次破碎和篩分送堆浸場,浸出液進行萃取、電積。該礦存在無組織排放的主要場所為堆浸場和電積車間。堆浸采用硫酸溶液噴淋或滴淋兩比選方案+生物浸出工藝,浸出液收集后經(jīng)萃取、電積生產(chǎn)陰極銅,槽面按無覆蓋和有覆蓋抑制酸霧揮發(fā)兩種方案進行比選。電積車間和堆浸場距最近的居民點約800 m。礦山所在地多年平均風(fēng)速為1.0 m/s,平均氣溫20℃。

該礦堆浸場和電積車間的主要設(shè)計和工藝參數(shù)如下：堆浸場長×寬為4 500 m×770 m,硫酸噴淋高度為1.2 m,滴淋高度為0 m,最終堆高84 m,酸液噴淋量為416.7 m3/h,硫酸濃度為4.9%。電積車間為帶頂棚的四面敞開式構(gòu)筑物,電積槽組合長×寬為200 m× 21 m,電積液循環(huán)量為800 m3/h,硫酸濃度為14%,槽面標(biāo)高2.5 m。

2 主要防護距離的分析比較

2.1 衛(wèi)生防護距離

式(1）為根據(jù)《制定地方大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方法》(GB/T 3840-91）[2]確定的計算公式：

式中：Cm為標(biāo)準(zhǔn)濃度限值；A、B、C、D為衛(wèi)生防護距離計算系數(shù),無因次,根據(jù)工業(yè)企業(yè)所在地區(qū)近5年平均風(fēng)速及工業(yè)企業(yè)大氣污染源構(gòu)成類別從GB/T 3840-91表5中查??；r為有害氣體無組織排放源所在單元的等效半徑(根據(jù)該生產(chǎn)單元占地面積S計算）,m；Qc為工業(yè)企業(yè)有害氣體無組織排放量可以達到的控制水平,kg/h;L為工業(yè)企業(yè)所需衛(wèi)生防護距離,m。

2.1.1 堆浸場的衛(wèi)生防護距離

主要參數(shù)取值及計算如下：1)Cm取《工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》居住區(qū)一次最高允許濃度限值,硫酸霧為0.3 mg/m3。2)A、B、C、D從GB/T 3840-91表5中查取,本項目若L＞2 000 m,則A＝80，B＝0.015,C＝1.79, D＝0.57；1 000 m＜L≤2 000 m,則A＝400，B＝0.015，C＝1.79，D＝0.78；L≤1 000 m,則A＝400,B＝0.01,C＝1.85, D＝0.78。3)r＝(S/π）0.5,堆浸場等效半徑為1 050.5 m。4)Qc：硫酸的沸點為337℃,正常情況下不易揮發(fā)。受工況、氣溫、存放和使用方式等多種因素的影響,揮發(fā)量較難實測，一般地,硫酸溶液的揮發(fā)量按《環(huán)境統(tǒng)計手冊》給出的經(jīng)驗公式[3]估算,見式(2）：

式中：GZ為溶液的蒸發(fā)量,kg/h。M為液體的分子量,本項目為98。V為溶液表面上的空氣流速，計算時取多年平均風(fēng)速1 m/s。P為相應(yīng)于液體溫度下的空氣中飽和蒸汽分壓力,mmHg,計算時以硫酸溶液的飽和蒸氣壓計算,使用 《化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊 無機卷》[4]表3.6.5查詢的數(shù)據(jù),分2種情形：①考慮夏季高溫,取溫度為40℃時的硫酸水溶液蒸氣總壓,為0.313 3 Pa(0.002 34 mmHg）；②考慮年均溫度,取平均溫度為20℃時的硫酸水溶液蒸氣總壓為0 Pa (0 mmHg）。F為溶液蒸發(fā)面的面積,m2。本項目以正常生產(chǎn)時堆浸場的面積計算,為3 465 000 m2。

代入式(2)計算,情形①時,Gz=98×(0.000 352+ 0.000 786×1）×0.002 34×3 465 000=904.2,即理論計算的堆浸場蒸發(fā)量為904.2 kg/h;同理計算,情形②時Gz=0。

將上述4個參數(shù)取值帶入式(1）計算,即：

情形①計算的衛(wèi)生防護距離L=17 326.9 m;情形②計算的衛(wèi)生防護距離L=0 m。

2.1.2 電積車間的衛(wèi)生防護距離

電積車間的衛(wèi)生防護距離：1)Cm取值與上相同,為0.3 mg/m3。2)A、B、C、D取值方法與上相同,A＝400，B＝0.01,C＝1.85,D＝0.78。3)r＝(S/π）0.5,電積車間等效半徑為36.56 m。4)Qc根據(jù)《化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊 無機卷》表 3.6.5查詢的數(shù)據(jù),采用差值法計算的電積車間硫酸水溶液的蒸汽總壓為4.84 Pa(為0.036 3 mmHg）,槽面空氣流速V取0.2 m/s,代入式（2）計算。

Gz=98×（0.000 352+0.000 786×0.2）×0.036 3× 21×200=7.608,即無覆蓋時硫酸霧揮發(fā)量Qc為7.608 kg/h;將上述1）～4）中的各參數(shù)帶入式(1）計算,即：

由式(4)計算得L=833 m。

采用覆蓋方案時,由于大幅減少了電積液的蒸發(fā)面積,可大幅減輕酸霧的揮發(fā)量,陳雪云[5]在鋅電解過程使用ZG-9568型酸霧覆蓋劑的工業(yè)試驗表明,酸霧去除有效率＞95%,本次計算時揮發(fā)量按削減90%考慮,即揮發(fā)量為0.760 8 kg/h。帶入式(1）,同理計算,可得采用覆蓋方案的衛(wèi)生防護距離為146 m。

2.1.3 衛(wèi)生防護距離小結(jié)

1)堆浸場：情形①的衛(wèi)生防護距離＞10 000 m,在實踐中無意義,顯然不合理;情形②的結(jié)果與人體對酸霧的感受有異,不可信。但考慮到本項目堆浸采用的酸霧濃度為4.9%，硫酸不易揮發(fā)且濃度很低，最終將情形②計算的結(jié)果作為堆浸場的衛(wèi)生防護距離;根據(jù)GB/T 3840-91中7.3條 “衛(wèi)生防護距離在100 m以內(nèi)時,級差為50 m;超過100 m,但小于或等于1 000 m時,級差為100 m;超過1 000 m以上，級差為200 m”的原則,堆浸場衛(wèi)生防護距離定為50 m。

2)電積車間：與上述原則相同,無覆蓋時電積車間的衛(wèi)生防護距離定為900 m,有覆蓋時衛(wèi)生防護距離定為200 m。

2.2 大氣環(huán)境防護距離

根據(jù)《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則》(HJ2.2－2008）[6]，采用推薦的估算模式(SCREEN 3）計算各無組織排放源的大氣環(huán)境防護距離。SCREEN 3是一個單源高斯煙羽模式,模式中嵌入了多種預(yù)設(shè)的氣象組合,包括最不利的氣象條件,所以估算模式計算出的是某一污染源對周邊環(huán)境的最大影響程度和影響范圍的保守計算結(jié)果。該模式的中文版（大氣環(huán)境防護距離標(biāo)準(zhǔn)計算程序V 1.2）由環(huán)境保護部環(huán)境工程評估中心環(huán)境質(zhì)量模擬重點實驗室發(fā)布。

2.2.1 堆浸場的大氣環(huán)境防護距離

由堆浸場衛(wèi)生防護距離計算過程可知,情形①顯然不合理,情形②的揮發(fā)量可忽略不計,即沒有無組織排放情況。因此,無需設(shè)置大氣環(huán)境防護距離。

2.2.2 電積車間的大氣環(huán)境防護距離

采用電積車間衛(wèi)生防護距離計算的參數(shù),無覆蓋時硫酸霧揮發(fā)量為7.608 kg/h;有覆蓋時硫酸霧揮發(fā)量為0.760 8 kg/h。采用大氣環(huán)境防護距離標(biāo)準(zhǔn)計算程序的計算成果見圖1、圖2。估算模式計算的下風(fēng)向軸線濃度分布見圖3、圖4。

圖1 無覆蓋方案大氣環(huán)境防護距離計算成果截圖

圖2 有覆蓋方案大氣環(huán)境防護距離計算成果截圖

圖3 無覆蓋方案硫酸霧外排后軸線濃度分布

圖4 有覆蓋方案硫酸霧外排后軸線濃度分布

由圖3、圖4可知,電積車間無組織污染物硫酸霧外排后,最大地面質(zhì)量濃度出現(xiàn)的距離在100～200 m之間。

2.2.3 大氣環(huán)境防護距離小結(jié)

1)堆浸場硫酸霧揮發(fā)量可忽略不計,故無需設(shè)置大氣環(huán)境防護距離。

2)電積車間無覆蓋時的大氣環(huán)境防護距離為650 m,有覆蓋時的大氣環(huán)境防護距離為200 m。由于礦山無明顯的廠界,考慮以征地紅線作為廠界,超過征地紅線的區(qū)域即為大氣環(huán)境防護范圍。

2.3 安全防護距離

國內(nèi)未發(fā)布專門針對堆浸場和電積車間的安全防護距離。電積車間基礎(chǔ)為鋼筋砼獨立基礎(chǔ),采用門式剛架鋼結(jié)構(gòu),并按當(dāng)?shù)乜拐鹪O(shè)防烈度設(shè)防,設(shè)計使用年限為50年,發(fā)生倒塌并進而危及人民財產(chǎn)安全的可能性很低,與礦山其他設(shè)施的間距按《建筑設(shè)計防火規(guī)范》進行設(shè)計,無需設(shè)置專門的安全防護距離。

堆浸場和排土場的外形有類似之處,參照《有色金屬礦山排土場設(shè)計規(guī)范》(GB 50421-2007）[7]的要求確定堆浸場的安全防護距離。該規(guī)范表4.0.2考慮了邊坡局部失穩(wěn)所引起的變形和大塊滾石的滾動距離,是在未采取防護工程措施時的排土場最終坡底線與保護對象間的安全距離,要求“距礦山居住區(qū)、村鎮(zhèn)、工業(yè)場地的安全距離不小于2倍最終堆置高度”,防護距離以坡底線計算。該礦山堆浸場最堆積高度為84 m,則安全防護距離最小為168 m。

3 結(jié)論和建議

1)本項目堆浸場的衛(wèi)生防護距離定為50 m,無需設(shè)置大氣環(huán)境防護距離，但不能從衛(wèi)生防護距離和大氣環(huán)境防護距離的角度判斷噴淋和滴淋方式的優(yōu)劣。

2)衛(wèi)生防護距離的計算結(jié)果、大氣環(huán)境防護距離的計算結(jié)果均表明：電積車間采用覆蓋方案時，由于抑制了酸霧的揮發(fā),衛(wèi)生防護距離和大氣環(huán)境防護距離均為200 m,較無覆蓋方案可大幅減少防護距離。雖然槽面覆蓋會在一定程度上導(dǎo)致生產(chǎn)操作不便,但從保護礦山周邊居民的健康角度判斷,覆蓋方案更優(yōu)。

3)電積車間無覆蓋時，衛(wèi)生防護距離(900 m）明顯大于大氣環(huán)境防護距離計算結(jié)果(650 m）。這是因為衛(wèi)生防護距離計算模式將所有的無組織排放源等效為圓形,而本項目的無組織排放源均為矩形,因此筆者認為采用估算模式計算的大氣環(huán)境防護距離結(jié)果更為可信。

4)參照《有色金屬礦山排土場設(shè)計規(guī)范》(GB 50421-2007）,設(shè)定的堆浸場的安全防護距離最小為168 m,在此范圍內(nèi)不得建設(shè)礦山居住區(qū)、村鎮(zhèn)、工業(yè)場地等設(shè)施。但實際上堆浸場和排土場并不完全相同,堆浸場建設(shè)時需要進行平基,而排土場往往因地制宜,充分利用地形。由于地形、地質(zhì)、氣象條件、堆放方式、泄流方式等多種因素均可能影響安全防護距離的大小,安全防護距離的設(shè)置有待進一步研究。

5)環(huán)境保護部《關(guān)于建設(shè)項目環(huán)境影響評價工作中確定防護距離標(biāo)準(zhǔn)問題的復(fù)函》明確“建設(shè)項目的環(huán)境防護距離應(yīng)綜合考慮經(jīng)濟、技術(shù)、社會、環(huán)境等相關(guān)因素,根據(jù)建設(shè)項目排放污染物的規(guī)律和特點,結(jié)合當(dāng)?shù)氐淖匀?、氣象等條件,通過環(huán)境影響評價確定”,因此從環(huán)境保護角度,本項目的防護距離宜采用大氣環(huán)境防護距離,建議設(shè)定為采用覆蓋方案時的大氣環(huán)境防護距離,即為200 m。

6)防護距離的確定對保護周邊居民健康以及優(yōu)化礦區(qū)內(nèi)總體布局有著一定的指導(dǎo)意義,但由于無組織排放源強較難確定,不同源強參數(shù)、不同工藝對防護距離影響很大,因此需要進一步研究無組織源強的排放機理、排放參數(shù),盡快制定無組織排放源源強確定的技術(shù)方法,并建立典型裝置的無組織排放源源強數(shù)據(jù)庫,才能更好地指導(dǎo)設(shè)計并為規(guī)劃布局和保護周邊居民的健康提供依據(jù)。

[1] 工業(yè)和信息化部.銅冶煉行業(yè)規(guī)范條件[EB/OL].[2014-4-28].http：//www.miit.gov.cn/n11293472/n11295125/n11299545/15976305. html.

[2] GB/T 3840-91,制定地方大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方法[S].

[3] 方品賢,江欣,奚元福.環(huán)境統(tǒng)計手冊[M].成都：四川科學(xué)技術(shù)出版社,1985：72-73.

[4] 劉光啟,馬連湘,劉杰.化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊：無機卷[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2002：210.

[5] 陳雪云.酸霧必克劑治理鋅電解酸霧工業(yè)試驗[J].湖南有色金屬, 2002,18(S1)：5-7.

[6] HJ2.2-2008,環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則[S].

[7] GB 50421-2007,有色金屬礦山排土場設(shè)計規(guī)范[S].

Explanation and Analysis on Copper Hydrometallurgy Mine Protection Distance

DU Long

(China Nerin Engineering Co.,Ltd.,Nanchang,Jiangxi 330031,China)

Taking strong sulphuric acid mist sources that are emitted in copper hydrometallurgy mines and the relevant codes as basis,the calculations are carried out from the aspects of hygienic protection distance,atmospheric environment protection distance and safety protection distance,the paper analyzes the results and gives some suggestions of optimization schemes and protection distance.

copper hydrometallurgy;sulphuric acid mist;fugitive emission;protection distance

X820.3；X936

B

1004-4345(2014)05-0086-03

2014-04-09

杜龍(1983—),男,主要從事環(huán)境影響評價工作。