鎳銅冶煉二氧化硫煙氣綜合治理實踐

馬旻銳，朱伯麟，遲 建，楊秀玲

(金川集團股份有限公司化工廠，甘肅金昌 737100)

鎳銅冶煉二氧化硫煙氣綜合治理實踐

馬旻銳，朱伯麟，遲 建，楊秀玲

(金川集團股份有限公司化工廠，甘肅金昌 737100)

介紹了鎳銅冶煉爐窯煙氣中SO2氣濃、氣量的特點以及采取相應的綜合治理方法。詳細分析了冶煉煙氣制酸、鈉堿法吸收及檸檬酸鈉吸收解吸工藝的特點和創(chuàng)新點。實踐證明，冶煉煙氣綜合治理系統(tǒng)建成后，取得了良好的環(huán)境效益和硫資源綜合利用效益。

冶煉煙氣 二氧化硫治理 制酸 鈉堿法

二氧化硫是有色金屬冶煉過程中產生的主要大氣污染物[1]。隨著我國有色冶煉行業(yè)的發(fā)展，有色金屬產量不斷增加，同時冶煉煙氣二氧化硫達標排放也已成為重中之重。SO2是金川集團股份有限公司(以下簡稱金川公司)鎳銅冶煉生產中產生的主要大氣污染物，該公司根據(jù)各冶煉爐窯冶煉煙氣氣量、二氧化硫含量、排放周期等各不相同的特點，結合國內外冶煉煙氣二氧化硫處理的先進方法，以本末兼顧、分而治之的思想為指導，自主研究出一整套冶煉煙氣綜合治理方法，保證了區(qū)域環(huán)境質量和環(huán)境面貌[2]。

1 鎳銅冶煉煙氣情況

鎳銅冶煉各爐窯因生產工藝、作業(yè)方式的差異，其煙氣狀況各不相同，各具特點。銅合成爐、鎳閃速爐、富氧頂吹爐等爐窯投料均衡、生產穩(wěn)定，煙氣SO2濃度較高；轉爐間歇作業(yè)，煙氣不穩(wěn)定，時有時無且濃度較低；電爐、回轉窯煙氣濃度更低，φ(SO2)1%～2%；環(huán)集煙氣氣量大、雜散、煙氣濃度低。因此造成冶煉煙氣的治理難度高，投入大。

金川公司鎳銅冶煉煙氣從SO2濃度來分，主要分為6類。① 一是主爐煙氣，包括頂吹爐、閃速爐、合成爐、自熱爐等煙氣，φ(SO2)在10%以上，煙氣量約為 3.15×105m3/h；② 各主爐配帶的轉爐煙氣，φ(SO2)在6%～10%,煙氣量約為3.08×105m3/h，φ(SO2)在3%～6%的煙氣量約為3.035×105m3/h；③ 低濃度煙氣，包括貧化電爐、沉降電爐、回轉窯、合金硫化爐、電爐煙氣，φ(SO2)為1%～3%，煙氣量約為8.85×104m3/h；④ 干燥窯、反射爐、陽極爐等外排低濃度煙氣，φ(SO2)低于1%，煙氣量約為1.0×105m3/h；⑤ 環(huán)集煙氣等外排煙氣，ρ(SO2)平均為3 g/m3，煙氣量約為2.3×106m3/h；⑥ 接近達標排放的硫酸尾氣。

2 鎳銅冶煉煙氣治理

2.1鎳銅冶煉煙氣治理方案

為了實現(xiàn)鎳銅冶煉煙氣全部經(jīng)濟、高效治理，金川公司根據(jù)不同特性的煙氣，采用分而治之綜合治理新思路，對不同濃度的煙氣從工藝的適應性、經(jīng)濟性等方面綜合考慮，采用以下工藝技術路線治理：

1)對于φ(SO2)6%～10%的高、中濃度煙氣適宜制酸，采取技術成熟、工藝技術水平先進的二轉二吸制酸工藝進行治理。

2)對于φ(SO2)在3%～6%的中、低濃度冶煉煙氣采用煙氣混配技術，配入高濃度煙氣，用于制酸。

3)φ(SO2)在1%～3%的低濃度冶煉煙氣一部分用于與高濃度煙氣混配制酸，另一部分引入亞硫酸鈉系統(tǒng)作為生產亞硫酸鈉的原料。

4)對于一期片區(qū)非正常外排的低濃度煙氣，φ(SO2)約為1%左右，因其部分時段濃度較高、煙氣總硫量大，采用檸檬酸鈉吸收解吸工藝，并設置后段堿吸裝置，一方面確保尾氣達標排放，另一方面吸收液解吸后可產生高濃度二氧化硫送制酸系統(tǒng)生產硫酸，實現(xiàn)了硫資源綜合利用。

5)對于二氧化硫含量低、正常情況下接近達標的硫酸尾氣采用鈉堿法吸收工藝，該工藝具有脫硫率高，在冶煉煙氣條件波動下可實現(xiàn)尾氣的達標排放。

6)對于環(huán)集煙氣由于其氣量大、氣濃低、排放濃度不穩(wěn)定等特點，采用氧化鎂脫硫方案，該工藝具有脫硫率高，在冶煉煙氣條件波動下可實現(xiàn)尾氣的達標排放。

2.2鎳銅冶煉煙氣治理匹配化建設

根據(jù)煙氣治理的需要，目前金川公司已建成7套硫酸生產系統(tǒng)和2條亞硫酸鈉生產線，1套檸檬酸鈉吸收解吸裝置，3套硫酸尾氣吸收裝置，正在建設3套氧化鎂環(huán)集煙氣吸收裝置。

硫酸和亞硫酸鈉產能分別達到2 520 kt/a和150 kt/a，實現(xiàn)了二氧化硫冶煉煙氣的有效治理。硫酸和亞硫酸鈉煙氣處理系統(tǒng)設計指標見表1。

表1 制酸系統(tǒng)處理煙氣設計指標

3 冶煉煙氣治理工藝特點

3.1冶煉煙氣制酸

1)凈化工序采用了四位一體湍沖洗滌塔,主要包括過渡段、逆噴管、噴嘴、彎管、氣液分離塔(二次洗滌塔)、沉降槽、循環(huán)槽等。高溫煙氣與稀酸在塔側的逆噴管內逆流接觸后進入塔內進行氣、液分離，分離后的氣體被從塔頂噴淋出的稀酸再次洗滌，最后經(jīng)降溫、除塵后進入填料塔中；逆噴管內噴淋的稀酸與二次噴淋的稀酸由中心筒匯集，流入塔底的循環(huán)槽，經(jīng)泵加壓后一部分上塔進行噴淋循環(huán)，一部分進入塔內的沉降槽，沉降后的清液經(jīng)溢流堰由中心筒上的小孔再進入循環(huán)槽中，沉降下來的污泥則從沉降槽底部的排污口排走。

2)干吸工序采用了塔槽連體低位高效干吸工藝技術、可調節(jié)多級變徑管式分酸技術和高效混酸技術，減小了設備直徑及高度，節(jié)省了設備投資。具有平面點陣結構的管式分酸技術，使塔內分酸帶壓均勻分布，減少了分酸死角，基于此干吸塔填料填裝省略了分酸填料部分，依據(jù)國外資料在分酸點33點/m2、噴淋密度20～25 m3/(m2·h)條件下，填料高度可降低到3.15 m。填料填裝高度大幅下降，保證了高氣速下較低的操作壓損。干吸塔三位一體，即捕沫器、干燥吸收塔、循環(huán)槽三位合為一體。

3)轉化工序根據(jù)煙氣氣量大、SO2濃度高的特點，設計采用了“3+1”4段轉化、ⅣⅠ—ⅢⅡ換熱流程，該工藝具有生產穩(wěn)定，操作靈活的特點。轉化器采用碟形封頭、帶滑動底座全不銹鋼轉化器，材質選用價格較廉的304不銹鋼制作，和傳統(tǒng)碳鋼襯磚轉化器材料相比，該轉化器重量輕，在操作溫度下具有較高的強度和剛度，從而在較大程度上避免了漏氣、串氣問題的發(fā)生；此外還具有安裝方便、維護工作量少等優(yōu)點。

3.2冶煉煙氣鈉堿法吸收

1)副產亞硫酸鈉產品，經(jīng)濟效益顯著。采用w(NaOH)10%溶液吸收二氧化硫煙氣，吸收反應生成的亞硫酸氫鈉進一步用氫氧化鈉溶液進行中和反應，生成穩(wěn)定的亞硫酸鈉。生產無水亞硫酸鈉時，再經(jīng)蒸發(fā)一離心分離一干燥工序獲得產品。生產七水亞硫酸鈉時，中和液直接進行冷卻結晶，離心分離后獲得產品[3]。

2)脫硫效率高，操作靈活。鈉堿法具有吸收劑不揮發(fā)、溶解度大、活性高等優(yōu)點，適應煙氣濃度范圍比較寬，且能夠在故障狀態(tài)下處理SO2濃度較高的尾氣，不會對裝置造成損害。

3.3冶煉煙氣檸檬酸鈉吸收解吸

1)回收低濃度SO2，增加系統(tǒng)適應性。檸檬酸鈉吸收解吸工藝一般適用于煙氣中φ(SO2)在8%左右，解吸后得到的高濃度SO2用于制取液體SO2。該工藝用于處理低濃度SO2煙氣，解決了吸收低濃度SO2時吸收推動力小、吸收率低的問題，通過工藝參數(shù)的系統(tǒng)整定，保證了高的吸收率，保證了尾氣的達標排放。

2)新型高溫耐檸檬酸鈉腐蝕材質的開發(fā)與應 用。檸檬酸鈉對許多材料具有較強的腐蝕性，特別是在高溫狀態(tài)下，其腐蝕特性研究資料非常缺乏。該項目與研究機構合作，研制出了改性UHMWPE材料，用于循環(huán)泵蝸殼及葉輪的制作，保持了設備在高溫狀態(tài)下長周期平穩(wěn)運轉。

4 結語

鎳銅冶煉煙氣綜合治理項目建成后，取得了良好的環(huán)境效益和硫資源綜合利用效益。實現(xiàn)了制酸系統(tǒng)產能與有色冶煉系統(tǒng)的匹配，硫酸系統(tǒng)產能2 520 kt/a(相當于回收利用二氧化硫1 580 kt/a)。采用鈉堿法吸收處理低濃度冶煉煙氣，副產亞硫酸鈉產品，經(jīng)濟效益顯著，同時實現(xiàn)制酸系統(tǒng)約7.5×105m3/h硫酸尾氣的達標排放。建設檸檬酸鈉吸收解吸系統(tǒng)，有效解決了冶煉一期片區(qū)轉爐等爐窯非正常外排煙氣的綜合治理和低品質硫的資源化利用。伴隨著氧化鎂法環(huán)集煙氣處理項目的完成，金川公司冶煉煙氣的綜合處理將進入新階段。鎳銅冶煉煙氣的綜合治理，對金川環(huán)境治理目標的實現(xiàn)發(fā)揮了重要的作用。

[1] 彭康,李皓瑜.低濃度二氧化硫冶煉煙氣處理工藝[J].化學工業(yè)與工程技術,2010,31(6): 49-53.

[2] 孫治忠,謝成,柴瑾瑜.金川公司冶煉煙氣制酸技術創(chuàng)新回顧[J].硫酸工業(yè),2014(2): 10-13.

[3] 李燕梅,瞿尚君,唐照勇.低濃度冶煉煙氣脫硫工藝運行實踐淺析[J].硫酸工業(yè),2015(4): 16-20.

Comprehensive management practice of sulphur dioxide flue gas from nickel copper smelting

MA Minrui， ZHU BoLin， CHI Jian， YANG XiuLing

(Chemical Plant,Jinchuan Group Co., Ltd., Jinchang, Gansu, 737100,China)

The characteristics of SO2gas concentration and air volume in the flue gas of nickel copper smelting furnace, and adopts the corresponding comprehensive management method,are introduced.The characteristics and innovation points of the analytical process for the absorption and analysis of sodium alkali process and sodium citrate process were analyzed in detail.It has been proved that the comprehensive utilization efficiency of environmental and sulphur resources has been achieved after the completion of the comprehensive treatment system of smelting flue gas.

smelting gas; sulphur dioxide treatment; acid making; sodium alkali process

2017-07-21。

馬旻銳，男，金川集團股份有限公司化工廠化工工程師，主要從事冶煉煙氣綜合治理及生產技術管理工作。電話：15809356978；E-mail:hgmmr@jnmc.com。

TQ111.16

B

1002-1507(2017)09-0021-03