氧化鋅脫硫工業(yè)化應(yīng)用實踐研究

錢冬枝

（安徽銅冠有色金屬（池州）有限責(zé)任公司，安徽 池州 247100）

鉛、鋅、銅等重金屬冶煉主要以硫化物礦為主要原料，所以冶煉過程中排放的廢氣主要是二氧化硫煙氣。高濃度二氧化硫煙氣治理穩(wěn)步推進(jìn)，酸性接觸法基本采用。二氧化硫煙氣濃度低是指煙氣濃度小于3%(多為0.2～0.5%)。待處理煙氣中二氧化硫濃度較低的煙氣中二氧化硫濃度大多為0.1～0.5%。然而，低濃度二氧化硫廢氣具有擴(kuò)散廣、濃度低、危害大、管理困難等特點。低濃度SO2廢氣直接排空，是形成酸雨的根本原因，這不僅浪費了硫資源，而且給環(huán)境帶來了嚴(yán)峻的污染。隨著國家環(huán)保要求日益嚴(yán)格，如何實現(xiàn)廢氣的超低排放已成為有色冶煉行業(yè)煙氣治理努力的方向和緊迫的任務(wù)。

1 低濃度二氧化硫廢氣的幾種典型處理技術(shù)

煙氣脫硫技術(shù)是控制SO2和酸雨危害最有效的手段之一，按工藝特點主要分為濕法煙氣脫硫、干法煙氣脫硫和半干法煙氣脫硫。濕法是將脫硫劑以漿液形式噴入反應(yīng)器，脫硫產(chǎn)物以漿液形式排出的系統(tǒng)。常用的主要有石灰(石)法、雙堿法、氨法等。濕法脫硫因其脫硫效率高、應(yīng)用范圍廣而得到廣泛應(yīng)用。

1.1 石灰(石)/石膏濕法脫硫工藝

石灰(石)/石膏濕法脫硫工藝是以石灰石(CaCO3)或石灰(CaO)為脫硫吸附劑的原料，經(jīng)消化處理后，加水?dāng)嚢璩蓺溲趸}(Ca(OH)2)為脫硫吸附劑的漿料。石灰或吸附劑漿液噴入吸收塔吸收二氧化硫氣體，產(chǎn)生亞硫酸鈣，亞硫酸鈣氧化成硫酸鈣(石膏)的副產(chǎn)品。

該工藝的主要優(yōu)點是:脫硫效率高，當(dāng)Ca/S比小于1.1時，脫硫效率可達(dá)90%以上;高吸水利用率，高達(dá)90%;吸收性資源范圍廣，價格低廉;副產(chǎn)品為石膏，高品位石膏可用于建筑材料；該工藝技術(shù)成熟，運用廣泛，目前國家有相應(yīng)技術(shù)規(guī)范。該工藝的缺點是：系統(tǒng)復(fù)雜，占地面積大；造價高，一次性投資大；運行中容易造成系統(tǒng)積垢，堵塞和磨損；運行費用高，高液/氣比所帶來的電、水循環(huán)和耗量非常大；不適應(yīng)中小規(guī)模煙氣脫硫。

1.2 雙堿法脫硫工藝

雙堿法是指采用反應(yīng)性能良好的鈉基或鎂基吸附劑進(jìn)行脫硫吸收的過程。該工藝產(chǎn)生的副產(chǎn)物與鈣基吸附劑反應(yīng)，鈉基或鎂基脫硫吸附劑再生并還原再利用。再生反應(yīng)產(chǎn)生的石膏成為最終的副產(chǎn)品。雙基脫硫技術(shù)首先利用氫氧化鈉溶液溶解啟動，去除煙氣中的二氧化硫，然后利用石灰通過再生過程還原氫氧化鈉，使氫氧化鈉在系統(tǒng)中循環(huán)利用。由于反應(yīng)有兩個主要的反應(yīng)階段，每個反應(yīng)階段使用兩種不同類型的堿，因此該方法稱為雙堿法。雙基脫硫方法使用效率高鈉基脫硫,但消耗便宜石灰石(石灰),這個過程結(jié)合了石灰法和堿鈉法的特點,解決問題的效率低,容易結(jié)垢的石灰法,并吸收效率高的鈉堿方法的優(yōu)勢。由于脫硫和再生反應(yīng)的復(fù)雜性，該方法的理想實現(xiàn)存在一定的技術(shù)難點。

1.3 氨法脫硫工藝

氨法處理技術(shù)主要是利用氨水吸收液對低濃度二氧化硫廢氣進(jìn)行脫硫凈化，副產(chǎn)品為硫酸銨。氨法脫硫的優(yōu)點：氨法脫硫的特點之一是含硫越高，硫酸銨的產(chǎn)量就越大。脫硫效率很高，很容易達(dá)到95%以上；脫硫后的煙氣不但二氧化硫濃度很低，而且煙氣含塵量也大大減少；吸收劑易采購。

2 氧化鋅漿液脫硫

氧化鋅脫硫技術(shù)是準(zhǔn)備含氧化鋅粉末與水或返回的脫硫渣清洗解決方案過程中懸浮,與煙氣中的二氧化硫反應(yīng)吸收裝置,并去除煙氣中的二氧化硫的形式主要是鋅亞硫酸鹽(亞硫酸氫和鋅、硫酸鋅)。

副產(chǎn)物亞硫酸鋅被空氣氧化成硫酸鋅。與其他脫硫方法相比,氧化鋅的方法有明顯的優(yōu)點,如高吸收效率,充分的吸收劑來源,回收率高,節(jié)省投資和運營成本等等,正逐漸被越來越多的鉛鋅冶煉企業(yè)治療低濃度二氧化硫的實踐。

2.1 氧化鋅法脫硫的反應(yīng)機(jī)理

吸收單元：

ZnO+SO2+5/2H2O → ZnSO3·5/2H2O

ZnO+2SO2+H2O→Zn(HSO3)2

ZnSO3+SO2+H2O→Zn(HSO3)2

Zn(HSO3)2+ZnO+4H2O → ZnSO3·5/2H2O

氧化:

ZnSO3·5/2H2O+9/4O2+H2O → ZnSO4·7H2O

2.2 影響氧化鋅脫硫效率的主要因素

在我公司的實踐運行過程中發(fā)現(xiàn)，影響氧化鋅脫硫效率的主要因素是二氧化硫入口濃度、料漿固含量、液氣比、空塔氣速和料漿酸性。

3 安徽某廠鉛冶煉氧化鋅脫硫應(yīng)用的創(chuàng)新實踐

3.1 創(chuàng)新措施

該廠鉛冶煉還原爐及煙化爐產(chǎn)生的低濃度SO2煙氣采用的是氧化鋅脫硫裝置，綜合考慮煙氣特點及脫硫產(chǎn)物的綜合利用，在脫硫裝置的流程設(shè)計及應(yīng)用方面采用了6項創(chuàng)新措施：

（1）用煙化爐自產(chǎn)的布袋收塵器收塵灰得到的次氧化鋅作吸收劑，無需外購脫硫原料，一方面，節(jié)省了購買脫硫劑的費用，同時避免了外購氧化鋅帶入的雜質(zhì)對后段的影響；另一方面：煙化爐自產(chǎn)的次氧化鋅煙灰粒度細(xì)，與鋅焙燒爐產(chǎn)出的氧化鋅塵作脫硫劑相比活性較高、利用系數(shù)高、渣量小，有利于系統(tǒng)的平穩(wěn)運行。

（2）在吸收塔前端增加了預(yù)洗滌塔，將煙氣中的煙塵、氟、氯及有機(jī)物等進(jìn)行洗滌脫除，對煙氣進(jìn)行凈化處理后再送至脫硫吸收塔進(jìn)行處理，確保脫硫漿液中的雜質(zhì)不會對后端濕法煉鋅系統(tǒng)的回用產(chǎn)生影響。

（3）為確保脫硫后煙氣中的SO2能夠達(dá)到超低穩(wěn)定排放，采用兩級吸收。

（4）對脫硫漿液進(jìn)行高壓風(fēng)氧化，將亞硫酸鋅氧化成硫酸鋅，解決了亞硫酸鋅易結(jié)晶導(dǎo)致的設(shè)備和管道極易出現(xiàn)的堵塞現(xiàn)象，保證了脫硫系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)；

（5）直接將氧化后的含硫酸鋅的漿液泵送濕法煉鋅系統(tǒng)綜合利用，解決了壓濾渣倒運的二次污染，同時節(jié)省了壓硫酸鋅壓濾渣解析的投入成本和亞硫酸鋅渣易分解產(chǎn)生的低空SO2污染。

（6）含硫酸鋅的脫硫漿液送濕法煉鋅系統(tǒng)后，漿液中的鋅進(jìn)入主系統(tǒng)回收，漿液中的鉛進(jìn)入酸浸渣返回鉛系統(tǒng)配料，達(dá)到資源利用和鉛鋅聯(lián)動的最大化。

3.2 運行效果

該廠自該系統(tǒng)投入運行以來，脫硫效率達(dá)到95%以上，SO2排放濃度穩(wěn)定在100 mg/Nm3以下；系統(tǒng)運行成本較低，僅需裝置的運行費用，無脫硫劑成本；脫硫劑次氧化鋅的利用率較高；脫硫漿液輸送順暢，脫硫漿液進(jìn)入濕法煉鋅系統(tǒng)對主系統(tǒng)生產(chǎn)不產(chǎn)生影響，實現(xiàn)了資源的最大化利用。

3.3 氧化鋅脫硫的缺點

發(fā)現(xiàn)氧化鋅脫硫工藝自身存在如下問題：①脫硫劑氧化鋅為兩性氧化物，堿性弱，對于SO2濃度高于3500mg/Nm3的煙氣需采用二級及以上脫硫才能保證穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。②煙氣中的SO2以SO42-的形式進(jìn)入到煉鋅系統(tǒng)，會影響系統(tǒng)酸水平衡。

4 結(jié)語

綜上所述，煙氣脫硫工藝方法很多，煙氣脫硫方法的選擇主要取決于原煙氣條件、吸收劑的供應(yīng)條件及工廠的地理條件、副產(chǎn)品的利用、工程投資和運行成本等多方面因素，并且應(yīng)結(jié)合自身實際、遵循安全、可靠、技術(shù)先進(jìn)合理、滿足環(huán)保排放等原則。