某銅冶煉廠車間環(huán)境空氣污染特征研究及其防治對(duì)策

摘要：為了解銅冶煉廠生產(chǎn)車間環(huán)境空氣的污染特征，以某銅冶煉廠生產(chǎn)車間為例，分析了其大氣污染物的排放特征、不同車間空氣污染物的濃度分布及變化趨勢(shì)，并提出了相應(yīng)的防治對(duì)策。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：銅冶煉三期工程竣工環(huán)保驗(yàn)收時(shí)對(duì)二氧化硫無組織排放量最大的三個(gè)車間分別為熔煉車間、陽極泥處理車間和亞砷酸車間，對(duì)重金屬無組織排放量最大的兩個(gè)車間分別為亞砷酸生產(chǎn)車間和硫酸車間，由此，提出了閃速爐、轉(zhuǎn)爐煙氣環(huán)保措施；卡爾多爐（處理雜銅）煙氣治理；陽極爐煙氣治理措施；陽極泥處理車間煙氣治理措施，以期能夠更好地提升車間環(huán)境空氣污染防治的整體效果。

關(guān)鍵詞：銅冶煉廠；車間環(huán)境；空氣污染；排放特征；防治對(duì)策

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)環(huán)境空氣質(zhì)量持續(xù)改善，但大氣污染問題依然存在。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行所排放的廢氣是大氣污染的主要來源之一，如煉銅、煉鉛、煉鋅、煉汞、煉砷等生產(chǎn)過程所產(chǎn)生的廢氣，這些廢氣具有污染物種類多、排放量大、影響范圍廣等特點(diǎn)，對(duì)大氣環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生較大影響。因此，為了改善生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大氣污染物對(duì)環(huán)境的污染影響，企業(yè)有必要對(duì)其進(jìn)行研究和分析，掌握生產(chǎn)過程中空氣污染物的排放特征和變化規(guī)律，為大氣污染物監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)工作提供理論依據(jù)，也為企業(yè)制定大氣污染防治措施提供參考。

1某銅冶煉廠車間環(huán)境空氣污染特征研究

以下將針對(duì)各種污染物主要分布情況進(jìn)行分析，分析結(jié)果見表1。

從下表可以得出，銅精礦是生產(chǎn)過程中主要的原料，銅、鉛、鎘產(chǎn)生于熔煉車間的煙氣中，砷、二氧化硫產(chǎn)生于陽極泥處理車間，砷化氫、二氧化硫產(chǎn)生于亞砷酸生產(chǎn)車間。因此，銅冶煉過程中污染物主要產(chǎn)生于熔煉車間、陽極泥處理車間、亞砷酸生產(chǎn)車間。

根據(jù)銅冶煉工藝過程分析，在銅精礦進(jìn)入熔煉車間的冶煉過程中，由于銅精礦中的雜質(zhì)含量較高，在冶煉過程中易形成煙塵；陽極泥處理車間主要是因?yàn)殂~精礦在陽極泥處理過程中形成大量粉塵；亞砷酸生產(chǎn)車間主要是因?yàn)榱蛩岷蛠喩樗岱磻?yīng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量二氧化硫。

另外設(shè)備的微量泄漏也會(huì)污染車間空氣，由于車間環(huán)境空氣污染特征與所用的原料及工藝密切相關(guān)，各種污染物在車間環(huán)境空氣中的濃度范圍、污染物種類、濃度大小等特征是進(jìn)行評(píng)價(jià)的依據(jù)。從表1可以看出，銅冶煉三期工程竣工環(huán)保驗(yàn)收時(shí)對(duì)二氧化硫無組織排放量最大的三個(gè)工段（閃速爐和轉(zhuǎn)爐）車間外環(huán)境空氣中的二氧化硫濃度范圍是0.04～0.13 mg/m3，二氧化硫無組織排放量最大的一段（閃速爐和轉(zhuǎn)爐）車間外環(huán)境空氣中的二氧化硫濃度范圍是0.02～0.05 mg/m3，二氧化硫無組織排放量最大的一段（閃速爐和轉(zhuǎn)爐）車間外環(huán)境空氣中的二氧化硫濃度范圍是0.04～0.08 mg/m3。

從銅冶煉車間空氣污染物的濃度范圍可以看出，煙塵在熔煉車間、陽極泥處理車間和亞砷酸車間中含量最高，主要集中于熔煉車間。陽極泥處理車間的煙塵分布面積最大，主要存在于陽極泥處理過程中。亞砷酸車間的濃度范圍是0.16～0.18 mg/m3，主要來自于亞砷酸生產(chǎn)過程及亞砷酸分解過程中產(chǎn)生的二氧化硫。硫酸車間和陽極泥處理車間中空氣主要污染物是重金屬，硫酸車間各監(jiān)測(cè)點(diǎn)重金屬濃度均值大于陽極泥處理車間各監(jiān)測(cè)點(diǎn)重金屬濃度均值，熔煉車間和陽極泥處理車間是重金屬無組織排放量最大的一段。

硫酸車間外環(huán)境空氣中的重金屬濃度范圍在0.004～0.029 mg/m3，主要源于陽極泥處理過程中產(chǎn)生的鎘和鋅；陽極泥處理車間外環(huán)境空氣中的重金屬濃度范圍在0.030～0.04 mg/m3，主要源于陽極泥處理過程中產(chǎn)生的鎘和鋅；亞砷酸車間外環(huán)境空氣中的重金屬濃度范圍在0.003～0.007 mg/m3，主要源于亞砷酸生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的砷雜質(zhì)；其中亞砷酸生產(chǎn)車間各監(jiān)測(cè)點(diǎn)砷濃度均值大于其他車間，主要是因?yàn)閬喩樗嵘a(chǎn)過程中產(chǎn)生的砷雜質(zhì)較多。亞砷酸車間外環(huán)境空氣中的硫酸霧濃度范圍在0.011～0.017 mg/m3。綜合以上數(shù)據(jù)可以看出，銅冶煉三期工程竣工環(huán)保驗(yàn)收時(shí)對(duì)二氧化硫無組織排放量最大的三個(gè)工段是熔煉車間、陽極泥處理車間和亞砷酸車間，對(duì)重金屬無組織排放量最大的兩個(gè)車間是亞砷酸生產(chǎn)車間和硫酸車間。

2某銅冶煉廠車間環(huán)境空氣污染的防治對(duì)策

2.1閃速爐、轉(zhuǎn)爐煙氣環(huán)保措施

在閃速熔煉爐和轉(zhuǎn)爐的吹煉煙中，可以通過廢熱鍋爐進(jìn)行余熱的回收，并通過電收塵將塵料進(jìn)行回收。隨后，經(jīng)過動(dòng)力波稀酸的洗滌凈化，兩轉(zhuǎn)兩吸制酸系統(tǒng)得到硫酸，而制酸廢氣則是通過引風(fēng)機(jī)從煙囪（Ф=2 200 mm，H=90 m）中的一部分排到了空氣中。

閃速爐產(chǎn)生的煙霧在1 340 ℃附近，其中包含大約150 g/m3的黑炭，通過廢熱鍋爐的回收，可以將其產(chǎn)生的黑炭降低到360 ℃附近，同時(shí)，煙霧中攜帶的黑炭也會(huì)沉淀到地面。它的含塵濃度大約在85 g/m3左右，從廢熱鍋爐排出的煙霧通過沉塵室和電收塵器進(jìn)行凈化，從而將它的含塵濃度降低到1 g/m3以下，隨后通過高溫風(fēng)機(jī)將其送入制酸工序，而沉塵室及電收塵器所捕獲的煙塵則會(huì)回到閃速爐。

通過對(duì)轉(zhuǎn)爐煙氣進(jìn)行廢熱回收，使其溫度保持在400 ℃以下，通過電吹風(fēng)將煙道中的黑灰收集起來，由電吹風(fēng)將煙道中的黑灰抽出，并由電吹風(fēng)將其吸入，再將其與閃速爐煙一并送入制酸廠。余熱爐排出的煙塵被送入煙塵粉碎工藝，通過煙塵傳送系統(tǒng)回到冶煉系統(tǒng)，被電子吸塵器收集到煙塵被打包出售。

對(duì)由高爐噴煤系統(tǒng)所回收的煙氣（白煙）進(jìn)行了回收，由沉淀腔及廢熱鍋爐所回收的煙氣（白煙）進(jìn)行回收再利用。首先，在進(jìn)入制酸系統(tǒng)的煙霧中，使用的是稀酸洗滌絕熱蒸發(fā)冷卻和部分排放的方法來進(jìn)行凈化。該方法的流程是：一級(jí)動(dòng)力波洗滌器+煙氣冷卻塔+二級(jí)動(dòng)力波洗滌器+兩級(jí)電除霧器，在凈化后得到的稀酸經(jīng)脫吸后，將被送入到廢酸處理工序中。

2.2卡爾多爐（處理雜銅）煙氣治理措施

2.2.1卡爾多爐（處理雜銅）煙氣治理工藝

卡爾多爐的煙道通過噴射冷卻器對(duì)其進(jìn)行迅速的絕熱降溫，使其溫度從1 000 ℃下降至200 ℃左右，冷卻后的煙道與周圍的聚煙道混合后通過袋裝除塵裝置對(duì)其進(jìn)行清潔，將清潔后的煙道引出并通過引流管向環(huán)形聚煙道排放，捕獲到的煙道則被送入轉(zhuǎn)爐中進(jìn)行進(jìn)一步的清潔。

2.2.2卡爾多爐（處理雜銅）煙氣環(huán)保措施可行性分析本項(xiàng)目擬通過噴霧冷卻器進(jìn)行降塵、冷卻，然后將其與環(huán)集煙氣一起進(jìn)行凈化。既可降低設(shè)備臺(tái)數(shù)和工程成本，又便于后續(xù)的操作和管理。同時(shí)，考慮到這類煙氣中的煙塵和SO2含量均較低，SO2無需經(jīng)過處理即可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。所以，在使用布袋收塵器時(shí)，在確保無凝結(jié)和阻塞的前提下，可以實(shí)現(xiàn)煙塵標(biāo)準(zhǔn)排放。并提出向噴霧冷卻器中添加堿性溶液的方法，以降低整個(gè)裝置的SO2排放。

2.3陽極爐煙氣治理措施

2.3.1陽極爐煙氣治理工藝

陽極爐排放的煙塵經(jīng)過二次燃燒，送入廢熱鍋爐進(jìn)行循環(huán)利用，使其達(dá)到350 ℃。隨后經(jīng)過噴霧冷卻器對(duì)其進(jìn)行迅速的絕熱冷卻，使其從350 ℃降低至250 ℃。緊接著向塔中噴射石灰漿，形成150～200 μm大小的霧珠。使其與含硫氣相結(jié)合，經(jīng)過一段時(shí)間的化學(xué)反應(yīng)，脫除其中的SO2，并使其形成一個(gè)向下流動(dòng)的沉降趨勢(shì)。在此基礎(chǔ)上，通過對(duì)煙塵的吸附，使其從半干式噴射塔中流出之前被完全汽化，從而確保了從半干式塔底部流出的灰渣中無液態(tài)水。并將廢氣降溫至約150 ℃，然后送入袋式收塵器進(jìn)行凈化，再經(jīng)環(huán)集煙道排出，所收集到的煙塵出售處理。

2.3.2陽極爐煙氣治理可行性分析

陽極爐以液化氣作為燃料及還原劑，在還原階段，由于碳黑及 CO濃度較高。故需設(shè)計(jì)二次燃燒器，首先燃燒陽極爐煙氣中的碳黑及 CO，隨后將其送入廢熱鍋爐進(jìn)行熱能回收，最后通過石灰乳噴霧式布袋除塵，去除SO2及煙塵。鑒于煙灰中含有鉛、鋅、錫等有價(jià)金屬，本項(xiàng)目擬選用具有最佳除塵效果的袋式除塵設(shè)備，一方面可以盡量多地將有價(jià)金屬吸附在布袋收塵器上，既可以實(shí)現(xiàn)對(duì)有價(jià)金屬的有效回收，又可以減輕重金屬排放對(duì)環(huán)境的影響；另一方面還可以通過吸附在布袋收塵器上的堿性粉塵，對(duì)煙灰中SO2進(jìn)行深度吸附，從而提升脫硫效果。

目前煙氣脫硫工藝主要有干法、半干法和濕法。

干法工藝：指“干式洗氣+布袋除塵”煙氣治理工藝法。利用壓縮空氣，將堿性固體粉末（例如消石灰或氫氧化鈉等），直接噴射到煙氣洗滌塔或煙管上的某個(gè)部分反應(yīng)器中，讓堿性消石灰粉與酸性尾氣進(jìn)行充分的接觸并反應(yīng)，達(dá)到中和并除去煙氣中的SO2的效果。在布袋除塵器的過濾織物上，通過吸附劑層的作用，使煙氣中的有毒有害成分發(fā)生二次作用，使整體脫硫效果得到改善。本發(fā)明具有設(shè)備簡(jiǎn)單、易于維護(hù)、成本低廉、運(yùn)輸管道不易堵塞等特點(diǎn)。不足之處在于因固、氣兩相接觸時(shí)間短，傳質(zhì)效率不高，導(dǎo)致SO2去除效率不高，煙道氣提純效率不高，而且需要額外添加化學(xué)試劑，因此試劑消耗較濕、半干等工藝消耗較大。

半干法工藝：“噴干+布袋除塵”的煙氣治理工藝。其主要工藝包括用于降溫、中和二氧化硫的噴霧干燥室，以及用于除塵的布袋除塵器。該裝置的中央為一旋轉(zhuǎn)式噴嘴。熱風(fēng)從噴射塔頂以螺旋式或旋流式形式流入。本項(xiàng)目擬利用離心噴嘴（10 000 r/min）將水泥漿粉碎為粒度在20～400 μm內(nèi)的水滴，使水滴均勻分布，蒸發(fā)，與SO2發(fā)生反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)水泥漿的高效霧化。在該塔中，氣、液兩相完全接觸，能使煤氣降溫，其中全部的水份完全揮發(fā)，并將SO2的煤氣全部除去，而在該塔中和后得到的固態(tài)渣經(jīng)塔底部或除塵裝置回收后出售。該氣體在空氣中的滯留時(shí)間在10～15 s。采用單一的灰漿法脫除SO2的效果只有60%，然而通過在布袋除塵器過濾材料上的二次反應(yīng)，可以使SO2的脫除率超過70%。

該方法最大的特征是將干法濕法相結(jié)合，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資低，維護(hù)方便，壓差小，能耗低，堿性反應(yīng)劑用量比干法低。與干法相比，SO2的脫除率更高，且無污水生成，避免了濕法中大量污水生成的問題。但存在著管口易堵塞、易磨損、維護(hù)困難、易粘結(jié)以及在設(shè)計(jì)和運(yùn)行過程中對(duì)加水的掌握較難等問題。

濕法工藝：在濕法制備的過程中，采用濕法制備的二氧化硫具有較好的脫硫性能，脫硫的速率取決于二氧化硫在堿溶液中的擴(kuò)散速率。用于濕法反應(yīng)器的堿性液體一般是NaOH溶液或石灰［Ca（OH）2］溶液。為避免在裝置內(nèi)產(chǎn)生沉淀，回用的漂洗水必須經(jīng)過凈化、濃縮、過濾。該濕法反應(yīng)塔脫硫率高，可達(dá)到90%，并可起到除塵作用。但其不足之處在于投入大、必須配置廢水凈化裝置、管道易堵塞、廢水難以處置、運(yùn)行條件惡劣等。

對(duì)設(shè)備投資、污染物達(dá)標(biāo)排放、運(yùn)行成本、操作的難度以及操作環(huán)境進(jìn)行了全面的考慮。因此，在本工程中，對(duì)生產(chǎn)工藝、操作水平和對(duì)環(huán)保目標(biāo)的高要求等方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并將其應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中。

2.4陽極泥處理車間煙氣治理措施

2.4.1卡爾多爐煙氣處理措施

卡爾多爐中的煙道經(jīng)過文丘里冷卻系統(tǒng)的清洗和灰塵處理后，通過電動(dòng)除霧機(jī)將水汽除去，然后在清洗塔中用稀堿性溶液進(jìn)行清洗，除去其中的有毒物質(zhì)，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后才能排出。從文丘里那里采集到的粉塵和污泥經(jīng)過再生池進(jìn)行了再利用，而從洗脫塔中流出的污水則經(jīng)過污水處理站進(jìn)行了二次處理。

2.4.2卡爾多爐煙氣處理措施分析

針對(duì)卡爾多爐高溫、含貴金屬Sn粉塵及SO2（3 300 mg/m3）的特點(diǎn)，本項(xiàng)目擬通過文丘里（Venturi）裝置對(duì)Sn粉塵進(jìn)行捕集，并對(duì)其進(jìn)行循環(huán)使用，同時(shí)降低煙道溫度。從文丘里凈化設(shè)備排放出來的廢氣中，還殘留著少量的酸味（以SO2為主），所以可以通過沖洗塔中噴射的堿性液體來進(jìn)行凈化，而廢棄的洗滌劑則被送到污水處理場(chǎng)進(jìn)行處理。因?yàn)閺U水?dāng)?shù)量不多，所以可以通過該項(xiàng)目的相關(guān)設(shè)備進(jìn)行綜合處理。本項(xiàng)目針對(duì)卡爾多鍋爐煙氣中SO2生成濃度低，煙氣中SO2含量低的問題，利用堿性溶液（NaOH）吸附法，脫硫效率高達(dá)90%，既能有效地回收各種稀有貴金屬，又能使尾氣達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，具有一定的可行性。

3結(jié)束語

總而言之，隨著我國(guó)對(duì)環(huán)境保護(hù)工作的高度重視，對(duì)于銅冶煉行業(yè)的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)不斷提高。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，應(yīng)結(jié)合工藝特點(diǎn)和生產(chǎn)現(xiàn)狀，針對(duì)性地提出合適的廢氣治理措施，并制定出切實(shí)可行的環(huán)保管理制度和運(yùn)行措施。目前，我國(guó)對(duì)于環(huán)境空氣污染防治方面的研究主要集中在大氣污染防治技術(shù)方面，對(duì)銅冶煉行業(yè)環(huán)境空氣污染防治問題的研究較少。本文以某銅冶煉廠為例進(jìn)行分析研究，并提出了相應(yīng)的污染防治對(duì)策。今后應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)銅冶煉廠環(huán)境空氣污染特征和影響因素的研究力度，以更好地指導(dǎo)企業(yè)進(jìn)行環(huán)保管理和治理，為改善車間環(huán)境空氣質(zhì)量、維護(hù)人體健康提供參考。

參考文獻(xiàn)：

［1］張化剛，曹汝俊，馮芝勇，等.300 kt/a銅冶煉煙氣制發(fā)煙硫酸裝置生產(chǎn)實(shí)踐［J］.硫酸工業(yè)，2021，（12）：19-23.

［2］李成學(xué)，王立平.云錫銅冶煉制酸一吸塔新型碳纖維除霧器應(yīng)用實(shí)踐［J］.有色冶金節(jié)能，2021，37（05）：65-68.

［3］宋成，周岳珍，黃文寶，等.銅冶煉環(huán)集煙囪有色煙羽成因及控制措施［J］.世界有色金屬，2019，（03）：1-3.

［4］蔡旺，吳桂榮，王一丁，等.煙氣脫硫深度凈化技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用［J］.硫酸工業(yè)，2015，（06）：37-39.

［5］艾新橋，楊德鑫，趙陽，等.冶煉煙氣制酸凈化系統(tǒng)生產(chǎn)指標(biāo)優(yōu)化調(diào)控研究［J］.有色金屬（冶煉部分），2015，（09）：64-66.