地下矿山二氧化硫烟气的治理

2017-10-23卢海川

采矿技术 2017年5期

关键词：细脉风井碱液

卢海川

(广西华锡集团股份有限公司铜坑矿，广西河池市 547207)

地下矿山二氧化硫烟气的治理

卢海川

(广西华锡集团股份有限公司铜坑矿，广西河池市 547207)

为了保证铜坑矿细脉带塌陷区下部矿体正常回采的同时治理塌陷区的SO2烟气，利用Na2CO3与SO2烟气的吸收反应，采用以Na2CO3为中和反应剂的碱液喷淋系统对598 m水平SO2烟气源头进行治理，系统构成简易、操作简单，运行效果较好，实现了矿井污风的环保外排。

地下矿山；碳酸钠；二氧化硫；中和反应；碱液喷淋

SO2是一种有刺激性气味的酸性气体，易溶于水。被吸入人体后，会刺激呼吸道粘膜，吸入量超过一定量时，会对身体各器官造成严重伤害，危及生命。SO2大量排入大气中，还会对植物、生态环境产生很大危害。SO2溶于水后，随降雨落下，使植物表皮受损、枯焦甚至死亡；使土壤肥力下降，导致河流、湖泊中的生物死亡[2-3]。

铜坑矿细脉带矿体含硫高，采用崩落法回采完成后易发生自燃，形成冒烟的地表塌陷区[1]。近年来对细脉带下部矿体进行回采，使得细脉带塌陷区发生松动，供氧量增加，矿石自燃加剧，SO2烟气又大量产生。SO2烟气的源头在598 m水平，经由2#风井排出地面，部分由塌陷坑地表冒出。在回采下部矿体的同时，必须采取有效措施对SO2烟气进行治理。

1 SO2烟气的治理原理

有多种方法可以达到SO2烟气脱硫的目的。广泛采用的方法是石灰/石灰石法，利用其浆液对SO2烟气进行喷淋，使SO2变成易于沉淀的钙盐[4]。铜陵铜山铜矿采用这种方法，但这种方法实施的过程中易发生结垢和堵塞，且碱性物质消耗大[5]。宋冀鹏提出了以Ca(OH)2为主要成分的干式脱硫法，运行成本高，明显不适合于矿山环境[6]。赵彩婷、付玉梅等人提出了多种方法，如氢氧化钠或亚硫酸钠吸收法、碱式氧化铝法、氨法烟气湿法脱硫技术和海水湿法脱硫等[7-8]。

综合考虑矿山的生产实际情况，使用的治理原理应该简单易行，技术成熟，适用于矿山环境。因此采用石灰/石灰石法较好，但为了避免其易发生结垢和堵塞的缺点，决定改用碳酸钠水溶液进行喷淋。吸收反应方程为：

Na2CO3+SO2→Na2SO3+CO2

2Na2SO3+ O2→2Na2SO4

Na2CO3与SO2反应生成Na2SO3，Na2SO3又与空气中的氧气反应生成无害的Na2SO4溶液，最终实现SO2烟气脱硫的目的，同时又不产生二次污染物。

2 治理方案设计与实施

塌陷坑溢出的SO2烟气通过地表取土覆盖及喷洒石灰水可以达到环保治理的目的。井下598m水平溢出的SO2烟气需要通过碳酸钠水溶液喷淋系统进行治理。598 m水平平面及SO2烟气流向见图1。近年来细脉带矿体底部矿体回采出矿，细脉带塌陷区松动，598 m水平采区的各出口密闭墙必须打开，否则SO2烟气从塌陷区地表大量溢出，更难治理。现SO2烟气由各溢出渠道汇集，进入细脉带回风系统，从2#风井排出。2#风井井口设置的碱液喷淋系统，在碱液喷淋时，成雾效果差，碱液与SO2反应时间较短，净化SO2效果不佳。因此，决定于598水平对SO2溢出源头进行碱液喷淋吸收处理，以净化SO2烟气。

2.1 设计原则

充分利用铜坑矿井下现有巷道、管路、供电等设施，喷淋系统简易、操作简单，运行效果好，便于安全的运行与维护。

2.2 参数计算

根据2#风井检测，高峰期SO2总排出量为13.05 g/s，设计井下对主要溢出口最大处理量为7 g/s。

中和用碱量：NaCO3=106×7/64=11.6 g/s，即每小时用量为41.76 kg/h。

用水量：估算大约17 m3/h。

图1 598 m水平

2.3 工程布置及运行

配碱工程布置见图2。

图2 配碱工程布置

(1) 于598 m水平废变电硐室布置容量为10 m3、24 m3高度为1 m的配药池与抽水池，相互间隔墙高度为0.8 m且设置宽度为0.3 m的水闸，闸口设置滤网。池上敷设网状防护平台。抽水池设置宽度为1.1 m的闸门，便于后期对池子进行清理。

(2) 配药池安装电动搅拌装置，搅拌叶为耐酸碱材质。

(3) 抽水池底部布置两个水泵抽水口，连接两台水泵，其中一台为备用，水泵选用耐碱腐蚀材质。要求水泵流量20 m3/h，抽至碳化硅微细雾化喷头水压满足0.5 MPa以上。

喷淋工程布置见图3。

图3 喷淋工程布置

(1) 安装3层雾墙，间隔1 m。

(2) 1#雾墙设置2根喷淋管，分别距地1 m和3 m，每根喷淋管安装6个喷距1 m的微细雾化喷嘴，3个朝下3个朝上，间隔0.9 m交错布置；2#雾墙设置1根喷淋管距地2 m，安装6个喷嘴，3个朝上3个朝下，间隔1 m交错布置；3#雾墙设置2根喷淋管，分别距地1 m和3 m，每根喷淋管安装7个喷嘴，4个朝上，3个朝下，间隔0.9 m交错布置。

(3) 3层雾墙设置独立开关，根据SO2浓度调节喷淋强度与喷淋时间，喷淋时间为2～5 h。

(4) 雾墙后端设置尼龙网，用木塞固定于墙洞中，用于将空气中的碱液挂于网格中，与穿过的污风再次进行中和反应。

(5) 喷淋管前端插入预先施工好的0.3 m岩孔中，后端架设于钢塑复合管横梁上。

系统于2#风井口安装SO2检测器，并连接地面监控中心。SO2超过检测器设定浓度后，开启喷淋系统。根据喷淋时间，将适量碱药投入配药池中，经搅拌后，溢入抽水池，配药完成后打开水闸，使配药池中碱液利用完全。开启水泵开关，将碱液压入喷淋管进行SO2烟气的吸收喷淋。喷淋结束后，通过抽水池中浮球液位开关自动停止水泵工作。吸收后的次生碱液自流入3#通风排水井，中和沿途酸性水流。