镍铜冶炼二氧化硫烟气综合治理实践

马旻锐，朱伯麟，迟 建，杨秀玲

(金川集团股份有限公司化工厂，甘肃金昌 737100)

镍铜冶炼二氧化硫烟气综合治理实践

马旻锐，朱伯麟，迟 建，杨秀玲

(金川集团股份有限公司化工厂，甘肃金昌 737100)

介绍了镍铜冶炼炉窑烟气中SO2气浓、气量的特点以及采取相应的综合治理方法。详细分析了冶炼烟气制酸、钠碱法吸收及柠檬酸钠吸收解吸工艺的特点和创新点。实践证明，冶炼烟气综合治理系统建成后，取得了良好的环境效益和硫资源综合利用效益。

冶炼烟气 二氧化硫治理 制酸 钠碱法

二氧化硫是有色金属冶炼过程中产生的主要大气污染物[1]。随着我国有色冶炼行业的发展，有色金属产量不断增加，同时冶炼烟气二氧化硫达标排放也已成为重中之重。SO2是金川集团股份有限公司(以下简称金川公司)镍铜冶炼生产中产生的主要大气污染物，该公司根据各冶炼炉窑冶炼烟气气量、二氧化硫含量、排放周期等各不相同的特点，结合国内外冶炼烟气二氧化硫处理的先进方法，以本末兼顾、分而治之的思想为指导，自主研究出一整套冶炼烟气综合治理方法，保证了区域环境质量和环境面貌[2]。

1 镍铜冶炼烟气情况

镍铜冶炼各炉窑因生产工艺、作业方式的差异，其烟气状况各不相同，各具特点。铜合成炉、镍闪速炉、富氧顶吹炉等炉窑投料均衡、生产稳定，烟气SO2浓度较高；转炉间歇作业，烟气不稳定，时有时无且浓度较低；电炉、回转窑烟气浓度更低，φ(SO2)1%～2%；环集烟气气量大、杂散、烟气浓度低。因此造成冶炼烟气的治理难度高，投入大。

金川公司镍铜冶炼烟气从SO2浓度来分，主要分为6类。① 一是主炉烟气，包括顶吹炉、闪速炉、合成炉、自热炉等烟气，φ(SO2)在10%以上，烟气量约为 3.15×105m3/h；② 各主炉配带的转炉烟气，φ(SO2)在6%～10%,烟气量约为3.08×105m3/h，φ(SO2)在3%～6%的烟气量约为3.035×105m3/h；③ 低浓度烟气，包括贫化电炉、沉降电炉、回转窑、合金硫化炉、电炉烟气，φ(SO2)为1%～3%，烟气量约为8.85×104m3/h；④ 干燥窑、反射炉、阳极炉等外排低浓度烟气，φ(SO2)低于1%，烟气量约为1.0×105m3/h；⑤ 环集烟气等外排烟气，ρ(SO2)平均为3 g/m3，烟气量约为2.3×106m3/h；⑥ 接近达标排放的硫酸尾气。

2 镍铜冶炼烟气治理

2.1镍铜冶炼烟气治理方案

为了实现镍铜冶炼烟气全部经济、高效治理，金川公司根据不同特性的烟气，采用分而治之综合治理新思路，对不同浓度的烟气从工艺的适应性、经济性等方面综合考虑，采用以下工艺技术路线治理：

1)对于φ(SO2)6%～10%的高、中浓度烟气适宜制酸，采取技术成熟、工艺技术水平先进的二转二吸制酸工艺进行治理。

2)对于φ(SO2)在3%～6%的中、低浓度冶炼烟气采用烟气混配技术，配入高浓度烟气，用于制酸。

3)φ(SO2)在1%～3%的低浓度冶炼烟气一部分用于与高浓度烟气混配制酸，另一部分引入亚硫酸钠系统作为生产亚硫酸钠的原料。

4)对于一期片区非正常外排的低浓度烟气，φ(SO2)约为1%左右，因其部分时段浓度较高、烟气总硫量大，采用柠檬酸钠吸收解吸工艺，并设置后段碱吸装置，一方面确保尾气达标排放，另一方面吸收液解吸后可产生高浓度二氧化硫送制酸系统生产硫酸，实现了硫资源综合利用。

5)对于二氧化硫含量低、正常情况下接近达标的硫酸尾气采用钠碱法吸收工艺，该工艺具有脱硫率高，在冶炼烟气条件波动下可实现尾气的达标排放。

6)对于环集烟气由于其气量大、气浓低、排放浓度不稳定等特点，采用氧化镁脱硫方案，该工艺具有脱硫率高，在冶炼烟气条件波动下可实现尾气的达标排放。

2.2镍铜冶炼烟气治理匹配化建设

根据烟气治理的需要，目前金川公司已建成7套硫酸生产系统和2条亚硫酸钠生产线，1套柠檬酸钠吸收解吸装置，3套硫酸尾气吸收装置，正在建设3套氧化镁环集烟气吸收装置。

硫酸和亚硫酸钠产能分别达到2 520 kt/a和150 kt/a，实现了二氧化硫冶炼烟气的有效治理。硫酸和亚硫酸钠烟气处理系统设计指标见表1。

表1 制酸系统处理烟气设计指标

3 冶炼烟气治理工艺特点

3.1冶炼烟气制酸

1)净化工序采用了四位一体湍冲洗涤塔,主要包括过渡段、逆喷管、喷嘴、弯管、气液分离塔(二次洗涤塔)、沉降槽、循环槽等。高温烟气与稀酸在塔侧的逆喷管内逆流接触后进入塔内进行气、液分离，分离后的气体被从塔顶喷淋出的稀酸再次洗涤，最后经降温、除尘后进入填料塔中；逆喷管内喷淋的稀酸与二次喷淋的稀酸由中心筒汇集，流入塔底的循环槽，经泵加压后一部分上塔进行喷淋循环，一部分进入塔内的沉降槽，沉降后的清液经溢流堰由中心筒上的小孔再进入循环槽中，沉降下来的污泥则从沉降槽底部的排污口排走。

2)干吸工序采用了塔槽连体低位高效干吸工艺技术、可调节多级变径管式分酸技术和高效混酸技术，减小了设备直径及高度，节省了设备投资。具有平面点阵结构的管式分酸技术，使塔内分酸带压均匀分布，减少了分酸死角，基于此干吸塔填料填装省略了分酸填料部分，依据国外资料在分酸点33点/m2、喷淋密度20～25 m3/(m2·h)条件下，填料高度可降低到3.15 m。填料填装高度大幅下降，保证了高气速下较低的操作压损。干吸塔三位一体，即捕沫器、干燥吸收塔、循环槽三位合为一体。

3)转化工序根据烟气气量大、SO2浓度高的特点，设计采用了“3+1”4段转化、ⅣⅠ—ⅢⅡ换热流程，该工艺具有生产稳定，操作灵活的特点。转化器采用碟形封头、带滑动底座全不锈钢转化器，材质选用价格较廉的304不锈钢制作，和传统碳钢衬砖转化器材料相比，该转化器重量轻，在操作温度下具有较高的强度和刚度，从而在较大程度上避免了漏气、串气问题的发生；此外还具有安装方便、维护工作量少等优点。

3.2冶炼烟气钠碱法吸收

1)副产亚硫酸钠产品，经济效益显著。采用w(NaOH)10%溶液吸收二氧化硫烟气，吸收反应生成的亚硫酸氢钠进一步用氢氧化钠溶液进行中和反应，生成稳定的亚硫酸钠。生产无水亚硫酸钠时，再经蒸发一离心分离一干燥工序获得产品。生产七水亚硫酸钠时，中和液直接进行冷却结晶，离心分离后获得产品[3]。

2)脱硫效率高，操作灵活。钠碱法具有吸收剂不挥发、溶解度大、活性高等优点，适应烟气浓度范围比较宽，且能够在故障状态下处理SO2浓度较高的尾气，不会对装置造成损害。

3.3冶炼烟气柠檬酸钠吸收解吸

1)回收低浓度SO2，增加系统适应性。柠檬酸钠吸收解吸工艺一般适用于烟气中φ(SO2)在8%左右，解吸后得到的高浓度SO2用于制取液体SO2。该工艺用于处理低浓度SO2烟气，解决了吸收低浓度SO2时吸收推动力小、吸收率低的问题，通过工艺参数的系统整定，保证了高的吸收率，保证了尾气的达标排放。

2)新型高温耐柠檬酸钠腐蚀材质的开发与应 用。柠檬酸钠对许多材料具有较强的腐蚀性，特别是在高温状态下，其腐蚀特性研究资料非常缺乏。该项目与研究机构合作，研制出了改性UHMWPE材料，用于循环泵蜗壳及叶轮的制作，保持了设备在高温状态下长周期平稳运转。

4 结语

镍铜冶炼烟气综合治理项目建成后，取得了良好的环境效益和硫资源综合利用效益。实现了制酸系统产能与有色冶炼系统的匹配，硫酸系统产能2 520 kt/a(相当于回收利用二氧化硫1 580 kt/a)。采用钠碱法吸收处理低浓度冶炼烟气，副产亚硫酸钠产品，经济效益显著，同时实现制酸系统约7.5×105m3/h硫酸尾气的达标排放。建设柠檬酸钠吸收解吸系统，有效解决了冶炼一期片区转炉等炉窑非正常外排烟气的综合治理和低品质硫的资源化利用。伴随着氧化镁法环集烟气处理项目的完成，金川公司冶炼烟气的综合处理将进入新阶段。镍铜冶炼烟气的综合治理，对金川环境治理目标的实现发挥了重要的作用。

[1] 彭康,李皓瑜.低浓度二氧化硫冶炼烟气处理工艺[J].化学工业与工程技术,2010,31(6): 49-53.

[2] 孙治忠,谢成,柴瑾瑜.金川公司冶炼烟气制酸技术创新回顾[J].硫酸工业,2014(2): 10-13.

[3] 李燕梅,瞿尚君,唐照勇.低浓度冶炼烟气脱硫工艺运行实践浅析[J].硫酸工业,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。

马旻锐，男，金川集团股份有限公司化工厂化工工程师，主要从事冶炼烟气综合治理及生产技术管理工作。电话：15809356978；E-mail:hgmmr@jnmc.com。

TQ111.16

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1002-1507(2017)09-0021-03