再生铜熔炼废气污染物排放特征研究

章佩丽，洪 波，崔慧贞

(台州市环科监理有限公司，浙江 台州 318000)

1 引言

再生铜熔炼工艺大多衍生于原生矿铜冶炼工艺，但由于再生铜成分更为复杂，熔炼过程热量消耗高，产生的污染物相对复杂等特点。废杂铜再生利用过程产生的污染物涉及废水、废气、固体废物等。其中废气主要有熔炼过程产生的含持久性有机物二噁英类物质及重金属废气等。

2 典型再生铜生产工艺

根据再生利用途径并结合再生铜原料自身特性，将再生铜回收利用工艺及技术分为直接利用和间接利用两大类。其利用的原料主要有两类：一类是新废铜，是铜工业生产过程中产生的废料，如铜及其合金熔炼中产生的炉渣、浮渣；另一类是旧废铜，它是使用后被废弃的物品，如废旧铜导线、铸件、轴承等。根据资料收集和现场调查，台州市典型再生铜企业原材料成分及典型再生铜(铜棒)熔炼生产工艺流程分别如表1和图1。

表1 各再生铜企业原材料成分调查情况

由表1及实地调查，为确保产品(铜棒)品质稳定性，各企业废杂铜原材料成分较为一致和稳定。

3 废气污染因子确定

废杂铜中的杂质主要包括铅、锡、锌、铁、镍、氧、硫等成分，废铜熔炼可能会存在金属及其化合物烟尘(如铜、铅及氧化锌等)、持久性有机物二噁英类物质、SO2等废气污染物。目前对于废杂铜冶炼过程中的污染物产排特性方面的研究多侧重于宏观的定性分析，如王冲等[1]以再生铜冶炼项目为例，对冶炼过程产生的烟气中铅的沉降对周围土壤环境的影响进行了分析和讨论；柴祯[2]具体分析了再生铜生产过程中持久性有机污染物(POPs)产生的主要工艺节点，阐述了POPs产生的主要机理，并提出了减少再生铜生产过程中POPs产生的方法及措施；金艳[3]对有色金属工业的持久性有机污染物排放状况、对人类与环境造成的风险及管理防治对策进行了研究，并分析了其污染现状及产生机理。以上研究缺少废杂铜冶炼企业主要污染物污染源识别和污染物定量化的基础数据，进而影响到再生铜行业污染防控技术的筛选和科学化管理。

图1 再生铜(铜棒)生产工艺流程

4 废气污染物排放量确定

根据再生铜熔炼中废气排放特点，本研究选择评价主要污染因子为二噁英、铜、铅、锌。

4.1 二噁英排放

联合国环境规划署(UNEP)的《二噁英类污染源清单调查工具包》[4]将目前已知的二噁英类污染源划分为10大类62个子类。UNEP的二噁英排放工具包中给出了再生铜生产过程中二噁英类的排放因子，具体见表2。

表2 铜行业的排放因子

根据表2，废气中二噁英类排放因子参考第一类800μgTEQ/t铜。考虑熔炼企业(较小规模)一般未配置专门处理二噁英污染物的废气装置，故其排放量基本为其产生量。排气量参考基准10000 m3/t产品的单位产品排气量，则通过计算得二噁英初始排放浓度为80 ng/m3，远远超过0.5 ng/m3的排放标准。

4.2 重金属排放

4.2.1 资料统计

根据《工业污染源产排污系数手册》[5]，再生铜熔炼企业使用废杂铜作为原料，大气污染物产生量的相关排污系数核定见表3。

熔铜一般采用铜废杂料，则按照排污系数计算工业废气中烟尘产生量为2.77 kg/t产品，工艺废气量为2480 m3/t产品。

4.2.2 实测数据

本研究收集同类企业近两年监测数据，部分数据统计见表3。

烟尘中各金属成分比例具体见表4。

由表4可见，铜棒熔炼烟尘废气中主要金属成分为锌，其以氧化锌形式存在，其次为铜和铅。

表3 再生铜排污系数核定

表3 部分同类企业熔炼废气各污染物进口浓度范围汇总

注：①进口浓度波动与企业熔炼炉型、熔炼原料、工艺条件、操作等有关;②实际生产过程中，企业为确保废气浓度达标排放，设计进口风量较大，经折算后平均工艺废气量13518 m3/t产品，较理论值2480 m3/t产品高出5.45倍，与GB31574—2015[6]中基准排气量10000 m3/t产品较为接近。若单位产品实际排气量超过基准排气量，须将实测大气污染物浓度换算为大气污染物基准排气量排放浓度，并以大气污染物基准排气量排放浓度作为判定排放是否达标的依据

表4 废杂铜熔炼烟尘中各金属成分比例 %

再生铜熔炼企业烟尘产生量为2.77 kg/t产品，烟尘中重金属含量分别为铜2.16～6.95%(均值4.56%)、锌53.6%～61.4%(均值57.0%)、铅1.22%～1.69%(均值1.46%)。在基准条件下计算铜排放浓度为5.98～19.25 mg/m3(均值12.63 mg/m3)、锌排放浓度浓度为148.47～170.08 mg/m3(均值157.89 mg/m3)、铅排放浓度为3.38～4.68 mg/m3(均值4.04 mg/m3)，该分析数据与实测数据基本接近，则可说明在预测排放量时可采用表5相关数据进行分析。

在未配备相关废气处理设施时，其铜、锌、铅平均超标倍数分别为12.63倍、52.63倍和2.02倍。

5 结论和建议

(1)当废气处理设施不能正常运行时，再生铜企业废气排放中二噁英、铜、锌、铅等污染因子均超过国家排放标准，达到《最高人民法院、最高人民检察院关于办理环境污染刑事案件适用法律若干问题的解释》中第一条中认定为严重污染环境的第三款“非法排放含重金属、持久性有机污染物等严重危害环境、损害人体健康的污染物超过国家污染物排放标准或者省、自治区、直辖市人民政府根据法律授权制定的污染物排放标准三倍以上的”标准，应当引起高度重视。

(2)相较于《工业污染源产排污系数手册》中关于的再生铜企业吨产品工艺废气排放量(理论值2480 m3/t产品)，与实际监测数据差距较大；若引用该数值进行后续理论测算排放浓度时，会引起较大误差。

(3)根据监测数据，部分企业的单位产品基准排气量大于《再生铜、铝、铅、锌工业污染物排放标准》(GB 31574—2015)规定的限值(10000 m3/t 产品)，说明其生产过程中废气管路设计和收集已不能适应当前日益严格的环保要求，应当进行相应改进。