关于铜业冶炼烟气超低排放与资源综合利用的研究

葛贤发

（铜陵有色设计研究院有限责任公司，安徽 铜陵 244000）

2018 年初，环保单位发起了排放限值的具体指令，明确要求工业生产的排放标准，其一，每立方米排放物含有颗粒物应不大于10mg，其二，每立方米排放物含有二氧化硫应不大于100mg，其三，每立方米排放物含有氮氧化合物应不大于100mg。借助排放规定与限值，提升环境保护的综合效果，缓解大气、粉尘等污染引起的环境恶化问题，发挥先进工艺资源利用的综合价值。

1 烟气来源

1.1 铜精矿干燥

铜精矿干燥工艺中，应用的冶炼工艺为蒸汽加热，此工艺包括两套应用系统，即一期与二期，其烟气成分较为复杂，水分与粉尘的产生，归结于空气、湿精矿在冶炼工艺中产生了挥发现象。铜精矿干燥程序产生的烟气，应采取的工艺处理为：经由布袋收尘器完成烟气除尘程序，采取两套系统除尘操作。除尘程序中，应由风机完成动力传输，动力波搭建洗涤环境，继而以环集烟囱完成除尘后烟气排放。

1.2 冰铜粒化

铜业冶炼工艺中，冰铜粒化的生产流程，具体表现为：由压缩氮气完成冰铜液的吹散程序，再添加水喷淋让其处于冷却状态。冰铜粒化的生产流程中，产生的污染物质有：粉尘、二氧化硫等，此类污染物质在烟气中占据较大比例。此种生产工艺应采取的烟气处理工艺为：经由沉淀粉尘区域完成除尘程序，借助动力波营建的洗涤环境实施脱硫处理，液滴由捕沫器去除，方可排放烟气。动力波营建洗涤环境，借助其洗涤器得以实现，其洗涤器中含有循环液，在循环液内添加液碱，具有脱硫能力，配合过滤程序，高速开展循环液的洗涤与净化，达成烟气洗涤效果[1]。如图1所示为冶炼流程示意图。

1.3 阳极炉

阳极炉的冶炼工艺流程为：加料、氧化、还原、浇铸、控温。阳极炉内工艺运行时，拥有较高的烟气温度，成分含有二氧化硫、氮氧化合物、粉尘等，基于各阶段产生的工况具有差异性，烟气成分变化存在较大浮动现象，尤其表现在烟气成分中二氧化硫的浓度，发生较大幅度的波动。

图1 冶炼工艺流程

2 超低排放

2.1 超低排放干燥烟气工艺

铜精矿与冰铜两个冶炼工序产生的干燥烟气，传统处理程序中均是使用一级布袋完成除尘再排放，鉴于原始烟气中含有较大比例的粉尘，除尘程序中布袋收尘器具有较高负荷，极易发生损坏。由此发现，保证尾气排放标准，应采取高频更换滤袋措施，此种更换行为影响着主程序的生产稳定性。此外，一级布袋收尘在一定程度上无法保障尾气烟尘含量的最低标准[2]。

图2 干燥烟气超低排放流程

超低排放干燥烟气工艺：采取PPS与PTFE相结合的工艺。PPS指布袋收尘器运行程序中的滤袋规格。PTFE指收尘器中覆膜材质。工艺设计参考为：设定过滤面位置产生烟气流速为0.6m/每分钟。在二级布袋完成烟尘收集时，尾气含尘指数有效控制在：每立方米烟气中含有烟尘杂质最多10mg。与此同时，在二级布袋除尘器的作用下，有效减少了一级布袋所需的除尘任务，提升了一级布袋除尘运行效果，减少其维修次数，加快除尘速度，达成最低排放目标。

2.2 超低排放冰铜粒化烟气

新烟气处理设计为一段为湿法净化、二段为双氧水脱硫。双氧水脱硫工艺的运行原理为：在脱硫塔中添加适量双氧水，经由泵循环与分散装置融合H2O2与二氧化硫，借助H2O2所具有氧化功能，使二氧化硫转化为硫酸，继而将其输送至循环液中，达成二氧化硫与烟气两者的有效分离，完成脱硫目标。冰铜粒化冶炼工序中，采取净化烟气、除尘与降温等程序，将烟气含尘指数有效控制在每立方米烟气中含有最多5mg粉尘，温度不大于50℃，达成超低排放目标。

2.3 超低排放阳极炉烟气

（1）烟气冷却：冷却装置组成元素有支架、灰斗、冷却管道；将冷却装置安装在水箱中，高温烟气热量抵达冷却管时，热量回传于水中，借助水循环运行体系将热量排出系统，达成冷却效果。冷却管在水中运行时，其传热能力的评价方式为K值，此数值的传热能力比空气高出至少8倍，增强烟气冷却效果。

（2）确定除尘工艺：阳极炉烟气，在板式烟气冷却器冷却基础上，温度维持在240℃，具有高温烟气属性。采取的除尘工艺为高温陶瓷膜，此工艺具有较高的除尘效果，有助于科学回收烟尘，为脱硫工艺提供烟尘原料基础条件。

（3）确定脱硫工艺：基于烟气中含有二氧化硫具有大幅度变化特点，应选择双氧水脱硫工艺，以此保障脱硫效率，提升稀硫酸回收利用效果。

2.4 二氧化硫超低排放技术

（1）双塔串联技术：双塔串联技术是通过两级石灰石与石膏湿法喷淋空塔之间的串联运行方式，烟气经由一级塔，脱除烟气内部的部分二氧化硫，再利用二级塔，经由两次叠加，使得脱硫效率超过98%。该方法在锅炉负荷波动方面具有优良的适应性，可有效控制二氧化硫浓度达到超低排放要求。

（2）托盘塔技术：托盘塔技术是在脱硫喷淋塔内布置穿流孔板托盘，让烟气合理分布在每一个喷淋塔截面中，烟气与脱硫浆液相互混合，出现泡沫层，以此来达到高效脱硫技术。

2.5 烟尘超低排放技术

（1）增效干式除尘：干式除尘技术能够大面积处理烟气，切除尘效率优良、设备阻力不高、便于使用。

（2）低低温电除尘：通过换热器进行热交换，使进入电除尘器的运行温度由通常的低温状态（约130oC～170oC之间）下降到低低温状态（90oC左右），实现提高除尘效率的目的。除尘效率可达到99.8%以上。

（3）湿式电解除尘技术：该技术基本原理为：烟气经由金属方电线内部的直流高电压，出现电离，被荷电后的粉尘经山电场力的作用涌向集尘极，通过冲洗水将其除去。湿式电除尘可以有效去除烟气中的烟尘细小微粒、PM2.5、SO2、微液滴、汞及烟气中携带的脱硫石膏雾滴等污染物。

3 资源综合利用

3.1 粉尘回收

在烟气处理工艺中，以粉尘回收为主要工艺内容。铜精矿产生的干燥性烟气，粉尘处理选择2级布袋收尘装置，将有效回收的粉尘输送至精矿存储室，用作铜精矿的配料。冰铜粒化烟气在开展净化处理时，洗涤压滤获得滤饼，滤饼以冰铜为主要成分，将其直接送至冰铜存储区域，作为冰铜配料。冰铜干燥烟气在经由2级布袋收尘装置时，有效回收的粉尘，其作为冰铜粉的干燥形式，可将其直接输送至干冰铜存储仓室，用作吹炼炉物料。阳极炉内较高的烟气，烟气成分相似于炼炉烟尘，将其混合在吹炼炉的烟尘中，完成混合时，对其采取回炉处理[3]。

3.2 稀硫酸利用

双氧水在脱硫程序中，对二氧化硫具有一定吸收能力，继而产出稀硫酸物质，基于脱硫程序产生的烟气中含有较少杂质，由此产生的稀硫酸较为纯净，可用于硫酸干吸程序，替换补充水工序，获取质量上佳的硫酸成品。在生产程序中，借助稀酸排放量的科学控制，加强稀硫酸浓度的控制效果，一般情况下，稀硫酸w（H2SO4）的浓度应不小于40%。然而，稀酸浓度较高时，引起尾气酸雾浓度的相应增加。为此，应从尾气排放指标为切入点，加以程序优化，冰铜粒化与阳极炉两个工艺产生的烟气，开展脱硫处理时，应将稀硫酸w（H2SO4）的浓度控制在15%范围内，制酸尾气中开展的脱硫程序，其稀硫酸w（H2SO4）的浓度应保持在5%范围内。依据生产标准，双氧水脱硫工艺稀硫酸的生产能力为每天150吨，制酸质量符合工业硫酸的生产标准。

3.3 废水处理

（1）冰铜粒化烟气，成分结构中水蒸气占比较大，在动力波洗涤环境中，造成大部分水蒸气凝结成液态水。系统内液态水处于丰盈状态，应采取废水外排措施。此类废水排出时经由气体冷却塔，固体占比含量较小，应输送至冰铜粒化系统实行重复利用。

（2）阳极炉烟气在完成除尘操作时，烟尘颗粒占比趋近于0，然而，烟气中含有部分氧化物，以钠、钾等元素为主。此类氧化物在洗涤程序中，与循环液发生相互溶解，溶解后形成了硫酸盐溶液。在生产程序沉淀的积累过程中，循环液中产生的硫酸盐逐渐增加，引起硫酸盐浓度的上升，应定期采取循环液置换操作，维持循环液含量的平衡性。经计算获知：此种循环液废水应采取每天外排6吨。此类含有较高浓度盐的废水，应采取污酸集中综合型处理工序。

4 结论

从技术层面上看，超低排放技术十分可行，不同的排放标准和锅炉样式所用的技术路线也不相同。烟气超低排放可带来巨大的环境效益和社会效益，与常规烟气治理手段相比，其高效的脱除能力，对大气污染物减排和环境空气质量改善有这深远的意义。综上所述，关于铜冶炼工艺处理烟气的流程中，处理效率高的流程较少，可借鉴的工艺资源有限，针对阳极炉产出烟气的处理工艺中，面临诸多阻碍。经多方脱销工艺的深入探索，结合烟气的化学性质，开展多角度分析，最终确定了脱销工艺，臭氧氧化工艺流程，具有脱销效果好、操作便利等应用优势，便于融合于铜冶炼生产环节，发挥其环保功效。