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銅火法冶金含重金屬廢氣控制技術(shù)研究

文檔作者：陳謙文檔來源：北京礦冶研究總院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年04月11日
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2013年第9期 有色金屬(冶煉部分)(http：／／ysy1．bgrimm．cn) · 67 ·
doi：10．3969／j．issn．1007—7545．2013．09．018
銅火法冶金含重金屬廢氣控制技術(shù)研究
陳謙
(北京礦冶研究總院，北京100160)
摘要：針對銅火法冶煉生產(chǎn)過程中含重金屬污染物的煙氣排放產(chǎn)生工序多、重金屬類別多等特點(diǎn)，就行
業(yè)含重金屬廢氣控制技術(shù)的現(xiàn)狀、存在問題進(jìn)行歸納總結(jié)，并提出相應(yīng)的監(jiān)測方案與建議。
關(guān)鍵詞：環(huán)境工程；銅火法冶金；含重金屬廢氣；控制技術(shù)
中圖分類號：X758：TF811 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1007—7545(2013)09—0067—04
Control Technology of Heavy M etals Bearing W aste Gas in
Copper Pyrometallurgy
CHEN Qian
(Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy，Beijing 10016O，China)
Abstract：Complex waste gas emission processes and production of a large category of heavy metals are the
major problems in cooper pyrometallurgy．To address the above situation，the status and existing prob—
lems of control technology of heavy metals bearing waste gas in copper pyrometallurgy industry were sum—
marized and the corresponding monitoring scheme and suggestions were proposed．
Key words：environmental engineering； copper pyrom etallurgy； heavy m etal bearing waste gas； control
technology
隨著我國銅行業(yè)的快速發(fā)展，銅冶煉行業(yè)的重
金屬污染防治也成為可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展的重要任務(wù)。
本文結(jié)合我們對銅火法冶煉企業(yè)重金屬污染物現(xiàn)場
調(diào)研和污染物產(chǎn)排量分析研究成果_1 ]，針對銅火法
冶煉生產(chǎn)過程中含重金屬污染物的煙氣排放產(chǎn)生工
序多、重金屬類別多等特點(diǎn)，總結(jié)歸納了行業(yè)含重金
屬廢氣控制技術(shù)的現(xiàn)狀、存在的問題，并提出相應(yīng)的
監(jiān)管方案與建議。
1 銅火法冶金含重金屬廢氣產(chǎn)生情況
銅礦物原料的冶煉方法可分火法冶金與濕法冶
金。目前世界上的精銅8O 是用火法冶金生產(chǎn)的。
火法煉銅工藝(主要包括閃速熔煉工藝、熔池熔煉工
藝、鼓風(fēng)熔煉工藝)即以硫化銅礦為原料，經(jīng)過備料
收稿日期：2013—06—09
基金項(xiàng)目：環(huán)保部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201009037)
作者簡介：陳謙(1972一)，女，北京市人，高級工程師．
(或干燥)、熔煉、吹煉、火法精煉、電解精煉等工序，
最終產(chǎn)品為電解銅。在整個(gè)生產(chǎn)過程中，會(huì)產(chǎn)生大
量的工藝廢氣，其主要廢氣產(chǎn)生節(jié)點(diǎn)及污染物構(gòu)成
見表1。
由表1可知，銅火法冶煉過程中，原料輸送與配
制、熔煉、吹煉以及陽極爐精煉等工藝環(huán)節(jié)都會(huì)不同
程度地產(chǎn)生并排放含重金屬的煙氣、粉塵，排放方式
包括有組織與無組織兩類[1-z3。
其中銅精礦運(yùn)輸貯存、配料、轉(zhuǎn)運(yùn)、精礦干燥(采
用閃速熔煉工藝)后的干礦倉等工藝環(huán)節(jié)將產(chǎn)生陣
發(fā)性粉塵，而蒸汽干燥機(jī)亦會(huì)排出高含塵煙氣，含有
Cu、Pb、As、Hg、Cd等重金屬元素，其賦存形態(tài)未經(jīng)
高溫熔煉而發(fā)生化學(xué)變化；熔煉、吹煉工藝由于該工
藝段煙氣溫度高，含塵量大，重金屬(Pb、As、Hg等)
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中易揮發(fā)的進(jìn)入爐氣，被氧化的會(huì)沉積到收塵器中；
熔煉、吹煉煙氣經(jīng)收塵處理后因其含有的SO 濃度
較高，會(huì)進(jìn)人煙氣制酸工序，因前期處理和制酸工序
中對煙塵的進(jìn)一步處理，制酸尾氣中幾乎不含有攜
帶銅、砷、鉛、鎘的重金屬煙塵，但含有氣態(tài)的汞。
表1 銅火法冶煉過程主要廢氣產(chǎn)生節(jié)點(diǎn)及污染物
Table 1 Process spot generating waste gas and correspondent pollutant in copper pyrometallurgy
2 銅火法冶金含重金屬廢氣治理技術(shù)
現(xiàn)狀
針對上述含重金屬煙粉塵的廢氣，目前國內(nèi)銅
冶煉企業(yè)在生產(chǎn)實(shí)踐中已有使用技術(shù)相對成熟可
靠、治理效果顯著的工藝和技術(shù)。
2．1 有組織廢氣治理技術(shù)
2．1．1 干燥煙氣
干燥收塵可采用袋式收塵器或電收塵器。對于
載流干燥煙氣收塵，由于煙氣中含塵量較大，須在電
收塵器前增加沉塵室和旋風(fēng)收塵器。收塵后煙氣含
塵濃度一般小于50 mg／m。，各種干燥煙氣收塵工序
如下：1)氣流干燥煙氣一沉降斗一旋風(fēng)收塵一排風(fēng)
機(jī)一布袋收塵或電收塵器一排氣筒排空；2)蒸汽干
燥機(jī)出口煙氣 布袋收塵器一干燥排風(fēng)機(jī)?排氣筒
排空；3)冰銅磨出口煙氣一沉灰筒布袋收塵器
冰銅磨排風(fēng)機(jī)一排氣筒排空。
2．1．2 熔煉煙氣
熔煉爐煙氣先經(jīng)余熱鍋爐降溫并收下部分煙塵
后進(jìn)入收塵系統(tǒng)。一般采用電收塵器，收下的煙塵
采用氣力輸送的方式返回配料，收塵后的煙氣送硫
酸廠制酸，送硫酸廠煙氣含塵量宜低于500 mg／m。。
2．1．3 吹煉煙氣
吹煉煙氣一般設(shè)余熱鍋爐降溫并回收余熱。
當(dāng)不需要回收余熱時(shí)，也可采用噴霧冷卻器降溫。
收塵設(shè)備采用電收塵器，收下的煙塵采用氣力輸
送返回配料，噴霧冷卻器收下的塊狀煙塵不宜直
接采用氣力輸送的方式輸送。收塵后的煙氣送硫
酸廠制酸，送硫酸廠煙氣含塵量宜低于500
mg／m。。
2．1．4 電爐貧化煙氣
電爐貧化煙氣量較小，一般不進(jìn)行余熱回收。
煙氣首先采用水套煙道冷卻，將煙氣溫度降至350
℃ 左右，之后進(jìn)入電收塵器收塵，收下的煙塵采用氣
力輸送的方式返回配料，收塵后的煙氣送硫酸廠制
酸或送脫硫系統(tǒng)，送硫酸廠(脫硫)煙氣含塵量宜低
于200 mg／m。。
2．1．5 精煉煙氣
精煉煙氣先經(jīng)過余熱鍋爐和板式煙氣換熱器后
溫度降至380℃左右，再通過冷卻煙道將溫度降到
150℃左右，然后煙氣通入袋式除塵器或電收塵器
凈化，凈化后的煙氣通過煙囪排放。收塵器收下的
煙塵返配料。
綜上所述，目前銅冶煉廠有組織含重金屬煙
(粉)塵廢氣主要采用電收塵、布袋收塵的治理方式，
收塵設(shè)備多設(shè)在工藝爐窯后或余熱鍋爐后。該過程
既是污染治理過程，也是生產(chǎn)過程，因?yàn)榇祟惡亟?
屬元素的煙塵是重要的二次資源，甚至是生產(chǎn)丁藝
過程的重要中間產(chǎn)品，可返回生產(chǎn)形成物料的閉路
循環(huán)或者作為產(chǎn)品出售。
2．2 無組織廢氣治理技術(shù)[1
目前，為了預(yù)防銅火法冶煉過程中的煙塵和煙
氣泄漏，通常在工藝、爐體、收塵設(shè)備、管道進(jìn)行設(shè)計(jì)
時(shí)已經(jīng)采用了各種密閉措施，但在實(shí)際生產(chǎn)操作過
程中，仍不可避免地會(huì)有含S0。及重金屬煙(粉)塵
的氣體從各種爐子的熔體放出點(diǎn)和其它設(shè)備中泄漏
出來，惡化勞動(dòng)條件和周圍環(huán)境，一旦逸散，這種開
放性塵源還將造成大氣環(huán)境污染，甚至危及到周邊
生態(tài)環(huán)境和居民健康。因此，需要在各煙氣泄漏點(diǎn)
設(shè)置各種類型的集氣罩(排煙罩)、同時(shí)對罩內(nèi)抽風(fēng)
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并形成負(fù)壓使煙氣不至對外擴(kuò)散。目前，很多大型
銅冶煉廠大都采用煙氣環(huán)集系統(tǒng)_4](集氣罩和管道)
將泄漏的煙氣集中后通過高空煙囪排放。在不同l丁
藝的不同生產(chǎn)周期，通過設(shè)備控制臺遙控的電動(dòng)閥
來調(diào)節(jié)各排煙點(diǎn)需要抽風(fēng)的排煙罩，調(diào)節(jié)排煙風(fēng)機(jī)
的轉(zhuǎn)速，在確保完全排除泄漏煙氣的前提下，還可以
達(dá)到節(jié)能的目的。常規(guī)環(huán)集煙氣系統(tǒng)的設(shè)置如下：
將熔煉爐銅锍出口逸散氣和陽極爐爐頂逸散氣，以
及沉降電爐銅锍出口、出渣口、包子箱、渣溜槽逸散
的煙氣通過集氣罩收集后送環(huán)集煙氣處理系統(tǒng)(如
濕法脫硫)處理后，通過環(huán)保煙囪排放；而轉(zhuǎn)爐進(jìn)料
口、爐前、爐頂逸散氣通過集氣罩收集后送環(huán)集煙氣
處理系統(tǒng)(如石灰石一石膏濕法脫硫)處理后，最后
也通過環(huán)保煙囪排放。
因此，無組織廢氣治理的基本原則之一就是將
其盡可能收集成有組織廢氣，而后利用有組織源的
處理方式一一除塵器進(jìn)行治理。這其中的關(guān)鍵設(shè)備
就是針對無組織源的煙氣捕集裝置一一集氣罩。優(yōu)
良的集氣罩設(shè)計(jì)應(yīng)該做到以下幾點(diǎn)：1)應(yīng)盡量靠近
或包圍塵源，使粉塵發(fā)散控制在最小的范圍內(nèi)；2)應(yīng)
盡可能設(shè)置在含塵氣流的運(yùn)動(dòng)方向上；3)集氣罩吸
人的氣流不經(jīng)過操作人員的呼吸帶；4)集氣罩的設(shè)
置應(yīng)不妨礙工人的操作和設(shè)備檢修。
結(jié)合銅冶煉廠的設(shè)備特點(diǎn)，目前開發(fā)的集氣罩
有帶移動(dòng)上蓋的包子箱(適用于各熔煉爐、貧化電爐
經(jīng)溜槽向包子放銅時(shí)的煙氣捕集)、帶前電動(dòng)回轉(zhuǎn)煙
罩的雙重?zé)熣?適用于轉(zhuǎn)爐加料及吹煉時(shí)的逸散煙
氣捕集、精煉爐逸散煙氣的捕集)、帶電動(dòng)卷繞提升
上蓋的煙罩(適用于鑄渣機(jī)澆鑄過程中從渣包、流束
及鑄模上散發(fā)的逸散煙氣捕集)、電動(dòng)移動(dòng)式排煙罩
(適用于捕集包子涂層(掛渣)過程產(chǎn)生的煙氣)。
3 實(shí)例
某年產(chǎn)陰極銅4O萬t／a的大型銅冶煉企業(yè)，其
主要生產(chǎn)工藝為“銅精礦干燥一閃速熔煉一冰銅干
燥一閃速吹煉一回轉(zhuǎn)式陽極爐精煉一永久性不銹鋼
電解一兩轉(zhuǎn)兩吸制酸”。其主要的含重金屬煙氣治
理措施和治理效果見表2。
表2 某銅火法冶煉企業(yè)主要廢氣污染物治理措施及效果
Table 2 Treatment measures and results of main waste gas pollutant in a Copper Pyrometallurgy Plant
由表2可知，在生產(chǎn)設(shè)備和環(huán)保設(shè)備正常運(yùn)行
的情況下，該企業(yè)的含重金屬煙氣經(jīng)治理后完全能
夠滿足《銅鎳鉆工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 25467—
2010)限值的要求。
同期監(jiān)測的廠界無組織排放數(shù)據(jù)見表3。
表3 某銅火法冶煉企業(yè)廠界無組織
排放監(jiān)測數(shù)據(jù)(標(biāo)態(tài))
~lhble 3 Unorganized emissions monitoring data of
factory bound in a Copper Pyrometallurgy Plant
注：“L”表示低于檢出限，其前面的數(shù)值為該項(xiàng)目檢出限。
由表3可知，在生產(chǎn)設(shè)備和環(huán)保設(shè)備正常運(yùn)行
的情況下，該企業(yè)含重金屬的無組織廢氣也得到了
較好的控制，能夠?qū)崿F(xiàn)廠界濃度值達(dá)標(biāo)，對外界環(huán)境
影響很小。
4 存在問題與建議
1)依據(jù)我們對多家銅冶煉企業(yè)的現(xiàn)場監(jiān)測調(diào)
查，發(fā)現(xiàn)目前大型的銅冶煉企業(yè)對環(huán)保十分重視L5]，
污染治理設(shè)施的建設(shè)、運(yùn)行和管理也相對規(guī)范，但往
往是一些小的銅冶煉企業(yè)或是邊遠(yuǎn)地區(qū)的銅冶煉企
業(yè)僅考慮自身經(jīng)濟(jì)效益，存在環(huán)保設(shè)施建設(shè)不到位、
不能正常運(yùn)行的問題；故應(yīng)依據(jù)《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整目
錄》、《銅行業(yè)準(zhǔn)入條件》和工信部每年頒布的關(guān)于銅
冶煉淘汰落后產(chǎn)能具體企業(yè)名單等文件，加大對銅
冶煉產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)布局優(yōu)化力度，加強(qiáng)對落
后產(chǎn)能企業(yè)的淘汰和不規(guī)范企業(yè)的日常環(huán)保監(jiān)督與
· 7O · 有色金屬(冶煉部分)(http：／／ysy1．bgrimm．cn) 2013年第9期
監(jiān)管；
2)在我們調(diào)查的典型工業(yè)企業(yè)中，按照單位產(chǎn)
品廢氣排放量由小到大依次排序?yàn)殚W速熔煉+閃速
吹煉工藝、閃速熔煉+PS轉(zhuǎn)爐吹煉工藝、熔池熔連
+PS轉(zhuǎn)爐吹煉T藝l3 ；熔池熔煉煙氣制酸環(huán)節(jié)單位
產(chǎn)品排氣量較閃速熔煉工藝大，PS轉(zhuǎn)爐吹煉的環(huán)境
集煙單位產(chǎn)品排氣量也較閃速吹煉工藝大。因此，
對現(xiàn)有銅火法冶金的企業(yè)工藝改造和新建銅火法冶
金企業(yè)在具備一定建設(shè)規(guī)模時(shí)，從設(shè)計(jì)開始就應(yīng)優(yōu)
先推薦具有環(huán)保、節(jié)能特點(diǎn)的先進(jìn)工藝l6 ；
3)對諸多銅火法冶煉企業(yè)廢氣監(jiān)測的結(jié)果表
明，有組織廢氣排放源中環(huán)集煙氣煙氣量較大，通過
它排放的重點(diǎn)關(guān)注的幾種重金屬元素總量占到企業(yè)
廢氣排放總量的85 以上，而其監(jiān)測的鉛、砷排放
濃度有時(shí)達(dá)到幾毫克／立方米，不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，故應(yīng)
增加并開發(fā)適合環(huán)集煙氣末端重金屬污染物控制的
措施，以確保其穩(wěn)定達(dá)標(biāo)；同時(shí)檢測的陽極爐煙氣中
鉛、砷也有超標(biāo)現(xiàn)象，對該工序沒有相應(yīng)除塵設(shè)施的
企業(yè)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況增加適當(dāng)?shù)哪┒酥卫碓O(shè)施；
4)在對銅火法冶煉企業(yè)廢氣監(jiān)測的重金屬元素
分析過程中，發(fā)現(xiàn)急需開發(fā)適合銅冶煉煙氣特點(diǎn)的
在線監(jiān)測采樣設(shè)備，同時(shí)基于煙道稀釋采樣和除塵
器下載灰采樣收集的煙塵成分二者存在差異，說明
重金屬元素可能會(huì)隨微細(xì)煙塵排放到大氣環(huán)境中，
故急需開發(fā)協(xié)同控制PM。． 細(xì)顆粒物及重金屬元素
的高效除塵設(shè)施的技術(shù)與工藝，以進(jìn)一步提高銅冶
煉行業(yè)工業(yè)爐窯中含重金屬微細(xì)煙塵的去除效率。
4 結(jié)論
銅火法冶煉企業(yè)除加強(qiáng)現(xiàn)有控制手段外，從設(shè)
計(jì)階段應(yīng)優(yōu)先推薦選擇具有環(huán)保、節(jié)能特點(diǎn)的先進(jìn)
工藝；還應(yīng)增加并開發(fā)適合環(huán)集煙氣末端重金屬污
染物控制的措施、開發(fā)適合銅冶煉煙氣特點(diǎn)的在線
監(jiān)測采樣設(shè)備、以及開發(fā)協(xié)同控制PM ． 細(xì)顆粒物
及重金屬元素的高效除塵設(shè)施的技術(shù)與工藝。
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