铜冶炼废气超低排放治理

卓俭进

摘要：中原黄金冶炼厂铜冶炼废气量大、成分复杂、波动大，极端条件下会出现环保指标异常，即颗粒物、SO 2浓度超标，不符合日益严格的环保要求。针对铜冶炼废气特点、废气治理工艺及现状，通过增加碱液喷淋塔、电除雾器、塔电一体化高效组合塔等环保设备，对环保烟气进一步脱硫、除尘，处理后环保尾气排放浓度颗粒物<10 mg/m3，SO 2 <50 mg/m3，满足河南省超低排放标准要求，每年可节约环保税90余万元，并可回收烟气中有价矿尘，环保效益和经济效益显著。

关键词：铜冶炼废气;环集烟气;制酸尾气;超低排放;碱液喷淋塔;电除雾器

中图分类号：X756文献标志码：A开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

文章编号：1001-1277（2021）07-0086-03doi：10.11792/hj20210718

引 言

近年来，随着大气污染问题日趋严重，国家对大气污染物排放要求日益严格，各省市和地区都将大气污染防治工作作为重要的民生工程，政府也在不断推出环保法令与新的排放标准，对企业的环保主体责任提出了更为严格的要求，环境行政处罚力度也在不断强化，迫使企业加大环保投入，降低排放标准。河南省为强化工业污染治理，实施工业炉窑深度治理，出台了《河南省2019年工业炉窑污染治理方案》，有色冶炼企业于2019年底前完成提标治理，工业烟气中颗粒物、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于10 mg/m3、50 mg/m3、100 mg/m3。

河南中原黄金冶炼厂有限责任公司（下称“中原黄金冶炼厂”）积极响应国家环保政策，先后加大环保设施升级改造力度，以制酸环集烟气和制酸尾气为研究对象，进行脱硫除尘超低排放改造，开创性采用离子液脱硫与电除雾法相结合技术、碱液喷淋塔和电除雾器组合塔电一体技术，对铜冶炼废气进行深度治理，处理后环保尾气满足河南省超低排放标准要求，并顺利实现工业化应用。

1 铜冶炼废气特点

中原黄金冶炼厂为国内大型铜冶炼企业，采用中国自主研发的具有世界先进水平的富氧底吹造锍捕金技术，年处理混合金铜矿150万t，年产黄金36 t，白银300 t，电解铜35万t，硫酸130万t。在铜冶炼过程中，会产生大量冶炼废气。 其特点为：①烟气量大，成分复杂。铜冶炼废气中含有二氧化硫、颗粒物、氮氧化物、硫酸雾、重金属及其化合物等，危害严重。排放的颗粒物中砷、锌、汞、铅等重金属及其化合物占比较大[1]，因此控制颗粒物排放浓度的同时也有效避免了烟气所造成的重金属污染。②烟气成分波动大。在实际生产过程中，由于底吹熔炼炉和吹炼炉生产控制及检修周期不一致，烟气量会出现大幅波动，烟气成分及相关指标随之变化。例如：底吹熔炼炉放铜作业、系统开停车期间，烟气量变化达1倍，SO 2 浓度变化高达几十倍，烟气温度高，含尘量大。

2 銅冶炼废气治理

中原黄金冶炼厂制酸车间设1套烟气制酸系统和1套环集烟气脱硫系统。其中，烟气制酸系统主要负责处理熔炼车间冶炼过程中产生的高浓度SO 2烟气，处理量约20万m3/h，SO 2浓度约为20 %，硫酸（100 %H 2SO 4）生产规模为130万t/a。烟气净化采用动力波稀酸洗涤、绝热蒸发、稀酸冷却移热工艺;干燥和吸收采用一级干燥、两级吸收、循环酸泵后冷却、HRS低温位热回收工艺;转化采用美国孟莫克高浓度烟气预转化、“3+2”五层转化及“Ⅲ-Ⅰ-Ⅴ-Ⅱ”换热工艺;制酸尾气采用离子液脱硫工艺。

环集烟气脱硫系统主要负责处理熔炼、吹炼过程中的环境排烟、铜锍粒化过程的排烟和精炼过程产生的烟气，兼顾处理事故排烟和开车烘炉过程中产生的低硫烟气。环集烟气同样采用动力波洗涤除尘+离子液吸附、再生脱硫技术处理，处理量约为45万m3/h，SO 2浓度1 500～2 500 mg/m3，颗粒物浓度80～150 mg/m3，环集烟气与制酸尾气共用1个高150 m的环保烟囱排放废气，同时还共用1套脱附再生系统，产生的高浓度SO 2气体返回制酸系统。工艺流程见图1。

目前，中原黄金冶炼厂环保烟囱废气排放浓度分别为颗粒物15～20 mg/m3，SO 2 60 mg/m3（均值），NO x<100 mg/m3。其中，颗粒物及SO 2排放浓度不满足铜冶炼废气超低排放要求。

2021年第7期/第42卷  安全与环保安全与环保  黄 金

为确保尾气达标排放，中原黄金冶炼厂制定了更加严格的环保指标管控体系，要求环保尾气排放浓度小时均值及瞬时值均符合超低排放标准要求。但是，在实际生产中，铜冶炼废气治理过程管控面临诸多问题，如环集烟气在底吹放铜或阳极炉氧化、还原等周期性生产作业过程中，以及重点设备突发故障、关键工艺指标异常时，均会导致烟气中颗粒物、SO 2浓度超标，极端条件下会导致烟气排放连续监测系统瞬时指标爆表现象。因此，为满足日益严格的环保要求，有必要对制酸尾气及环集烟气进行超低排放治理，并实现资源化利用。

3 铜冶炼废气超低排放治理

3.1 除 尘

除尘技术比较成熟且取得工业化应用的工艺有湿法除尘（动力波洗涤+电除雾器）、干法除尘[2]（袋式收尘/电除尘器）、干湿法除尘（袋式收尘+动力波洗涤）等。中原黄金冶炼厂粉尘指标较高，这主要是由铜锍粒化造成的，且环集烟气量较大，不宜采用洗涤法、布袋收尘法处理。因此，根据环集烟气实际情况，采用电除雾法进行处理。

3.2 脱 硫

国内脱硫工艺[3]普遍采用的方法包括石灰/石灰石（电石渣）-石膏法、钠碱法、双碱法、活性焦吸附法、氨法、有机溶液循环吸收脱硫法等。其中，钠碱脱硫工艺具有流程简单、占地面积小、脱硫效率高、吸收能力大、吸收剂用量小等优点，且企业周边有液碱生产供应商，满足生产需求。

3.3 超低排放治理改造

结合中原黄金冶炼厂生产实际情况，对现有环保生产设施进行铜冶炼废气超低排放治理改造。在烟气制酸系统末端增加1套塔电一体化高效组合塔（电除雾器+碱液喷淋装置）脱硫除尘装置;在环集烟气脱硫系统末端增加1套钠碱法脱硫装置及2台电除雾器装置;新增装置的脱硫率>95 %，除尘率>90 %，脱硫除尘处理后的环保尾气经环保烟囱排放。碱液喷淋装置可根据需要在环保指标异常时间断性或连续性运行。改造后工艺流程见图2。

3.4 应用效果

1）实现了铜冶炼废气的深度治理。环保尾气颗粒物排放浓度由17.48 mg/m3降至2.42 mg/m3，SO 2排放浓度由61.52 mg/m3降至29.93 mg/m3，NO x排放浓度<100 mg/m3，满足河南省超低排放标准要求。超低排放环保尾气指标见表1。

2）环保尾气超低达标排放每年可节约环保税94.37万元，具有很好的环保效益和经济效益。根据中原黄金冶炼厂2018年环保税纳税统计，铜冶炼废气排放量每月平均为40 796.88×104m3，以此为基数进行核算。其中，SO 2节约环保税78.14万元，粉尘节约环保税16.23万元。

3）回收有价矿尘，提高了资源回收率。铜冶炼废气经电除雾器处理后，每年可回收有价尘泥100～200 t，其重返系统参与配料，进行资源回收再利用。有价尘泥元素分析结果见表2。

4）系统开车率提高，确保生产连续稳定。在生产过程中，环保尾气指标一旦出现异常，会触发红色预警，启动环保应急预案响应，必要时需要熔炼-制酸系统停车处理，严重制约系统开车率。铜冶炼废气超低排放治理改造的实施，既保证了尾气达标排放，又保证了系统生产平稳，减少了环保响应停车处理频次，系统开车率得到有效保障。

4 结 论

1）中原黄金冶炼厂在现有环保设施基础上进行了铜冶炼废气超低排放治理改造，通过对制酸尾气增加塔电一体化高效组合塔、環集烟气增加碱液喷淋塔+电除雾器等环保设备，对铜冶炼废气进一步脱硫、除尘，实现了废气的深度治理，处理后环保尾气排放浓度颗粒物<10 mg/m3，SO 2<50 mg/m3，满足河南省超低排放标准要求。

2）中原黄金冶炼厂铜冶炼废气超低排放治理的实施，每年可节约环保税94.37万元，同时实现回收有价矿尘100～200 t，环保效益和经济效益显著，具有很好的推广应用价值。

[参 考 文 献]

[1] 明扬，黄羽飞.我国铜冶炼废气治理技术研究[J].农业与技术，2015，35（18）：230-231.

[2] 赵娜，尤翔宇.干式除尘技术在国内有色冶炼行业的应用及发展趋势[J].有色金属科学与工程，2018，9（2）：96-102.

[3] 武春锦，吕武华，梅毅，等.湿法烟气脱硫技术及运行经济性分析[J].化工进展，2015，34（12）：4 368-4 374.

Ultra-low emission treatment of copper smelting flue gas

Zhuo Jianjin1，2

（1.Henan Zhongyuan Gold Smelter LLC.;

2.Henan Key Laboratory of Comprehensive Utilization of Gold Resources）

Abstract：A large amount of flue gas is generated in the copper smelting process in Zhongyuan Gold Smelter.The quantity of the flue gas is large，the composition is complex and varying，and in some extreme occasions，the environmental index goes wrong and the concentration of PM and SO 2 exceeds standards against the increasingly rigid environmental protection requirement.According to the characteristics，treatment processes and status quo of copper smelting flue gas，the environmental flue gas is further desulfurized，dedusted by introducing environmental equipment such as liquid caustic soda spray tower，electric demister，tower electricity integration.The treated environmental flue gas emission concentration is PM<10 mg/m3，SO 2<50 mg/m3，meeting the ultra-low emission standard of Henan Province.The treatment process can save over 0.9 million yuan environmental tax annually，and can recover valuable dust and mud from the flue gas，achieving outstanding environmental and economic benefits.

Keywords：copper smelting flue gas;environment set smoke;acid-making tail gas;ultra-low emission;spray tower;electric demister