盧海川

(廣西華錫集團(tuán)股份有限公司銅坑礦， 廣西 河池市 547207)

地下礦山二氧化硫煙氣的治理

盧海川

(廣西華錫集團(tuán)股份有限公司銅坑礦， 廣西 河池市 547207)

為了保證銅坑礦細(xì)脈帶塌陷區(qū)下部礦體正常回采的同時(shí)治理塌陷區(qū)的SO2煙氣，利用Na2CO3與SO2煙氣的吸收反應(yīng)，采用以Na2CO3為中和反應(yīng)劑的堿液噴淋系統(tǒng)對(duì)598 m水平SO2煙氣源頭進(jìn)行治理，系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)易、操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行效果較好，實(shí)現(xiàn)了礦井污風(fēng)的環(huán)保外排。

地下礦山；碳酸鈉；二氧化硫；中和反應(yīng)；堿液噴淋

SO2是一種有刺激性氣味的酸性氣體，易溶于水。被吸入人體后，會(huì)刺激呼吸道粘膜，吸入量超過一定量時(shí)，會(huì)對(duì)身體各器官造成嚴(yán)重傷害，危及生命。SO2大量排入大氣中，還會(huì)對(duì)植物、生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生很大危害。SO2溶于水后，隨降雨落下，使植物表皮受損、枯焦甚至死亡；使土壤肥力下降，導(dǎo)致河流、湖泊中的生物死亡[2-3]。

銅坑礦細(xì)脈帶礦體含硫高，采用崩落法回采完成后易發(fā)生自燃，形成冒煙的地表塌陷區(qū)[1]。近年來對(duì)細(xì)脈帶下部礦體進(jìn)行回采，使得細(xì)脈帶塌陷區(qū)發(fā)生松動(dòng)，供氧量增加，礦石自燃加劇，SO2煙氣又大量產(chǎn)生。SO2煙氣的源頭在598 m水平，經(jīng)由2#風(fēng)井排出地面，部分由塌陷坑地表冒出。在回采下部礦體的同時(shí)，必須采取有效措施對(duì)SO2煙氣進(jìn)行治理。

1 SO2煙氣的治理原理

有多種方法可以達(dá)到SO2煙氣脫硫的目的。廣泛采用的方法是石灰/石灰石法，利用其漿液對(duì)SO2煙氣進(jìn)行噴淋，使SO2變成易于沉淀的鈣鹽[4]。銅陵銅山銅礦采用這種方法，但這種方法實(shí)施的過程中易發(fā)生結(jié)垢和堵塞，且堿性物質(zhì)消耗大[5]。宋冀鵬提出了以Ca(OH)2為主要成分的干式脫硫法，運(yùn)行成本高，明顯不適合于礦山環(huán)境[6]。趙彩婷、付玉梅等人提出了多種方法，如氫氧化鈉或亞硫酸鈉吸收法、堿式氧化鋁法、氨法煙氣濕法脫硫技術(shù)和海水濕法脫硫等[7-8]。

綜合考慮礦山的生產(chǎn)實(shí)際情況，使用的治理原理應(yīng)該簡(jiǎn)單易行，技術(shù)成熟，適用于礦山環(huán)境。因此采用石灰/石灰石法較好，但為了避免其易發(fā)生結(jié)垢和堵塞的缺點(diǎn)，決定改用碳酸鈉水溶液進(jìn)行噴淋。吸收反應(yīng)方程為：

Na2CO3+SO2→Na2SO3+CO2

2Na2SO3+ O2→2Na2SO4

Na2CO3與SO2反應(yīng)生成Na2SO3，Na2SO3又與空氣中的氧氣反應(yīng)生成無害的Na2SO4溶液，最終實(shí)現(xiàn)SO2煙氣脫硫的目的，同時(shí)又不產(chǎn)生二次污染物。

2 治理方案設(shè)計(jì)與實(shí)施

塌陷坑溢出的SO2煙氣通過地表取土覆蓋及噴灑石灰水可以達(dá)到環(huán)保治理的目的。井下598m水平溢出的SO2煙氣需要通過碳酸鈉水溶液噴淋系統(tǒng)進(jìn)行治理。598 m水平平面及SO2煙氣流向見圖1。近年來細(xì)脈帶礦體底部礦體回采出礦，細(xì)脈帶塌陷區(qū)松動(dòng)，598 m水平采區(qū)的各出口密閉墻必須打開，否則SO2煙氣從塌陷區(qū)地表大量溢出，更難治理?，F(xiàn)SO2煙氣由各溢出渠道匯集，進(jìn)入細(xì)脈帶回風(fēng)系統(tǒng)，從2#風(fēng)井排出。2#風(fēng)井井口設(shè)置的堿液噴淋系統(tǒng)，在堿液噴淋時(shí)，成霧效果差，堿液與SO2反應(yīng)時(shí)間較短，凈化SO2效果不佳。因此，決定于598水平對(duì)SO2溢出源頭進(jìn)行堿液噴淋吸收處理，以凈化SO2煙氣。

2.1 設(shè)計(jì)原則

充分利用銅坑礦井下現(xiàn)有巷道、管路、供電等設(shè)施，噴淋系統(tǒng)簡(jiǎn)易、操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行效果好，便于安全的運(yùn)行與維護(hù)。

2.2 參數(shù)計(jì)算

根據(jù)2#風(fēng)井檢測(cè)，高峰期SO2總排出量為13.05 g/s，設(shè)計(jì)井下對(duì)主要溢出口最大處理量為7 g/s。

中和用堿量：NaCO3=106×7/64=11.6 g/s，即每小時(shí)用量為41.76 kg/h。

用水量：估算大約17 m3/h。

圖1 598 m水平

2.3 工程布置及運(yùn)行

配堿工程布置見圖2。

圖2 配堿工程布置

(1) 于598 m水平廢變電硐室布置容量為10 m3、24 m3高度為1 m的配藥池與抽水池，相互間隔墻高度為0.8 m且設(shè)置寬度為0.3 m的水閘，閘口設(shè)置濾網(wǎng)。池上敷設(shè)網(wǎng)狀防護(hù)平臺(tái)。抽水池設(shè)置寬度為1.1 m的閘門，便于后期對(duì)池子進(jìn)行清理。

(2) 配藥池安裝電動(dòng)攪拌裝置，攪拌葉為耐酸堿材質(zhì)。

(3) 抽水池底部布置兩個(gè)水泵抽水口，連接兩臺(tái)水泵，其中一臺(tái)為備用，水泵選用耐堿腐蝕材質(zhì)。要求水泵流量20 m3/h，抽至碳化硅微細(xì)霧化噴頭水壓滿足0.5 MPa以上。

噴淋工程布置見圖3。

圖3 噴淋工程布置

(1) 安裝3層霧墻，間隔1 m。

(2) 1#霧墻設(shè)置2根噴淋管，分別距地1 m和3 m，每根噴淋管安裝6個(gè)噴距1 m的微細(xì)霧化噴嘴，3個(gè)朝下3個(gè)朝上，間隔0.9 m交錯(cuò)布置；2#霧墻設(shè)置1根噴淋管距地2 m，安裝6個(gè)噴嘴，3個(gè)朝上3個(gè)朝下，間隔1 m交錯(cuò)布置；3#霧墻設(shè)置2根噴淋管，分別距地1 m和3 m，每根噴淋管安裝7個(gè)噴嘴，4個(gè)朝上，3個(gè)朝下，間隔0.9 m交錯(cuò)布置。

(3) 3層霧墻設(shè)置獨(dú)立開關(guān)，根據(jù)SO2濃度調(diào)節(jié)噴淋強(qiáng)度與噴淋時(shí)間，噴淋時(shí)間為2～5 h。

(4) 霧墻后端設(shè)置尼龍網(wǎng)，用木塞固定于墻洞中，用于將空氣中的堿液掛于網(wǎng)格中，與穿過的污風(fēng)再次進(jìn)行中和反應(yīng)。

(5) 噴淋管前端插入預(yù)先施工好的0.3 m巖孔中，后端架設(shè)于鋼塑復(fù)合管橫梁上。

系統(tǒng)于2#風(fēng)井口安裝SO2檢測(cè)器，并連接地面監(jiān)控中心。SO2超過檢測(cè)器設(shè)定濃度后，開啟噴淋系統(tǒng)。根據(jù)噴淋時(shí)間，將適量堿藥投入配藥池中，經(jīng)攪拌后，溢入抽水池，配藥完成后打開水閘，使配藥池中堿液利用完全。開啟水泵開關(guān)，將堿液壓入噴淋管進(jìn)行SO2煙氣的吸收噴淋。噴淋結(jié)束后，通過抽水池中浮球液位開關(guān)自動(dòng)停止水泵工作。吸收后的次生堿液自流入3#通風(fēng)排水井，中和沿途酸性水流。

2.4 治理效果

(1) 通過在598 m水平SO2煙氣源頭建設(shè)碳酸鈉堿液噴淋系統(tǒng)，大大降低了到達(dá)2#風(fēng)井污風(fēng)中的SO2濃度，再經(jīng)2#風(fēng)井處堿液噴淋系統(tǒng)的二次處理，實(shí)現(xiàn)了礦井污風(fēng)的環(huán)保外排，保障了風(fēng)井周邊居民的正常生活。

(2) 次生堿液往下部流動(dòng)時(shí)，可中和598 m水平以下各中段的酸性水，降低其腐蝕危害。

(3) 由于到達(dá)2#風(fēng)井污風(fēng)中SO2的濃度大大降低，2#風(fēng)井28#風(fēng)機(jī)扇葉得到了較好的保護(hù)，有效地延長(zhǎng)了扇葉更換的周期。

(4) 由于選用了碳酸鈉作為SO2中和反應(yīng)劑，有效減少了因結(jié)垢堵塞而產(chǎn)生的系統(tǒng)暫停與維修的次數(shù)與成本。

3 結(jié) 論

以Na2CO3為中和反應(yīng)劑的堿液噴淋系統(tǒng)較好地治理了銅坑礦細(xì)脈帶塌陷區(qū)的SO2煙氣，實(shí)現(xiàn)了礦井污風(fēng)的環(huán)保外排。該噴淋系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)易、操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行效果較好，證明其在地下礦山有良好的適用性。

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2017-07-25)