摘要：為了解銅冶煉廠生產(chǎn)車間環(huán)境空氣的污染特征，以某銅冶煉廠生產(chǎn)車間為例，分析了其大氣污染物的排放特征、不同車間空氣污染物的濃度分布及變化趨勢，并提出了相應的防治對策。監(jiān)測結果表明：銅冶煉三期工程竣工環(huán)保驗收時對二氧化硫無組織排放量最大的三個車間分別為熔煉車間、陽極泥處理車間和亞砷酸車間，對重金屬無組織排放量最大的兩個車間分別為亞砷酸生產(chǎn)車間和硫酸車間，由此，提出了閃速爐、轉爐煙氣環(huán)保措施；卡爾多爐（處理雜銅）煙氣治理；陽極爐煙氣治理措施；陽極泥處理車間煙氣治理措施，以期能夠更好地提升車間環(huán)境空氣污染防治的整體效果。

關鍵詞：銅冶煉廠；車間環(huán)境；空氣污染；排放特征；防治對策

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國環(huán)境空氣質量持續(xù)改善，但大氣污染問題依然存在。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，工業(yè)生產(chǎn)設備運行所排放的廢氣是大氣污染的主要來源之一，如煉銅、煉鉛、煉鋅、煉汞、煉砷等生產(chǎn)過程所產(chǎn)生的廢氣，這些廢氣具有污染物種類多、排放量大、影響范圍廣等特點，對大氣環(huán)境質量產(chǎn)生較大影響。因此，為了改善生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大氣污染物對環(huán)境的污染影響，企業(yè)有必要對其進行研究和分析，掌握生產(chǎn)過程中空氣污染物的排放特征和變化規(guī)律，為大氣污染物監(jiān)測與評價工作提供理論依據(jù)，也為企業(yè)制定大氣污染防治措施提供參考。

1某銅冶煉廠車間環(huán)境空氣污染特征研究

以下將針對各種污染物主要分布情況進行分析，分析結果見表1。

從下表可以得出，銅精礦是生產(chǎn)過程中主要的原料，銅、鉛、鎘產(chǎn)生于熔煉車間的煙氣中，砷、二氧化硫產(chǎn)生于陽極泥處理車間，砷化氫、二氧化硫產(chǎn)生于亞砷酸生產(chǎn)車間。因此，銅冶煉過程中污染物主要產(chǎn)生于熔煉車間、陽極泥處理車間、亞砷酸生產(chǎn)車間。

根據(jù)銅冶煉工藝過程分析，在銅精礦進入熔煉車間的冶煉過程中，由于銅精礦中的雜質含量較高，在冶煉過程中易形成煙塵；陽極泥處理車間主要是因為銅精礦在陽極泥處理過程中形成大量粉塵；亞砷酸生產(chǎn)車間主要是因為硫酸和亞砷酸反應時會產(chǎn)生大量二氧化硫。

另外設備的微量泄漏也會污染車間空氣，由于車間環(huán)境空氣污染特征與所用的原料及工藝密切相關，各種污染物在車間環(huán)境空氣中的濃度范圍、污染物種類、濃度大小等特征是進行評價的依據(jù)。從表1可以看出，銅冶煉三期工程竣工環(huán)保驗收時對二氧化硫無組織排放量最大的三個工段（閃速爐和轉爐）車間外環(huán)境空氣中的二氧化硫濃度范圍是0.04～0.13 mg/m3，二氧化硫無組織排放量最大的一段（閃速爐和轉爐）車間外環(huán)境空氣中的二氧化硫濃度范圍是0.02～0.05 mg/m3，二氧化硫無組織排放量最大的一段（閃速爐和轉爐）車間外環(huán)境空氣中的二氧化硫濃度范圍是0.04～0.08 mg/m3。

從銅冶煉車間空氣污染物的濃度范圍可以看出，煙塵在熔煉車間、陽極泥處理車間和亞砷酸車間中含量最高，主要集中于熔煉車間。陽極泥處理車間的煙塵分布面積最大，主要存在于陽極泥處理過程中。亞砷酸車間的濃度范圍是0.16～0.18 mg/m3，主要來自于亞砷酸生產(chǎn)過程及亞砷酸分解過程中產(chǎn)生的二氧化硫。硫酸車間和陽極泥處理車間中空氣主要污染物是重金屬，硫酸車間各監(jiān)測點重金屬濃度均值大于陽極泥處理車間各監(jiān)測點重金屬濃度均值，熔煉車間和陽極泥處理車間是重金屬無組織排放量最大的一段。

硫酸車間外環(huán)境空氣中的重金屬濃度范圍在0.004～0.029 mg/m3，主要源于陽極泥處理過程中產(chǎn)生的鎘和鋅；陽極泥處理車間外環(huán)境空氣中的重金屬濃度范圍在0.030～0.04 mg/m3，主要源于陽極泥處理過程中產(chǎn)生的鎘和鋅；亞砷酸車間外環(huán)境空氣中的重金屬濃度范圍在0.003～0.007 mg/m3，主要源于亞砷酸生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的砷雜質；其中亞砷酸生產(chǎn)車間各監(jiān)測點砷濃度均值大于其他車間，主要是因為亞砷酸生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的砷雜質較多。亞砷酸車間外環(huán)境空氣中的硫酸霧濃度范圍在0.011～0.017 mg/m3。綜合以上數(shù)據(jù)可以看出，銅冶煉三期工程竣工環(huán)保驗收時對二氧化硫無組織排放量最大的三個工段是熔煉車間、陽極泥處理車間和亞砷酸車間，對重金屬無組織排放量最大的兩個車間是亞砷酸生產(chǎn)車間和硫酸車間。

2某銅冶煉廠車間環(huán)境空氣污染的防治對策

2.1閃速爐、轉爐煙氣環(huán)保措施

在閃速熔煉爐和轉爐的吹煉煙中，可以通過廢熱鍋爐進行余熱的回收，并通過電收塵將塵料進行回收。隨后，經(jīng)過動力波稀酸的洗滌凈化，兩轉兩吸制酸系統(tǒng)得到硫酸，而制酸廢氣則是通過引風機從煙囪（Ф=2 200 mm，H=90 m）中的一部分排到了空氣中。

閃速爐產(chǎn)生的煙霧在1 340 ℃附近，其中包含大約150 g/m3的黑炭，通過廢熱鍋爐的回收，可以將其產(chǎn)生的黑炭降低到360 ℃附近，同時，煙霧中攜帶的黑炭也會沉淀到地面。它的含塵濃度大約在85 g/m3左右，從廢熱鍋爐排出的煙霧通過沉塵室和電收塵器進行凈化，從而將它的含塵濃度降低到1 g/m3以下，隨后通過高溫風機將其送入制酸工序，而沉塵室及電收塵器所捕獲的煙塵則會回到閃速爐。

通過對轉爐煙氣進行廢熱回收，使其溫度保持在400 ℃以下，通過電吹風將煙道中的黑灰收集起來，由電吹風將煙道中的黑灰抽出，并由電吹風將其吸入，再將其與閃速爐煙一并送入制酸廠。余熱爐排出的煙塵被送入煙塵粉碎工藝，通過煙塵傳送系統(tǒng)回到冶煉系統(tǒng)，被電子吸塵器收集到煙塵被打包出售。

對由高爐噴煤系統(tǒng)所回收的煙氣（白煙）進行了回收，由沉淀腔及廢熱鍋爐所回收的煙氣（白煙）進行回收再利用。首先，在進入制酸系統(tǒng)的煙霧中，使用的是稀酸洗滌絕熱蒸發(fā)冷卻和部分排放的方法來進行凈化。該方法的流程是：一級動力波洗滌器+煙氣冷卻塔+二級動力波洗滌器+兩級電除霧器，在凈化后得到的稀酸經(jīng)脫吸后，將被送入到廢酸處理工序中。

2.2卡爾多爐（處理雜銅）煙氣治理措施

2.2.1卡爾多爐（處理雜銅）煙氣治理工藝

卡爾多爐的煙道通過噴射冷卻器對其進行迅速的絕熱降溫，使其溫度從1 000 ℃下降至200 ℃左右，冷卻后的煙道與周圍的聚煙道混合后通過袋裝除塵裝置對其進行清潔，將清潔后的煙道引出并通過引流管向環(huán)形聚煙道排放，捕獲到的煙道則被送入轉爐中進行進一步的清潔。

2.2.2卡爾多爐（處理雜銅）煙氣環(huán)保措施可行性分析本項目擬通過噴霧冷卻器進行降塵、冷卻，然后將其與環(huán)集煙氣一起進行凈化。既可降低設備臺數(shù)和工程成本，又便于后續(xù)的操作和管理。同時，考慮到這類煙氣中的煙塵和SO2含量均較低，SO2無需經(jīng)過處理即可達到標準。所以，在使用布袋收塵器時，在確保無凝結和阻塞的前提下，可以實現(xiàn)煙塵標準排放。并提出向噴霧冷卻器中添加堿性溶液的方法，以降低整個裝置的SO2排放。

2.3陽極爐煙氣治理措施

2.3.1陽極爐煙氣治理工藝

陽極爐排放的煙塵經(jīng)過二次燃燒，送入廢熱鍋爐進行循環(huán)利用，使其達到350 ℃。隨后經(jīng)過噴霧冷卻器對其進行迅速的絕熱冷卻，使其從350 ℃降低至250 ℃。緊接著向塔中噴射石灰漿，形成150～200 μm大小的霧珠。使其與含硫氣相結合，經(jīng)過一段時間的化學反應，脫除其中的SO2，并使其形成一個向下流動的沉降趨勢。在此基礎上，通過對煙塵的吸附，使其從半干式噴射塔中流出之前被完全汽化，從而確保了從半干式塔底部流出的灰渣中無液態(tài)水。并將廢氣降溫至約150 ℃，然后送入袋式收塵器進行凈化，再經(jīng)環(huán)集煙道排出，所收集到的煙塵出售處理。

2.3.2陽極爐煙氣治理可行性分析

陽極爐以液化氣作為燃料及還原劑，在還原階段，由于碳黑及 CO濃度較高。故需設計二次燃燒器，首先燃燒陽極爐煙氣中的碳黑及 CO，隨后將其送入廢熱鍋爐進行熱能回收，最后通過石灰乳噴霧式布袋除塵，去除SO2及煙塵。鑒于煙灰中含有鉛、鋅、錫等有價金屬，本項目擬選用具有最佳除塵效果的袋式除塵設備，一方面可以盡量多地將有價金屬吸附在布袋收塵器上，既可以實現(xiàn)對有價金屬的有效回收，又可以減輕重金屬排放對環(huán)境的影響；另一方面還可以通過吸附在布袋收塵器上的堿性粉塵，對煙灰中SO2進行深度吸附，從而提升脫硫效果。

目前煙氣脫硫工藝主要有干法、半干法和濕法。

干法工藝：指“干式洗氣+布袋除塵”煙氣治理工藝法。利用壓縮空氣，將堿性固體粉末（例如消石灰或氫氧化鈉等），直接噴射到煙氣洗滌塔或煙管上的某個部分反應器中，讓堿性消石灰粉與酸性尾氣進行充分的接觸并反應，達到中和并除去煙氣中的SO2的效果。在布袋除塵器的過濾織物上，通過吸附劑層的作用，使煙氣中的有毒有害成分發(fā)生二次作用，使整體脫硫效果得到改善。本發(fā)明具有設備簡單、易于維護、成本低廉、運輸管道不易堵塞等特點。不足之處在于因固、氣兩相接觸時間短，傳質效率不高，導致SO2去除效率不高，煙道氣提純效率不高，而且需要額外添加化學試劑，因此試劑消耗較濕、半干等工藝消耗較大。

半干法工藝：“噴干+布袋除塵”的煙氣治理工藝。其主要工藝包括用于降溫、中和二氧化硫的噴霧干燥室，以及用于除塵的布袋除塵器。該裝置的中央為一旋轉式噴嘴。熱風從噴射塔頂以螺旋式或旋流式形式流入。本項目擬利用離心噴嘴（10 000 r/min）將水泥漿粉碎為粒度在20～400 μm內的水滴，使水滴均勻分布，蒸發(fā)，與SO2發(fā)生反應，從而實現(xiàn)水泥漿的高效霧化。在該塔中，氣、液兩相完全接觸，能使煤氣降溫，其中全部的水份完全揮發(fā)，并將SO2的煤氣全部除去，而在該塔中和后得到的固態(tài)渣經(jīng)塔底部或除塵裝置回收后出售。該氣體在空氣中的滯留時間在10～15 s。采用單一的灰漿法脫除SO2的效果只有60%，然而通過在布袋除塵器過濾材料上的二次反應，可以使SO2的脫除率超過70%。

該方法最大的特征是將干法濕法相結合，結構簡單，投資低，維護方便，壓差小，能耗低，堿性反應劑用量比干法低。與干法相比，SO2的脫除率更高，且無污水生成，避免了濕法中大量污水生成的問題。但存在著管口易堵塞、易磨損、維護困難、易粘結以及在設計和運行過程中對加水的掌握較難等問題。

濕法工藝：在濕法制備的過程中，采用濕法制備的二氧化硫具有較好的脫硫性能，脫硫的速率取決于二氧化硫在堿溶液中的擴散速率。用于濕法反應器的堿性液體一般是NaOH溶液或石灰［Ca（OH）2］溶液。為避免在裝置內產(chǎn)生沉淀，回用的漂洗水必須經(jīng)過凈化、濃縮、過濾。該濕法反應塔脫硫率高，可達到90%，并可起到除塵作用。但其不足之處在于投入大、必須配置廢水凈化裝置、管道易堵塞、廢水難以處置、運行條件惡劣等。

對設備投資、污染物達標排放、運行成本、操作的難度以及操作環(huán)境進行了全面的考慮。因此，在本工程中，對生產(chǎn)工藝、操作水平和對環(huán)保目標的高要求等方面進行了設計，并將其應用于實際生產(chǎn)中。

2.4陽極泥處理車間煙氣治理措施

2.4.1卡爾多爐煙氣處理措施

卡爾多爐中的煙道經(jīng)過文丘里冷卻系統(tǒng)的清洗和灰塵處理后，通過電動除霧機將水汽除去，然后在清洗塔中用稀堿性溶液進行清洗，除去其中的有毒物質，達到標準后才能排出。從文丘里那里采集到的粉塵和污泥經(jīng)過再生池進行了再利用，而從洗脫塔中流出的污水則經(jīng)過污水處理站進行了二次處理。

2.4.2卡爾多爐煙氣處理措施分析

針對卡爾多爐高溫、含貴金屬Sn粉塵及SO2（3 300 mg/m3）的特點，本項目擬通過文丘里（Venturi）裝置對Sn粉塵進行捕集，并對其進行循環(huán)使用，同時降低煙道溫度。從文丘里凈化設備排放出來的廢氣中，還殘留著少量的酸味（以SO2為主），所以可以通過沖洗塔中噴射的堿性液體來進行凈化，而廢棄的洗滌劑則被送到污水處理場進行處理。因為廢水數(shù)量不多，所以可以通過該項目的相關設備進行綜合處理。本項目針對卡爾多鍋爐煙氣中SO2生成濃度低，煙氣中SO2含量低的問題，利用堿性溶液（NaOH）吸附法，脫硫效率高達90%，既能有效地回收各種稀有貴金屬，又能使尾氣達到標準，具有一定的可行性。

3結束語

總而言之，隨著我國對環(huán)境保護工作的高度重視，對于銅冶煉行業(yè)的污染物排放標準不斷提高。在實際生產(chǎn)過程中，應結合工藝特點和生產(chǎn)現(xiàn)狀，針對性地提出合適的廢氣治理措施，并制定出切實可行的環(huán)保管理制度和運行措施。目前，我國對于環(huán)境空氣污染防治方面的研究主要集中在大氣污染防治技術方面，對銅冶煉行業(yè)環(huán)境空氣污染防治問題的研究較少。本文以某銅冶煉廠為例進行分析研究，并提出了相應的污染防治對策。今后應進一步加強對銅冶煉廠環(huán)境空氣污染特征和影響因素的研究力度，以更好地指導企業(yè)進行環(huán)保管理和治理，為改善車間環(huán)境空氣質量、維護人體健康提供參考。

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