拉丁美洲的汞排放

拉丁美洲的汞排放

2013年10月10日，拉美一些國家在Minamata簽署了水泥窯汞排放限制值的協定。各國規定的限制值如表1。

Minamata會議所簽署的汞排放限值促使拉美的水泥企業采取措施，減少汞排放。

1 水泥生產和汞排放總量

汞排放覆蓋所有工業，聯合國環境規劃署（ONEP）制定了全球各地區汞排放圖（圖1）。圖1所示，亞洲東部（中國部份地區）占世界汞排放總量的47.4%。

聯合國環境規劃署2013年資料表明，各種工業所產生的汞排放很不一致，其中手工金礦最多，水泥工業約占總排放的9%，電力工業占24%，水泥生產耗電，因而汞排放總量超過9%。

2 水泥工業汞來源

水泥生產所排放的汞源自生產所用的原燃料。過去和現在火山活動地區的原燃料內含汞量高，通常沉積巖的生料、頁巖、粘土中汞含量低，不同的原料所含的汞量不等（圖2）。

燃料含有汞，但不同燃料汞含量是不等的，圖3所示美國水泥工業所使用的燃煤含汞量，通常石油焦內汞含量較低，細顆粒原煤含汞量高。

3 汞循環

預分解窯生產過程中存在汞循環。燃煤所含的汞在窯頭和分解爐內煤燃燒時揮發，隨高溫煙氣后逸。高溫煙氣在窯和預熱器內將原料加溫并隨之冷卻，冷卻后的含汞煙氣通過烘干原料再次冷卻。與此同時，在粉磨、烘干過程中，原料所含的汞得以揮發，與燃料揮發汞一起隨含塵煙氣入收塵器。煙氣進一步冷卻，汞冷凝在粉塵表面，當收塵器內含汞量高的粉塵收集后，與生料磨磨制的生料混合，再次入窯。此時入窯生料內汞富集，隨高溫煙氣揮發，并隨煙氣冷卻富集，在生產過程中形成汞循環。

袋收塵器具有良好的汞吸附能力，其吸附量與煙氣和物料溫度有關，當溫度＜100℃時，汞吸附量高，當溫度＞150℃時，則物料所含的汞揮發，吸附量大幅下降，煙氣內所含的汞，隨煙氣排至大氣。

在磨制煤粉時，若將預熱器廢氣用來烘干煤，預熱器系統熱風內富集的汞，在煤粉制備時，由于煤磨內溫度低，99%被煤粉吸附，并隨粉煤入窯燃燒，重新揮發，隨煙氣溫度下降冷卻富集，其富集量為煤內汞含量的2～10倍，預熱器窯汞循環見圖4。

表1 拉美各國水泥窯煙囪汞排放限值

圖1 全球汞排放總量（2005）

圖2 各種原料含汞量

圖3 美國水泥工業使用燃料的汞含量

圖4 預熱器、生料磨、煤磨、收塵器系統汞循環

預熱器、生料磨、煤磨、收塵器系統汞循環量是變化的，各裝備內的汞濃度也不一致，多的為入窯原燃料含汞量（設定100%）的若干倍。圖5所示為5條水泥生產線裝備內物料含汞量的數據。

4 汞形態

汞有多種形態，主要為汞元素和其他元素生成氧化汞和水溶性甲基汞。在水泥粉磨、煅燒過程中，純汞不易吸附。燃料中所含的汞在高溫燃燒過程中釋放的汞被認為是汞元素。在含物料的氣流內所含的汞稱為顆粒結合（Particle-bound）汞，通常不易被氧化。

當煙氣內存在其他元素時，在溫度作用下生成汞的化合物，最為普通的氧化劑為鹵族元素中的氟、氯、溴、碘。溴是汞最為有效的氧化劑，在過程中用作汞減排吸附劑，在水泥窯煙氣中，氯通常用作有效的氧化劑。

5 汞檢測

檢測汞最好的方式是建立一個整體汞平衡，在生產過程中，通常檢測進入生產的原料、燃料內所含的汞和排放煙氣的汞和廢棄的粉塵所含的汞，以此建立整體汞平衡。若生產時無廢棄的粉塵，當汞在生產過程中富集到一定程度后，形成動態平衡，則煙氣排放的汞數量與進入系統的原燃料內所含的汞數量相當。

為建立生產過程中整體汞平衡，需要對輸入系統和輸出系統的物料內含汞量進行檢測。由于原燃料內汞含量變化較大，必須對每一種原燃料分別制備幾個樣品進行檢測，樣品的數量和頻率視原燃料汞含量變化情況確定。這是一個整體近似計算方法，許多國家依靠質量平衡方法計算排放量。

水泥生產所用的原燃料內汞含量極少，必須采用精密儀器進行檢測。這是一個非常精準的測量過程，固體內汞檢測量應該至少十億分之五磅，要做到精確分析，最好是十億分之一磅。由于實驗室內樣品分析精確且較煙囪排放測試容易，一些國家均采用實驗室檢測來確定汞排放量。

6 汞減排

隨著技術進步，近年來，新投產的水泥生產線內設置了一些新的汞減排裝備。主要包括：

圖5 水泥生產系統內各部位汞濃度

圖6 各種汞減排系統的減排效率和費用

（1）預熱器、生料磨袋收塵器收下的含汞粉塵，通過輸送裝置運至水泥磨作混合材用，用來生產普通水泥和砌筑水泥。此法減少入預熱器原料內汞含量。窯尾電收塵器不吸附汞，不增加粉塵內汞濃度，不具有汞減排效應。

若收下的粉塵不用作磨制水泥，而是將粉塵進行焙燒，使汞揮發，同時采取措施，設置煙氣收塵裝置，并向裝置內噴射吸附劑吸附汞。當粉塵內汞通過吸附劑減排，仍可作入窯生料用。少量含汞吸附劑作危險物處置。

（2）在預熱器、生料磨袋收塵器前后的煙氣管道內噴入吸附劑以吸附汞。吸附劑在袋收塵器前噴入，則粉塵內汞被吸附劑吸附，此類粉塵不含汞，可按非危險廢物處置，作水泥磨混合材或作廢棄物。若吸附劑在袋收塵器后噴入，則需增設一臺清理收塵器（Polishing filter）收集含汞的吸附劑，所收下的吸附劑按危險廢棄物處置。

（3）濕式和干式洗滌器用于捕捉汞。濕式洗滌器裝備價格昂貴且生產費用高，但對SOx和HCl減排，對氧化汞和水溶液汞減排十分有效。若煙氣中含有大量的無素汞，則可采用溴化鈣氧化劑來吸附。若濕式洗滌器所使用的吸附劑的化學性能未達到，則會造成汞的再排放。

各種汞減排系統的減排效率和所需費用見圖6。

7 結語

拉美各國水泥工業均面臨汞減排要求，為減少汞排放，必須分析水泥生產過程中汞排放、循環過程，有針對性地采取措施，達到減排效果，做到投資少、效率高。

陳友德編譯自

No.5/2014

InternationalCement Review