地下礦山二氧化硫煙氣的治理

盧海川

(廣西華錫集團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

(廣西華錫集團股份有限公司銅坑礦， 廣西 河池市 547207)

為了保證銅坑礦細脈帶塌陷區(qū)下部礦體正?；夭傻耐瑫r治理塌陷區(qū)的SO2煙氣，利用Na2CO3與SO2煙氣的吸收反應，采用以Na2CO3為中和反應劑的堿液噴淋系統(tǒng)對598 m水平SO2煙氣源頭進行治理，系統(tǒng)構(gòu)成簡易、操作簡單，運行效果較好，實現(xiàn)了礦井污風的環(huán)保外排。

地下礦山；碳酸鈉；二氧化硫；中和反應；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，會刺激呼吸道粘膜，吸入量超過一定量時，會對身體各器官造成嚴重傷害，危及生命。SO2大量排入大氣中，還會對植物、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，導致河流、湖泊中的生物死亡[2-3]。

銅坑礦細脈帶礦體含硫高，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]。近年來對細脈帶下部礦體進行回采，使得細脈帶塌陷區(qū)發(fā)生松動，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，必須采取有效措施對SO2煙氣進行治理。

1 SO2煙氣的治理原理

有多種方法可以達到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SO2煙氣進行噴淋，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和海水濕法脫硫等[7-8]。

綜合考慮礦山的生產(chǎn)實際情況，使用的治理原理應該簡單易行，技術成熟，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，決定改用碳酸鈉水溶液進行噴淋。吸收反應方程為：

Na2CO3+SO2→Na2SO3+CO2

2Na2SO3+ O2→2Na2SO4

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

2 治理方案設計與實施

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)進行治理。598 m水平平面及SO2煙氣流向見圖1。近年來細脈帶礦體底部礦體回采出礦，細脈帶塌陷區(qū)松動，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，進入細脈帶回風系統(tǒng)，從2#風井排出。2#風井井口設置的堿液噴淋系統(tǒng)，在堿液噴淋時，成霧效果差，堿液與SO2反應時間較短，凈化SO2效果不佳。因此，決定于598水平對SO2溢出源頭進行堿液噴淋吸收處理，以凈化SO2煙氣。

2.1 設計原則

充分利用銅坑礦井下現(xiàn)有巷道、管路、供電等設施，噴淋系統(tǒng)簡易、操作簡單，運行效果好，便于安全的運行與維護。

2.2 參數(shù)計算

根據(jù)2#風井檢測，高峰期SO2總排出量為13.05 g/s，設計井下對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且設置寬度為0.3 m的水閘，閘口設置濾網(wǎng)。池上敷設網(wǎng)狀防護平臺。抽水池設置寬度為1.1 m的閘門，便于后期對池子進行清理。

(2) 配藥池安裝電動攪拌裝置，攪拌葉為耐酸堿材質(zhì)。

(3) 抽水池底部布置兩個水泵抽水口，連接兩臺水泵，其中一臺為備用，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#霧墻設置2根噴淋管，分別距地1 m和3 m，每根噴淋管安裝6個噴距1 m的微細霧化噴嘴，3個朝下3個朝上，間隔0.9 m交錯布置；2#霧墻設置1根噴淋管距地2 m，安裝6個噴嘴，3個朝上3個朝下，間隔1 m交錯布置；3#霧墻設置2根噴淋管，分別距地1 m和3 m，每根噴淋管安裝7個噴嘴，4個朝上，3個朝下，間隔0.9 m交錯布置。

(3) 3層霧墻設置獨立開關，根據(jù)SO2濃度調(diào)節(jié)噴淋強度與噴淋時間，噴淋時間為2～5 h。

(4) 霧墻后端設置尼龍網(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，與穿過的污風再次進行中和反應。

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

系統(tǒng)于2#風井口安裝SO2檢測器，并連接地面監(jiān)控中心。SO2超過檢測器設定濃度后，開啟噴淋系統(tǒng)。根據(jù)噴淋時間，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，將堿液壓入噴淋管進行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自動停止水泵工作。吸收后的次生堿液自流入3#通風排水井，中和沿途酸性水流。

2.4 治理效果

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

(2) 次生堿液往下部流動時，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2#風井污風中SO2的濃度大大降低，2#風井28#風機扇葉得到了較好的保護，有效地延長了扇葉更換的周期。

(4) 由于選用了碳酸鈉作為SO2中和反應劑，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為中和反應劑的堿液噴淋系統(tǒng)較好地治理了銅坑礦細脈帶塌陷區(qū)的SO2煙氣，實現(xiàn)了礦井污風的環(huán)保外排。該噴淋系統(tǒng)構(gòu)成簡易、操作簡單，運行效果較好，證明其在地下礦山有良好的適用性。

[1]陳 何,韋方景.銅坑礦細脈帶特大事故隱患區(qū)火區(qū)治理技術與工程實施[J].中國礦業(yè),2009,18(11):52-55.

[2]熊云威.我國SO2污染危害及其治理技術的進展[J].礦業(yè)安全與環(huán)保,2000,29(S1):37-39,148.

[3]曹冬梅.我國SO2污染、危害及控制技術[J].環(huán)境科學導刊,2013,32(2):73-74.

[4]陳涓涓.經(jīng)濟實用的煙氣脫硫方法[J].化工礦山技術,1996,25(2):40-42.

[5]李斌群,萬 勇,余習敏.井下二氧化硫氣體的綜合治理[J].礦業(yè)研究與開發(fā),1996,16(S1):105-107.

[6]宋冀鵬.煙氣脫硫方案的選擇[J].礦業(yè)工程,2008,46(6):48-49.

[7]付玉梅,禹興利,李彩波.火電廠煙氣脫硫技術進展[J].化工礦物與加工,2009,38(4):35-38.

[8]趙彩婷,任一艷.二氧化硫(SO2)治理方法探討[J].廣州化工,2012,40(12):60-62.

2017-07-25)