氧化鋅脫硫工業化應用實踐研究

錢冬枝

（安徽銅冠有色金屬（池州）有限責任公司，安徽 池州 247100）

鉛、鋅、銅等重金屬冶煉主要以硫化物礦為主要原料，所以冶煉過程中排放的廢氣主要是二氧化硫煙氣。高濃度二氧化硫煙氣治理穩步推進，酸性接觸法基本采用。二氧化硫煙氣濃度低是指煙氣濃度小于3%(多為0.2～0.5%)。待處理煙氣中二氧化硫濃度較低的煙氣中二氧化硫濃度大多為0.1～0.5%。然而，低濃度二氧化硫廢氣具有擴散廣、濃度低、危害大、管理困難等特點。低濃度SO2廢氣直接排空，是形成酸雨的根本原因，這不僅浪費了硫資源，而且給環境帶來了嚴峻的污染。隨著國家環保要求日益嚴格，如何實現廢氣的超低排放已成為有色冶煉行業煙氣治理努力的方向和緊迫的任務。

1 低濃度二氧化硫廢氣的幾種典型處理技術

煙氣脫硫技術是控制SO2和酸雨危害最有效的手段之一，按工藝特點主要分為濕法煙氣脫硫、干法煙氣脫硫和半干法煙氣脫硫。濕法是將脫硫劑以漿液形式噴入反應器，脫硫產物以漿液形式排出的系統。常用的主要有石灰(石)法、雙堿法、氨法等。濕法脫硫因其脫硫效率高、應用范圍廣而得到廣泛應用。

1.1 石灰(石)/石膏濕法脫硫工藝

石灰(石)/石膏濕法脫硫工藝是以石灰石(CaCO3)或石灰(CaO)為脫硫吸附劑的原料，經消化處理后，加水攪拌成氫氧化鈣(Ca(OH)2)為脫硫吸附劑的漿料。石灰或吸附劑漿液噴入吸收塔吸收二氧化硫氣體，產生亞硫酸鈣，亞硫酸鈣氧化成硫酸鈣(石膏)的副產品。

該工藝的主要優點是:脫硫效率高，當Ca/S比小于1.1時，脫硫效率可達90%以上;高吸水利用率，高達90%;吸收性資源范圍廣，價格低廉;副產品為石膏，高品位石膏可用于建筑材料；該工藝技術成熟，運用廣泛，目前國家有相應技術規范。該工藝的缺點是：系統復雜，占地面積大；造價高，一次性投資大；運行中容易造成系統積垢，堵塞和磨損；運行費用高，高液/氣比所帶來的電、水循環和耗量非常大；不適應中小規模煙氣脫硫。

1.2 雙堿法脫硫工藝

雙堿法是指采用反應性能良好的鈉基或鎂基吸附劑進行脫硫吸收的過程。該工藝產生的副產物與鈣基吸附劑反應，鈉基或鎂基脫硫吸附劑再生并還原再利用。再生反應產生的石膏成為最終的副產品。雙基脫硫技術首先利用氫氧化鈉溶液溶解啟動，去除煙氣中的二氧化硫，然后利用石灰通過再生過程還原氫氧化鈉，使氫氧化鈉在系統中循環利用。由于反應有兩個主要的反應階段，每個反應階段使用兩種不同類型的堿，因此該方法稱為雙堿法。雙基脫硫方法使用效率高鈉基脫硫,但消耗便宜石灰石(石灰),這個過程結合了石灰法和堿鈉法的特點,解決問題的效率低,容易結垢的石灰法,并吸收效率高的鈉堿方法的優勢。由于脫硫和再生反應的復雜性，該方法的理想實現存在一定的技術難點。

1.3 氨法脫硫工藝

氨法處理技術主要是利用氨水吸收液對低濃度二氧化硫廢氣進行脫硫凈化，副產品為硫酸銨。氨法脫硫的優點：氨法脫硫的特點之一是含硫越高，硫酸銨的產量就越大。脫硫效率很高，很容易達到95%以上；脫硫后的煙氣不但二氧化硫濃度很低，而且煙氣含塵量也大大減少；吸收劑易采購。

2 氧化鋅漿液脫硫

氧化鋅脫硫技術是準備含氧化鋅粉末與水或返回的脫硫渣清洗解決方案過程中懸浮,與煙氣中的二氧化硫反應吸收裝置,并去除煙氣中的二氧化硫的形式主要是鋅亞硫酸鹽(亞硫酸氫和鋅、硫酸鋅)。

副產物亞硫酸鋅被空氣氧化成硫酸鋅。與其他脫硫方法相比,氧化鋅的方法有明顯的優點,如高吸收效率,充分的吸收劑來源,回收率高,節省投資和運營成本等等,正逐漸被越來越多的鉛鋅冶煉企業治療低濃度二氧化硫的實踐。

2.1 氧化鋅法脫硫的反應機理

吸收單元：

ZnO+SO2+5/2H2O → ZnSO3·5/2H2O

ZnO+2SO2+H2O→Zn(HSO3)2

ZnSO3+SO2+H2O→Zn(HSO3)2

Zn(HSO3)2+ZnO+4H2O → ZnSO3·5/2H2O

氧化:

ZnSO3·5/2H2O+9/4O2+H2O → ZnSO4·7H2O

2.2 影響氧化鋅脫硫效率的主要因素

在我公司的實踐運行過程中發現，影響氧化鋅脫硫效率的主要因素是二氧化硫入口濃度、料漿固含量、液氣比、空塔氣速和料漿酸性。

3 安徽某廠鉛冶煉氧化鋅脫硫應用的創新實踐

3.1 創新措施

該廠鉛冶煉還原爐及煙化爐產生的低濃度SO2煙氣采用的是氧化鋅脫硫裝置，綜合考慮煙氣特點及脫硫產物的綜合利用，在脫硫裝置的流程設計及應用方面采用了6項創新措施：

（1）用煙化爐自產的布袋收塵器收塵灰得到的次氧化鋅作吸收劑，無需外購脫硫原料，一方面，節省了購買脫硫劑的費用，同時避免了外購氧化鋅帶入的雜質對后段的影響；另一方面：煙化爐自產的次氧化鋅煙灰粒度細，與鋅焙燒爐產出的氧化鋅塵作脫硫劑相比活性較高、利用系數高、渣量小，有利于系統的平穩運行。

（2）在吸收塔前端增加了預洗滌塔，將煙氣中的煙塵、氟、氯及有機物等進行洗滌脫除，對煙氣進行凈化處理后再送至脫硫吸收塔進行處理，確保脫硫漿液中的雜質不會對后端濕法煉鋅系統的回用產生影響。

（3）為確保脫硫后煙氣中的SO2能夠達到超低穩定排放，采用兩級吸收。

（4）對脫硫漿液進行高壓風氧化，將亞硫酸鋅氧化成硫酸鋅，解決了亞硫酸鋅易結晶導致的設備和管道極易出現的堵塞現象，保證了脫硫系統的正常運轉；

（5）直接將氧化后的含硫酸鋅的漿液泵送濕法煉鋅系統綜合利用，解決了壓濾渣倒運的二次污染，同時節省了壓硫酸鋅壓濾渣解析的投入成本和亞硫酸鋅渣易分解產生的低空SO2污染。

（6）含硫酸鋅的脫硫漿液送濕法煉鋅系統后，漿液中的鋅進入主系統回收，漿液中的鉛進入酸浸渣返回鉛系統配料，達到資源利用和鉛鋅聯動的最大化。

3.2 運行效果

該廠自該系統投入運行以來，脫硫效率達到95%以上，SO2排放濃度穩定在100 mg/Nm3以下；系統運行成本較低，僅需裝置的運行費用，無脫硫劑成本；脫硫劑次氧化鋅的利用率較高；脫硫漿液輸送順暢，脫硫漿液進入濕法煉鋅系統對主系統生產不產生影響，實現了資源的最大化利用。

3.3 氧化鋅脫硫的缺點

發現氧化鋅脫硫工藝自身存在如下問題：①脫硫劑氧化鋅為兩性氧化物，堿性弱，對于SO2濃度高于3500mg/Nm3的煙氣需采用二級及以上脫硫才能保證穩定達標。②煙氣中的SO2以SO42-的形式進入到煉鋅系統，會影響系統酸水平衡。

4 結語

綜上所述，煙氣脫硫工藝方法很多，煙氣脫硫方法的選擇主要取決于原煙氣條件、吸收劑的供應條件及工廠的地理條件、副產品的利用、工程投資和運行成本等多方面因素，并且應結合自身實際、遵循安全、可靠、技術先進合理、滿足環保排放等原則。