降低冶煉煙氣制酸系統凈化污酸金含量的生產實踐

周春虎，蘇江峰，張衛星，陳儒稼

（國投金城冶金有限責任公司，河南靈寶472500）

某銅冶煉公司采用富氧底吹造锍捕金自熱熔煉技術進行火法冶煉，熔煉爐所產生的高溫高含塵煙氣經熔煉余熱鍋爐、電除塵器、干法收砷裝置處理后，潔凈煙氣送入制酸系統凈化工序稀酸洗滌凈化，經二轉二吸制酸工藝生產w(H2SO4)98%或93%的成品硫酸，尾氣脫硫達標后排放[1]，凈化工序產出的污酸（以下簡稱凈化污酸）經板框壓濾機壓濾后送至污水處理系統。凈化污酸中的金含量主要受進入制酸系統的煙氣中塵含量的影響，塵含量升高會使污酸中的金含量升高，導致后續污水處理系統硫化工序硫氫化鈉的藥劑消耗量增加，處理難度加大，同時造成有價貴金屬的流失，降低企業的生產效益。

筆者根據該公司的實際運行情況，對制酸系統凈化污酸中金含量的影響因素進行了分析，提出了從前端冶煉除塵工序優化控制，降低凈化污酸金含量的整體思路。

1 冶煉煙氣除塵和制酸工藝流程

該公司冶煉煙氣除塵工藝流程見圖1。

圖1 冶煉煙氣除塵工藝流程

該公司的冶煉煙氣制酸系統凈化工序采用新型動力波洗滌器和導電玻璃鋼電除霧器作為凈化的主要設備，采用“一級動力波洗滌器+氣體冷卻塔+二級動力波洗滌器+一級玻璃鋼電除霧器+二級玻璃鋼電除霧器”凈化工藝，工藝流程見圖2。

圖2 凈化工序工藝流程

來自冶煉系統的SO2煙氣從上部進入一級動力波洗滌器，與逆向噴淋的循環液接觸，降低煙氣的溫度并使其中的塵、砷、氟等雜質進入到循環液中。從一級動力波洗滌器出來的煙氣從氣體冷卻塔底部進入，再與自上而下的循環液逆向接觸，進行除塵、降溫，煙氣中的塵及熱量被移走。出氣體冷卻塔的煙氣進入二級動力波洗滌器進一步降溫，同時除去煙氣中的塵、砷、氟等雜質，最后經兩級電除霧器除去硫酸霧后送到干吸工序。

一級動力波洗滌器的稀酸循環使用，根據系統液體平衡及稀酸中砷、氟等雜質的含量調節外排量，送至污水處理站。為減少稀酸的固含量升高對設備和管道造成的磨損和堵塞，從一級高效循環泵引出部分洗滌液送入沉降槽沉降，大部分上清液返回一級動力波洗滌器循環使用，少部分經上清液輸送泵送至SO2脫吸塔脫吸后進入外排稀酸儲槽，最后送至廢水處理工序。

2 凈化污酸中金含量的影響因素

2.1 前段除塵系統的收塵效率

從公司的生產實際情況來看，電除塵器的收塵效率對凈化污酸金含量的影響最大。電收塵器運行效果對凈化污酸的影響見表1。

表1 電收塵器運行效果對凈化污酸的影響

在電除塵器的4個電場正常運行、二次電壓送電情況較好時，凈化污酸中ρ(Au)一般維持在0.03～0.09 mg/L；在電除塵器的電場送電情況較差時，凈化污酸中ρ(Au)一般維持在0.23～0.44 mg/L。

2.2 收砷系統檢修影響

該公司熔煉煙氣經電除塵器收塵后進入收砷系統的布袋除塵器脫砷除塵，由于布袋除塵器的除塵效率相較于電除塵器更高，能更好地過濾煙塵，因此在收砷系統正開車期間，煙氣塵含量大幅降低，進入制酸系統的煙塵較少，凈化污酸處理用的板框壓濾機清灰頻率較低，污酸中的金含量也較低。在收砷系統停車檢修更換濾袋期間，煙氣經電除塵器除塵后直接進入制酸系統凈化工序，則會使凈化工序產出酸泥量增多，凈化污酸的金含量升高，此現象在電除塵器收塵效率偏低時尤為明顯。

2.3 煙塵從旁通煙道進入制酸系統

該公司在收砷系統前端設置熔煉煙氣旁通煙道，在收砷系統停車或出現異常時，將熔煉煙氣經電除塵器收塵后由旁通煙道直接送至制酸系統凈化工序，保障熔煉系統的運行。旁通煙道采用電動蝶閥，經過長時間運行，蝶閥處積灰導致閥門關閉不嚴，在收砷系統開車期間，存在部分煙氣未經過收砷系統收塵，直接由旁通煙道進入制酸系統，導致凈化工序酸泥產生量增加，凈化污酸金含量升高。

3 降低凈化污酸中金含量的措施

3.1 提高除塵器的收塵效率

3.1.1 優化電除塵器電場電源

電除塵器原Ⅰ電場變壓器采用型號為ZHG-0.8A/72kV的高頻變壓器，在空試階段二次電壓在30～40 kV；在系統開車期間煙氣流通的過程中，二次電壓只能送到20 kV以下；在調大導通率后，二次電壓出現大幅度波動情況，以致二次電流過大，PLC控制柜報故障。對Ⅰ電場內部及電場絕緣情況進行檢查，初步判斷電場電壓偏低是由陽極板變形導致陰陽極的極間距發生改變造成的。更換電場內部的陽極板及陰極框，在保證電場絕緣的情況下，使用高頻變壓器送電運行，送電情況仍不理想。運行狀況較好時，二次電壓能穩定在40 kV左右，但隨著系統運行時間的延長，二次電壓會逐步下降。

將電除塵器Ⅰ電場高頻變壓器與Ⅳ電場工頻變壓器進行對調調試，Ⅰ電場二次電壓由約20 kV提高至70 kV以上，且電壓、電流穩定；電除塵器Ⅳ電場二次電壓由70 kV以上降低至20～40 kV。隨后將Ⅲ電場高頻變壓器與Ⅳ電場工頻變壓器進行對調調試，測試結果與前述試驗相同。綜上可知，在使用工頻變壓器時，能夠保障電場絕緣正常，電除塵器電場的二次電壓均可穩定在70 kV以上，電場收塵效率較好。

通過上述檢查與試驗，并與其他銅冶煉公司使用高頻變壓器和工頻變壓器的電除塵器運行情況進行對比分析得出，工頻變壓器更適用于銅冶煉煙氣處理系統的電除塵器，更好地保障收塵效果。將高頻變壓器更改為工頻變壓器，熔煉系統電除塵器的二次電壓可穩定在70 kV以上，電除塵器收塵效率明顯增高，在收砷系統停車的情況下，制酸系統凈化工序的酸泥產生量明顯減少，較之前電場送電情況較差時，平均每天減少酸泥0.7 t，凈化污酸中ρ(Au)由0.3 mg/L降低至0.05 mg/L，部分班次未檢出。

3.1.2 優化電場陽極振打的清灰效果

因長時間高溫運行，電除塵器電場內的陽極板出現下垂現象，陽極振打錘的敲擊點跟隨下垂，導致振打錘無法敲擊到敲擊點的中間部位，甚至敲不到敲擊點，影響電場極板和極線的清灰效果，嚴重時還會出現振打機構卡死現象。電場振打清灰效率下降，極板積灰，不但會對極間距造成影響，還會導致積灰處出現放電現象，引起電場二次電壓波動，降低收塵效率。

針對上述問題，該公司采取以下措施：①將電收塵器Ⅰ，Ⅱ電場的陽極板抬高2 cm，檢查極間距并進行間距恢復、固定支撐，對陰極振打錘補裝及位置校正，對陽極振打錘掉向及位置校正，保障電場振打機構的清灰效率；②根據電場出灰情況調整振打時間，將產灰量較大的Ⅰ，Ⅱ電場的振打頻率適當調高，將產灰量較少的Ⅲ，Ⅳ電場的振打頻率適當降低。上述措施的實施在保障清灰效率的同時也降低了生產成本。

3.1.3 電除塵器進口增加超溫自動調節保護裝置

熔煉系統正常運行時，電除塵器進口的煙氣溫度維持在410～430 ℃，由于進入電除塵器電場內部的煙氣溫度超過設計值，超出陽極板所用材質的耐溫范圍，導致Ⅰ，Ⅱ電場的陽極板變形，使極間距發生改變，導致電場二次電壓偏低，收塵效率大幅下降。從實際運行情況來看，當電除塵器進口的煙氣溫度高于400 ℃后，電場二次電壓會明顯降低30～35 kV。

在電除塵器前段新增超溫自動調節保護裝置，該裝置由PLC自動控制系統調節雙流體霧化噴槍噴水量，對進入電除塵器的煙氣進行降溫，保證電場陽極板不會因高溫導致變形；同時適當增加煙氣濕度，有效降低熔煉煙氣粉塵的比電阻，降低煙氣中三氧化硫含量和煙灰的黏附性，保障電場振打清灰效率，進一步提高收塵效率[2]。

3.1.4 增加電場排灰情況實時監控系統

電除塵器電場的灰斗積灰，也是導致電場短路送不上電的原因之一。該公司一般根據溢流螺旋處的出灰情況進行判斷，或從灰斗觀察孔對灰斗內部積灰進行觀察。灰量過大時，易在出料口產生揚塵，操作人員在溢流螺旋處無法看清出灰情況；若打開灰斗觀察孔進行觀察，又會造成系統漏風，對煙氣氧濃度造成影響。

由于產出的煙灰溫度在150～280 ℃，在煙灰輸送過程中，通過熱傳遞的作用使溢流螺旋輸送機殼體的溫度升高。在煙灰產出量均勻穩定的情況下，溢流螺旋輸送機殼體的溫度會保持在40～110 ℃。因此，該公司在溢流螺旋輸送機殼體設置1只熱電偶傳感器，對溢流螺旋輸送機殼體溫度進行監控，從而判斷溢流螺旋處的出灰情況。在發現溢流螺旋出灰溫度異常時，及時進行人工檢查疏通，同時大幅縮短灰斗檢查時間。

3.2 增加收砷系統的運行時間

收砷系統停車檢修期間，凈化工序的酸泥量為2～3 t/d，凈化污酸中ρ(Au)為0.1～0.8 mg/L；收砷系統開車期間，凈化工序基本不產生酸泥，凈化污酸中ρ(Au)為0～0.2 mg/L。因此，應盡量提高電除塵器后收砷系統的開車時間，以減少煙塵進入制酸系統凈化工序，進而降低凈化污酸中的金含量。

3.3 煙氣管路閥門更換為盲板閥

該公司采用一種新型切斷式電動盲板閥代替電動蝶閥，該電動盲板閥具有以下優點[3]：

1）閥門關閉時，對煙氣阻斷性能好，密封性能好。其良好的密封性能，可避免煙氣互串，使用安全系數較高，能有效地控制煙氣的走向，減少煙氣從旁通煙道直接進入制酸系統。

2）閥門打開時，運行阻力小，具有和插板閥一樣的優點。在全開狀態下，對煙氣造成的阻力較小，同時避免了煙氣中的粉塵在閥門處堆積結塊造成系統阻力升高、運行負荷下降，有效提高系統運行率。

3）在使用過程中，由于閥板處于煙道外部，不經過高溫煙氣沖刷，減少了煙塵在閥板上的過量沉積，閥板的使用壽命較長，不易變形，可長時間保持良好的氣密性，同時便于人員清理閥板積灰及煙道處內部積灰。閥門的維修保養、積灰清理難度低于電動蝶閥。

4 效益核算

通過采取多種措施對生產系統進行調整改進，制酸系統凈化污酸中ρ(Au)降低了0.3 mg/L。凈化污酸中金含量的降低，可有效減少貴金屬流失造成的損失。凈化污酸每天外排450 m3，年運行時間按330 d計，可回收金約44.55 kg/a。金單價按370元/g計，可產生收益1 648.35萬元/a，經濟效益非常可觀。

5 結語

該銅冶煉公司結合生產實際，針對冶煉煙氣制酸系統存在的凈化污酸中金含量偏高的問題，通過對電除塵器的電場電源和陽極振打清灰效果進行優化、增加超溫自動調節保護裝置和電場排灰實時監控系統、增加收砷系統的運行時間，以及將煙氣管路的電功蝶閥更換為新型電動盲板閥，有效減少了進入制酸系統凈化工序的煙塵，從而降低了外排凈化污酸的金含量。經過生產實踐，上述措施的采用不但降低了后續污水處理的難度和成本，還可從凈化污酸中回收金產生經濟效益1 648.35萬元/a，有利于企業長遠發展。