2.1.2　閃速熔煉—閃速吹煉—火法精煉—電解精煉工藝產排污節點分析

2.1.2.1　企業概況

企業采用“閃速熔煉—閃速吹煉—陽極爐精煉—大極板電解—動力波洗滌凈化、兩轉兩吸制酸”工藝處理銅精礦,年產能產陰極銅40萬噸、硫酸145萬噸、黃金6.06噸、白銀180.8噸。

2.1.2.2　生產工藝流程

B銅業分公司工藝采取“銅精礦蒸汽干燥—閃速熔煉—閃速吹煉—陽極爐精煉—大極板PC電解—動力波稀酸洗滌凈化、兩轉兩吸制酸”工藝。

(1)熔煉

熔煉工藝流程及其污染源分布詳見圖2?7。

1)配料工序

設置22個200t的配料倉,其中16個用于銅精礦,3個用于石英砂,2個用于閃速熔煉渣經選礦后的渣精礦,1個用于吹煉渣。每個配料倉下都配置了定量電子配料秤,采用計算機在線控制自動配料,使閃速爐爐料配料精度達到1/100。配料后的精礦由膠帶運輸機送往干燥工序。

2)精礦干燥

精礦干燥采用蒸汽干燥工藝。建有2臺能力為150t/h的蒸汽干燥機,以閃速爐余熱鍋爐產出的蒸汽為熱源,爐料在蒸汽干燥機內停留1~1.5h,水分從8%~10%干燥到0.3%。蒸汽干燥機排出的含塵煙氣[濃度(標態)100~300g/m3]首先進入沉塵室收集大量精礦煙塵,隨后再經布袋除塵器除塵后,通過高出干燥廠房10m的排氣筒排出。收集的精礦煙塵與干燥后的精礦混合送入精礦中間倉貯存。

中間倉內的精礦分別流入互相獨立的兩組高壓輸送罐內,在無水壓縮空氣的作用下,精礦與壓縮空氣的混合物通過輸送管道輸送至閃速熔煉爐爐頂的干礦倉。干礦倉貯存量為600t。

3)閃速爐熔煉工序

貯存在閃速熔煉爐爐頂干礦倉的爐料經失重計量裝置計量后,由給料螺旋連續給入閃速熔煉爐精礦噴嘴,在分散風與工藝風共同作用下,物料從精礦噴嘴噴出后呈高度彌散狀態,在反應塔的高溫空間中迅速完成熔煉反應。在一定氧氣濃度下,熔煉反應完全可以自熱進行,熱量不足時由氧油燒咀補充一部分熱量。反應塔的工藝風為常溫富氧空氣。

反應生成的熔體在沉淀池內分離成冰銅(含銅70%)和爐渣(含銅2.3%)。

冰銅定期通過溜槽流入冰銅粒化裝置。?；b置采用高壓水將高溫的冰銅熔體?；?~2mm的固體冰銅粒。?；b置還配有斗式提升機,脫水(循環使用)后的冰銅粒用膠帶運輸機輸送到冰銅貯存倉。冰銅粒化裝置產生的大量水蒸氣由強制通風設施捕集后排放。

爐渣流入11m的渣包,用專用渣包車運至緩冷場緩冷后送渣選礦車間處理。渣選礦選出的渣精礦(含銅28%)返回閃速熔煉爐,渣選尾礦(含銅0.4%,主要成分為Fe和SiO₂),外售給水泥廠作為配料。

4)閃速爐吹煉工序

閃速吹煉爐以閃速熔煉爐產出的冰銅為原料,其反應過程與閃速熔煉爐相似。貯存在四個貯倉內的冰銅由設在倉下的電子皮帶秤定量給出并運送到冰銅磨碎機磨碎,由干燥機(以天然氣為燃料)干燥。獲得的冰銅粉用氣流輸送到閃速吹煉爐頂的冰銅倉。石灰熔劑及煙塵等配料采用氣流輸送到閃速吹煉爐頂。冰銅、石灰、煙塵各自配備有失重計量裝置,分別計量后加入閃速吹煉爐。

冰銅粉熔劑由中央冰銅噴嘴噴入閃速吹煉爐,在反應塔內與鼓入的富氧空氣完成吹煉反應。反應生成的熔體在沉淀池內分離成粗銅(含銅98.2%~98.5%)和爐渣(含銅20%)。粗銅定期通過溜槽流入回轉式陽極爐。爐渣經高壓水?；⒚撍蠓祷亻W速熔煉爐。

5)陽極爐精煉工序

來自吹煉工段的粗銅在陽極爐內經氧化期、還原期和保溫期等作業周期得陽極銅(含Cu99.5%),陽極精煉以天然氣為燃料,氧化期鼓入壓縮空氣,將銅液中殘留的硫和各種雜質元素氧化后脫去;在還原期鼓入天然氣,將被過量空氣氧化的少量銅還原。精煉得到的銅液經澆鑄機鑄出的合格陽極板運往電解車間,不合格陽極板和電解工段返回的殘極送豎爐熔化后再澆鑄。

(2)制酸系統

制酸工藝段主要包括煙氣凈化、干吸、轉化等工序,其工藝流程及污染源分布詳見圖2?8。

1)煙氣凈化

凈化采用稀酸洗滌絕熱蒸發工藝,其流程為“一級動力波洗滌器+氣體冷卻塔+二級動力波洗滌器+二級電除霧器”。

煙氣首先進入一級動力波洗滌器的反向噴射筒,與由大口徑噴嘴逆向噴入的液體相撞,迫使液體呈輻射狀自里向外射向筒壁,這樣在氣?液界面處建立起具有一定高度的泡沫區。根據氣液的相對動量,泡沫柱沿筒體上下移動,煙氣與大面積且不斷更新的液體表面接觸,在泡沫區即發生粒子的捕集及氣體的吸收,相應進行熱量的傳遞,從而達到煙氣的凈化和煙氣溫度的降低。隨后煙氣和循環液進入氣液分離槽進行氣?液分離,經分離后的氣體進入氣體冷卻塔。洗滌液大部分直接進入一級動力波洗滌器循環使用,少部分洗滌液引入圓錐沉降槽進行液?固分離,從而減少由于循環液中含固量增大而造成對設備、管道的磨損及管道的堵塞。圓錐沉降槽中的上清液流入上清液貯槽,大部分泵入頂部高位槽,作為事故噴嘴和頂部溢流堰使用,少部分泵送廢酸處理系統。圓錐沉降槽的底流定期泵入鉛壓濾機進行固?液分離,回收鉛濾餅。

在一級動力波洗滌器中已近飽和的煙氣進入氣體冷卻塔進行氣水分離,為排出系統的熱量,在氣體冷卻塔循環泵后設置稀酸板式冷卻器,用循環水間接冷卻。經冷卻后的稀酸進入氣體冷卻塔分酸槽自上往下淋灑,使煙氣進一步降溫、降塵,出口煙氣溫度降至40℃以下。冷凝下來的水分,通過循環泵出口管上設置的管線串入一級高效洗滌器。

氣體冷卻塔出來的煙氣進入二級動力波洗滌器反向噴射筒,通過一段噴嘴逆向噴射循環液,按一級動力波洗滌器的洗滌原理和過程,在二級動力波洗滌器中進一步使殘留在煙氣中的As、F等雜質除去。凈化系統的補充水由此加入,并通過循環泵出口設置的管線串入氣體冷卻塔。

經二級動力波洗滌器出來的煙氣進入一級和二級電除霧器,酸霧被除去,煙氣凈化出口的酸霧量(標態)≤5mg/m3,然后通過煙氣管道進入干吸系統的干燥塔。

2)干吸(干燥、吸收)

采用低位高效的干吸工藝對凈化后的煙氣進行干燥,并將轉化后生成的SO₃煙氣吸收,制取硫酸產品。為一級干燥、兩次吸收工藝。

來自煙氣凈化工序二級電除霧器的煙氣由干燥塔的下部進入,與自上而下噴淋的95%硫酸通過填料層充分接觸,利用濃硫酸的吸水性,將煙氣中的水分干燥到(標態)0.1g/m3以下;干燥后的煙氣通過設置在干燥塔頂部的不銹鋼金屬絲網捕沫器除去夾帶的酸沫后,由SO₂主鼓風機送轉化工序。干燥循環酸自干燥塔的底部流入干燥循環泵槽,然后由泵打入AP酸冷卻器,與冷卻水間接換熱后,再經干燥塔分酸裝置分酸后循環使用。

來自轉化工序的一次轉化煙氣(97%的SO₂已被轉化成SO₃,溫度約190℃)進入第一吸收塔,用98.3%硫酸吸收SO₃后,經設置在中間吸收塔頂部的高效纖維捕沫器除去霧粒后送往二次轉化。一吸塔循環酸自一吸塔的底部流入一吸塔循環泵槽,然后由泵打入AP酸冷卻器,與冷卻水間接換熱后,再經第一吸收塔分酸裝置分酸后循環使用。

來自轉化工序的二次轉化煙氣(累計99.8%以上的SO₂已被轉化成SO₃,溫度約180℃)進入第二吸收塔,同樣采用98.3%硫酸吸收。二次吸收后(總吸收率>99.99%)的尾氣經高效纖維捕沫器除去霧粒后,由硫酸煙囪(H=100m,Φ=2300mm)排入環境。二吸塔循環酸自吸收塔的底部流入二吸塔循環泵槽,然后由泵打入AP酸冷卻器,與冷卻水間接換熱后再經第二吸收塔分酸裝置分酸后循環使用。

串酸方式:干燥酸通過干燥塔循環泵,在經酸冷卻器前,串至第一吸收塔入口酸管道;一吸塔酸通過一吸塔循環泵,在經酸冷卻器后,串至干燥塔循環泵槽;二吸塔酸通過二吸塔循環泵,在經酸冷卻器前,串至成品酸中間槽,再經成品酸輸送泵送入成品酸冷卻器,與冷卻水間接換熱后,送往酸庫的成品酸貯槽。

3)轉化工序

從SO₂鼓風機來的冷SO₂混合煙氣進入冷熱交換器,和1#余熱鍋爐出來的煙氣換熱后進入轉化器的第Ⅰ內熱交換器,由轉化一層出口的煙氣換熱升溫到395℃左右,進入轉化器第Ⅰ觸媒層進行氧化反應。通過調節由2#余熱鍋爐出口引出的循環風量(經三層轉化的一次氣),將一層出口煙氣溫度控制在620℃左右。反應后的熱SO₃煙氣經第Ⅰ內熱交換器換熱到440℃左右進入轉化器第Ⅱ觸媒層進行氧化反應。反應后537℃左右的熱SO₃煙氣經第Ⅱ內熱交換器冷卻到450℃進入轉化器第Ⅲ觸媒層進行氧化反應。此時91%~92%的SO₂被轉化成SO₃氣體,煙氣溫度為484℃左右,進入2#余熱鍋爐回收熱量。2#余熱鍋爐出口的煙氣溫度為280℃左右,由高溫循環風機引出一小部分煙氣進入轉化一層,其余進入2#省煤器進一步降溫至240℃,然后進入冷再熱交換器換熱到165℃左右進入一吸塔。吸收SO₃后的二次冷SO₂混合煙氣進入冷再熱交換器換熱后,首先進入轉化器的第Ⅳ內熱交換器與第四層出口煙氣換熱,然后進入轉化器的第Ⅱ內熱交換器與第二層出口煙氣進一步換熱,升溫至415℃左右進入轉化器第Ⅳ觸媒層進行氧化反應。反應后458℃左右的熱SO₃煙氣經轉化器的第Ⅳ內熱交換器冷卻到380℃左右進入轉化器第Ⅴ觸媒層進行氧化反應。經二次轉化后SO₂總轉化率≥99.87%,溫度為382℃左右,進入1#余熱鍋爐和省煤器回收熱量。1#省煤器出口煙氣溫度為280℃左右,進入冷熱交換器進一步降溫至158℃左右送往二吸塔,吸收其中的SO₃,經二次轉化后SO₂總轉化率≥99.87%。

(3)電解工段

電解工段采用不銹鋼陰極法。其工藝流程及污染源分布詳見圖2?9。

由陽極爐工段產出的合格陽極板經陽極整形排板機組矯耳、銑耳、壓平、排板后按極距100mm排列,由半自動專用吊車吊入電解槽。與此同時,可重復使用的不銹鋼陰極板也按極距100mm排列吊入電解槽,在注入電解液(溫度65℃,含銅40~50g/L)和接通直流電源(槽電壓0.4V,電流密度300A/m2)后,即開始電解作業。電解作業的陰極周期10d,陽極周期20d。經過一個陰極周期的陰極由吊車送至陰極洗滌剝片機組,剝下的陰極銅經稱量打包貼標簽后送成品庫,不銹鋼陰極經重新排板吊回電解槽。殘陽極經殘極洗滌堆垛機組處理后由叉車送至熔煉車間。

電解液由循環槽經液下循環泵泵至板式換熱器加熱至65℃左右后進入高位槽。電解液由高位槽經分液包自流至各個電解槽。電解槽供液采用槽底中央給液方式,由槽面兩端溢流出的電解液匯總后返回循環槽。為保證電解液的潔凈度,配備了專用的凈化過濾機,循環系統每天抽取電解液循環量的25%經凈化過濾機過濾后,返回循環系統。根據電解液中雜質的情況,每天抽取部分電解液送凈液工段處理,保證電解系統電解液中銅及雜質濃度不超過極限值。

出裝槽時,上清液流入上清液貯槽,全部經凈化過濾機過濾后返回循環系統;排出的陽極泥漿經溜槽至陽極泥地坑,經濃密機沉降分離后再經壓濾機壓濾,濾液流入上清液儲槽,再經凈化過濾機過濾后返回循環系統;濾渣即為陽極泥,由稀貴金屬公司處理,回收貴金屬。

(4)凈液工段

主要處理從電解工段抽取的不潔電解液,在脫除雜質后將其返回電解工段循環使用。采用真空蒸發濃縮、水冷結晶生產粗硫酸銅?誘導法脫銅及雜質?電熱蒸發濃縮、水冷結晶生產粗硫酸鎳的工藝流程。

凈液工段的工藝流程及其污染源分布如圖2?10所示。

凈液系統每天從電解工段抽取300m3電解液進入脫銅電積高位槽,經板式換熱器加熱后進入高位槽,高位槽中的電解液流入一次脫銅電解槽,經電解產出標準電銅,在脫銅的同時脫除砷、銻和鉍等雜質。一次電積后液泵送到真空蒸發器組進行連續蒸發濃縮。蒸發后液送至水冷結晶槽,多臺水冷結晶槽階梯布置連續作業,結晶漿液由較低的水冷結晶槽自流至帶式真空過濾機進行分離,過濾液流入結晶母液槽,分離出的粗硫酸銅。結晶母液泵送至板式換熱器加熱到約60℃后至脫銅電解槽。脫銅電解槽88個分成10組,每組8個,呈階梯布置,溶液由高端進低端出。脫銅電解每組上段3槽的陰極每9天出槽一次,吊出的陰極經過洗滌、堆剁后由叉車返熔煉系統,下段5槽的陰極每3天一次出槽,人工清理表面沉積物后返熔煉系統。出槽時上清液排至上清液貯槽,經過濾后返回脫銅電解槽,排出的陽極泥經溜槽至地坑,由泵送至壓濾機進行過濾,濾液隨上清液一起過濾后返回脫銅電解槽,分離出黑銅粉,脫銅終液返回電解工段。

脫銅電解產出的黑銅板(含銅90%)送奧爐處理,黑銅粉(含銅50%)返回閃速熔煉車間;濾液送至二次脫銅電解槽,見圖2?10。

(5)渣選礦車間

碎磨采用液壓破碎+一段粗碎+半自磨+球磨工藝流程;浮選采用兩段選別工藝,即一段浮選直接得最終精礦,二段浮選泡沫產品經過三次精選得最終精礦,兩次掃選后拋尾,中礦循序返回;精、尾礦的脫水采用常規的濃密?過濾兩段脫水工藝流程,含水12%左右的銅精礦用汽車運至冶煉廠的精礦倉,含水10%~12%的尾礦,含鐵約40%,可作為水泥廠的摻和料。

渣選礦工藝流程詳見圖2?11。

2.1.2.3　廢水來源及處理設施

B公司產生的廢水可分為污酸、含重金屬離子酸性廢水、職工生活污水。

(1)廢酸處理

廢酸處理系統采用Na₂S法處理工藝,回收廢酸中的砷和銅等有價重金屬元素,廢酸處理工藝流程及污染源分布詳見圖2?12。

來自硫酸凈化工序的廢酸置于原液槽,由原液槽用泵泵入硫化反應槽,并加入Na₂S溶液在攪拌的情況下進行充分反應,反應后液流入硫化濃密機進行沉降分離,濃密機中的上清液流入硫化濾液槽,并用泵送至廢水處理工序。濃密機底流主要是硫化反應生成的Cu₂S和As₂S₃等通過壓濾機給液泵泵入脫硫壓濾機進行固液分離,過濾液返回硫化濃密機,壓濾渣送硫化濾餅庫貯存。

(2)含重金屬離子酸性廢水

含重金屬離子酸性廢水主要有冰銅水淬廢水、閃速吹煉渣水淬廢水、廢酸處理排出液、電解及凈液工段排出的酸堿廢水、化驗室廢水(車間出口處設中和池預處理)、全廠可能被煙塵和酸污染場地的場面廢水(包括平時的沖洗水和下雨初期收集的雨水)等。

廢水處理站采用石灰石?石灰兩段中和處理工藝(見圖2?13),廢水處理達到《污水綜合排放標準》一級標準后回用于廢水處理站的石灰石乳漿化、電石渣漿化藥劑配置和冰銅水淬及閃速吹煉爐渣水淬,不外排。

(3)職工生活污水

生活污水經廠內化糞池預處理后進入園區污水處理廠處理達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)一級標準B標準后排放。

2.1.2.4　廢水污染源識別

為進行廢水污染源識別,分別對各排放口及排水節點進行分析,結果如表2?3所列。

結合表中數據和前期水量調研,進行水平衡分析如圖2?14所示。

廢水的監測結果見表2?4~表2?6。