探讨铜冶炼烟尘处理技术

何宗庆，付晓光，王立新

摘要：铜冶炼烟尘是铜火法冶炼中产出的典型危废，具有砷及有价金属含量高的特点，运输及处理过程中极易造成环境污染，对其就地资源化利用日益受到企业重视。国内外针对铜烟尘处理开展了大量研究，大致分为火法和湿法两大类。早期火法应用较多，目前以湿法为主。根据反应介质的不同，湿法可分为硫酸、氯盐和碱性体系三种。硫酸体系易与主工艺流程结合，应用最广，具有较强的竞争力。由于各企业烟尘性质存在差别，处理工艺多样，小型企业多采用硫酸常压浸出—鼓风炉工艺，溶液中砷以砷酸铁等形式沉淀。

关键词：金属冶炼；烟尘处理；环保措施

前言

近年来，我国的铜冶炼行业进步迅猛，极大地带动了我国工业化的进步，为经济发展增添强大的动力。不过，随之而来的是一些环保问题。铜冶炼过程会排放大量的有害烟尘，包含诸多有害物质，严重地破坏了自然环境。因此，探究铜冶炼过程中的烟尘处理技术对于环境保护具有重要的意义。国内外针对烟尘处理进行了大量研究及生产实践，大致可分为火法和湿法两大类。火法主要是将砷挥发进入烟尘，焙砂浸出回收铜等，早期工业应用较多，但砷回收率低，难以避免砷污染问题。湿法可分为硫酸体系、氯盐体系和碱性体系几大类，近几年针对碱性浸出工艺进行了大量研究，但该工艺成本相对较高，砷以砷酸钠形式进入溶液，需进行转化回收。由于硫酸体系处理技术成熟，易与主工艺流程结合，工业生产中多采用硫酸浸出工艺处理烟尘，铅渣经火法熔炼生产电铅，或送铅冶炼企业进行处理，高砷浸出液多采用二氧化硫还原生产三氧化二砷，低砷溶液多采用铁盐法沉淀砷酸铁。国家及行业相关污染防治政策及法案的出台，使得企业对危险废物无害化处理高度重视，含砷物料的就地协同处理及砷的产品化是今后发展的重要方向。

1我国铜冶炼工业背景

1.1 国内铜矿冶概况

近几年来，我国铜工业在规模和装备水平上有了很大的发展，各大炼铜企业的设备、技术已达到国际先进水平，高污染的工艺、设备被淘汰、替代，自主开发了闪速熔炼工艺；还引进了方圆氧底吹熔炼多金属捕集工艺，经本土化改造后，能耗、炉龄、废气排放等方面与欧美同类冶炼方法相当。

1.2 国内炼铜工艺

我国主要有两种铜冶炼技术。一种是火法炼铜，是最为常用的产铜方法，特别是硫化铜火法炼铜。它的生产一般包括配制、冶炼、吹炼、精制、电解等工序，最终产品是一种电解铜。第二种是湿法炼铜，采用溶剂浸出矿石或焙烧矿中的铜，在常温、高压条件下，用净水法分离铜与杂质，最后用萃取电积法从溶液中提取铜。

2铜冶炼烟尘处理综述

铜冶炼中的烟尘处理就是消除或降低铜冶炼中的烟尘污染，使其中有价组分得到充分利用的工艺。铜精矿冶炼生产中，原料的配制及各工序火法炼铜，由于燃料燃烧、气流携带、金属挥发、高温等物理、化学作用，不可避免地会产生大量的烟灰。烟道气中主要含有硫氧化物、坤氧化物、一氧化碳等气体污染物，烟气中含有铜等多种金属和化合物，还含有硒、碲、金、银等多种高综合利用价值的稀有金属。所以，熔炼过程中的烟灰如不净化回收，不仅会严重污染大气，而且会造成资源的严重浪费。铜冶炼烟尘的治理，首先要用封闭罩遮盖产灰设备，并从罩子上抽吸含尘气流，防止烟尘散失，然后将含尘气流送到除尘装置进行净化，将收集的烟尘经过适当处理，或者送回熔炼系统，或者对含有价元素的烟尘进行综合回收或无害化处理。

铜冶炼烟尘可以采用干法、湿法工艺来进行。除尘设备由重力沉降器、旋风除尘器、布袋除尘器、静电除尘器等组成，采用干法回收烟尘，所得烟尘干燥便于下一步处理。湿法除尘技术主要应用Venturi除尘器、冲击式除尘器、泡沫除尘器、湍球塔等，其回收的是不利于综合利用的泥料，同时也存在着污水处理、稀有金属流失、设备腐蚀、堵塞等问题。

3我国铜冶炼烟尘处理技术

3.1 烟尘处理技术

铜冶炼烟尘处理技术分为干式处理和和湿式处理。目前，大多数铜冶炼厂采用干式处理法。干式除尘法常用的设备有沉淀室、滤袋除尘器、旋风除尘器、静电除尘器等。这些设备可以单独使用，也可组合使用。使用时要考虑烟尘温度、含尘量、含水量、烟尘比电阻等因素。湿法除尘技术适用于去除含水量高的烟尘，收集的烟尘与浆液相同，易腐蚀设备管道，并产生大量废水，这些废水的处理难度大，因而其在铜冶炼烟尘处理中的使用较少。

3.2 我国铜冶炼烟尘处理领域的发展现状

我国工业进行大规模的整改后，落后工艺被淘汰、更新；铜冶炼市场准入条件收紧，产能盲目扩张的问题得到有效抑制；国土局、环保局出台了土地利用、环境保护以及相关行业规章制度等行政措施，关闭了生产工艺和设施老化的小型铜冶炼厂，禁止违规建设高能耗、高污染的铜冶炼项目。目前，我国铜冶炼行业缺乏对重金属污染治理亟待解决的、共性的、重要核心技术的研发投入，缺乏基础的环境研究与评价，以及污染物来源分析技术的研究。在铜冶炼企业，重金属污染治理研究与示范、重金属污染物在线监测、环境污染应急处置、清洁生产、土壤和田间污染修复等重要课题全都处于起步阶段。

我国重金属冶金行业的布局、选址缺乏合理、统一的规划。一些铜冶炼企业建设于河岸、居民区或者环境保护地区等生态、资源承受能力弱的地区，对其所在的周边生态环境构成严重威胁。尽管经过工业大改革，铜冶炼行业的发展格局在很长一段时间内也并未真正改变的，一些企业仍深深扎根于那些生态本就脆弱的地区，产业结构政策落实不到位，环境准入制度和环境影响评价制度执行不严格，采矿工作乱象丛生，高污染乱排放；这样用生态效益去换经济效益，最终只会酿成无可挽回的后果。

4铜冶炼烟尘处理的环保措施

如前所述，我国铜冶炼的快速发展在一定程度上促进了我国社会和工业的发展，促进了宏观经济的发展，但也随之带来了一些环境问题。为此，笔者经过大量的文献查阅，结合多年铜冶炼企业的从业经验，总结出一些可以有效改善铜冶炼烟尘处理效果，实现提高经济效益和环境效益的目标。

4.1 物理除尘

粗铜生产过程中产生的烟尘对空气污染十分严重，必须引起足够的重视，对其进行及时有效的处理。物理除尘工业烟尘处理的常用方法，主要包括重力除尘、惯性除尘、离心力除尘。根据作用力的不同，除尘器的可分为重力沉降器、惯性除尘器以及旋风除尘器。重力沉降器利用烟雾和气体密度不同，使含尘气体中的尘埃粒子由于自身的重力自然地沉降在气流中。重力分离器价格低廉，结构简单、易于操作，压力损失小，还可以处理热气流延误。但重力沉降器只能在短距离内捕获灰尘颗粒，以及只能收集颗粒比较大的灰尘。重力除尘效率较低，只能用于初级烟雾除尘，开展高效除尘之前的准备除尘。旋风除尘的原理是利用差速离心机，使含有灰尘的气流、烟雾发生高速旋转，并利用颗粒质量不同而产生的离心力不同，分离出气体中的颗粒污染物。旋风除尘器结构简单、操作维修方便，体积小、成本低、功耗低，压力损失不高。此外，旋风除尘器可以使用由各种耐高温、耐腐蚀的材料制成，适用于高温高压烟尘的处理，干燥后的颗粒也可直接回收，其被广泛应用于各个工业领域。

4.2 静电除尘

静电除尘是利用静电场使烟尘电离，使烟尘粒子带上电荷，从而被电极吸附的高效除尘方法。在冶金、化工等行业净化气体、回收烟尘都有较为广泛的应用。当含有烟尘的气流经过高压静电时，空气中的分子会被电离为阳离子与电子，烟尘粒子与电子相结合，并带上负电，然后移动到阳极。在这个过程中，灰尘粒子就被吸附到阳极上，可以进行收集。静电除尘有着独特的优势：其气流流速低，压力损失非常小；操作非常简单，可通过计算机进行控制，实现远距离的、精准的除尘工作；静电除尘可以去除的颗粒直接范围较广，能耗也低于其他除尘系统。值得一提的是，静电除尘可以进行大体积烟雾的除尘工作，这意味着除尘效率非常之高。

4.3 化学试剂除尘

化学除尘也就是湿法除尘，是一种利用化学溶液试剂与含尘烟雾接触，使烟尘颗粒溶于液体，或与溶液发生化学反应，以使气体与烟尘分离，净化气流的方法。湿法除尘不仅可以清除废气中存在的固体颗粒污染物，还可以去除气体污染物，降低气体温度，操作简单、成本低、清洁率高，适用于净化不溶于水的气流；此外，溶于溶液的烟尘物质也可以通过相关化学手段进行提取、利用，十分节约资源。但是，湿法除尘需要选择耐腐蚀的管道设备，要按时对污水污泥进行清除。

湿法除尘有硫酸体系、氯盐体系等。铜冶炼烟尘中的金属主要以氧化物、硫酸盐等形式存在，较易溶于硫酸中，且硫酸体系易与主工艺流程结合，避免浸出剂对主系统的影响，溶液处理工艺较为成熟。目前工业生产中企业多采用硫酸直接浸出法处理白烟尘，经一段或两段逆流浸出后，铜、锌、砷等浸出进入溶液。为避免系统酸度过高问题，也有企业采用直接水浸工艺，浸出液呈弱酸性，但浸出率相对较低，高酸浸出可有效提高铜、砷的浸出率。如日本小坂冶炼厂采用锌渣高酸浸出液处理烟尘，经两段浸出后浓密，底流采用硫酸铁浸出，铅渣送回转炉回收铅。当烟尘中硫化铜比例较高时，工业生产中可通过鼓入空气或加入双氧水和二氧化锰等氧化剂进行氧化浸出以提高浸出率。

4.4 进口优质铜矿

推进清洁工业生产，控制污染物的排放，也要从源头落实原材料选购的指导方针。我国的铜矿情况复杂，品质不高，冶炼过程中不仅耗能严重，也会产生严重的污染。因此，要大量引进有害金属含量低、符合国家标准的原矿。

结语

综上所述，铜是支撑我国经济、科技、基建发展的重要原材料，也是造成环境污染的主要项目之一。在经济全球化背景下，我国的社会经济发展正朝着国际化、全球化的方向迅猛发展。同时，我国坚持人与自然和谐发展的理念，在提高经济效益时兼顾环境效益，将经济与环境保护放在同一位置，促进经济与环境的共同进步。铜冶炼固然重要，其烟尘废气的环保处理也同样至关重要。提高冶炼烟尘除尘效率是解决铜冶炼烟气污染的重要环节。随着社会发展步伐加快，环境保护意识逐渐被人们越来越重视。强调人与自然的和谐发展，既保证了经济发展、有效提高社会发展的经济效益，也能为国民生活的正常进行提供用之不竭的财富瑰宝。

参考文献：

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