2.1.2 闪速熔炼—闪速吹炼—火法精炼—电解精炼工艺产排污节点分析_铜冶炼行业水污染源解析及控制技术-QQ阅读男生武侠网

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2.1.2　闪速熔炼—闪速吹炼—火法精炼—电解精炼工艺产排污节点分析

2.1.2.1　企业概况

企业采用“闪速熔炼—闪速吹炼—阳极炉精炼—大极板电解—动力波洗涤净化、两转两吸制酸”工艺处理铜精矿,年产能产阴极铜40万吨、硫酸145万吨、黄金6.06吨、白银180.8吨。

2.1.2.2　生产工艺流程

B铜业分公司工艺采取“铜精矿蒸汽干燥—闪速熔炼—闪速吹炼—阳极炉精炼—大极板PC电解—动力波稀酸洗涤净化、两转两吸制酸”工艺。

(1)熔炼

熔炼工艺流程及其污染源分布详见图2⁃7。

1)配料工序

设置22个200t的配料仓,其中16个用于铜精矿,3个用于石英砂,2个用于闪速熔炼渣经选矿后的渣精矿,1个用于吹炼渣。每个配料仓下都配置了定量电子配料秤,采用计算机在线控制自动配料,使闪速炉炉料配料精度达到1/100。配料后的精矿由胶带运输机送往干燥工序。

2)精矿干燥

精矿干燥采用蒸汽干燥工艺。建有2台能力为150t/h的蒸汽干燥机,以闪速炉余热锅炉产出的蒸汽为热源,炉料在蒸汽干燥机内停留1~1.5h,水分从8%~10%干燥到0.3%。蒸汽干燥机排出的含尘烟气[浓度(标态)100~300g/m3]首先进入沉尘室收集大量精矿烟尘,随后再经布袋除尘器除尘后,通过高出干燥厂房10m的排气筒排出。收集的精矿烟尘与干燥后的精矿混合送入精矿中间仓贮存。

中间仓内的精矿分别流入互相独立的两组高压输送罐内,在无水压缩空气的作用下,精矿与压缩空气的混合物通过输送管道输送至闪速熔炼炉炉顶的干矿仓。干矿仓贮存量为600t。

3)闪速炉熔炼工序

贮存在闪速熔炼炉炉顶干矿仓的炉料经失重计量装置计量后,由给料螺旋连续给入闪速熔炼炉精矿喷嘴,在分散风与工艺风共同作用下,物料从精矿喷嘴喷出后呈高度弥散状态,在反应塔的高温空间中迅速完成熔炼反应。在一定氧气浓度下,熔炼反应完全可以自热进行,热量不足时由氧油烧咀补充一部分热量。反应塔的工艺风为常温富氧空气。

反应生成的熔体在沉淀池内分离成冰铜(含铜70%)和炉渣(含铜2.3%)。

冰铜定期通过溜槽流入冰铜粒化装置。粒化装置采用高压水将高温的冰铜熔体粒化成1~2mm的固体冰铜粒。粒化装置还配有斗式提升机,脱水(循环使用)后的冰铜粒用胶带运输机输送到冰铜贮存仓。冰铜粒化装置产生的大量水蒸气由强制通风设施捕集后排放。

图2⁃7　熔炼工艺流程及其污染源分布

炉渣流入11m的渣包,用专用渣包车运至缓冷场缓冷后送渣选矿车间处理。渣选矿选出的渣精矿(含铜28%)返回闪速熔炼炉,渣选尾矿(含铜0.4%,主要成分为Fe和SiO₂),外售给水泥厂作为配料。

4)闪速炉吹炼工序

闪速吹炼炉以闪速熔炼炉产出的冰铜为原料,其反应过程与闪速熔炼炉相似。贮存在四个贮仓内的冰铜由设在仓下的电子皮带秤定量给出并运送到冰铜磨碎机磨碎,由干燥机(以天然气为燃料)干燥。获得的冰铜粉用气流输送到闪速吹炼炉顶的冰铜仓。石灰熔剂及烟尘等配料采用气流输送到闪速吹炼炉顶。冰铜、石灰、烟尘各自配备有失重计量装置,分别计量后加入闪速吹炼炉。

冰铜粉熔剂由中央冰铜喷嘴喷入闪速吹炼炉,在反应塔内与鼓入的富氧空气完成吹炼反应。反应生成的熔体在沉淀池内分离成粗铜(含铜98.2%~98.5%)和炉渣(含铜20%)。粗铜定期通过溜槽流入回转式阳极炉。炉渣经高压水粒化、脱水后返回闪速熔炼炉。

5)阳极炉精炼工序

来自吹炼工段的粗铜在阳极炉内经氧化期、还原期和保温期等作业周期得阳极铜(含Cu99.5%),阳极精炼以天然气为燃料,氧化期鼓入压缩空气,将铜液中残留的硫和各种杂质元素氧化后脱去;在还原期鼓入天然气,将被过量空气氧化的少量铜还原。精炼得到的铜液经浇铸机铸出的合格阳极板运往电解车间,不合格阳极板和电解工段返回的残极送竖炉熔化后再浇铸。

(2)制酸系统

制酸工艺段主要包括烟气净化、干吸、转化等工序,其工艺流程及污染源分布详见图2⁃8。

1)烟气净化

净化采用稀酸洗涤绝热蒸发工艺,其流程为“一级动力波洗涤器+气体冷却塔+二级动力波洗涤器+二级电除雾器”。

烟气首先进入一级动力波洗涤器的反向喷射筒,与由大口径喷嘴逆向喷入的液体相撞,迫使液体呈辐射状自里向外射向筒壁,这样在气⁃液界面处建立起具有一定高度的泡沫区。根据气液的相对动量,泡沫柱沿筒体上下移动,烟气与大面积且不断更新的液体表面接触,在泡沫区即发生粒子的捕集及气体的吸收,相应进行热量的传递,从而达到烟气的净化和烟气温度的降低。随后烟气和循环液进入气液分离槽进行气⁃液分离,经分离后的气体进入气体冷却塔。洗涤液大部分直接进入一级动力波洗涤器循环使用,少部分洗涤液引入圆锥沉降槽进行液⁃固分离,从而减少由于循环液中含固量增大而造成对设备、管道的磨损及管道的堵塞。圆锥沉降槽中的上清液流入上清液贮槽,大部分泵入顶部高位槽,作为事故喷嘴和顶部溢流堰使用,少部分泵送废酸处理系统。圆锥沉降槽的底流定期泵入铅压滤机进行固⁃液分离,回收铅滤饼。

在一级动力波洗涤器中已近饱和的烟气进入气体冷却塔进行气水分离,为排出系统的热量,在气体冷却塔循环泵后设置稀酸板式冷却器,用循环水间接冷却。经冷却后的稀酸进入气体冷却塔分酸槽自上往下淋洒,使烟气进一步降温、降尘,出口烟气温度降至40℃以下。冷凝下来的水分,通过循环泵出口管上设置的管线串入一级高效洗涤器。

图2⁃8　制酸工艺流程及污染源分布

气体冷却塔出来的烟气进入二级动力波洗涤器反向喷射筒,通过一段喷嘴逆向喷射循环液,按一级动力波洗涤器的洗涤原理和过程,在二级动力波洗涤器中进一步使残留在烟气中的As、F等杂质除去。净化系统的补充水由此加入,并通过循环泵出口设置的管线串入气体冷却塔。

经二级动力波洗涤器出来的烟气进入一级和二级电除雾器,酸雾被除去,烟气净化出口的酸雾量(标态)≤5mg/m3,然后通过烟气管道进入干吸系统的干燥塔。

2)干吸(干燥、吸收)

采用低位高效的干吸工艺对净化后的烟气进行干燥,并将转化后生成的SO₃烟气吸收,制取硫酸产品。为一级干燥、两次吸收工艺。

来自烟气净化工序二级电除雾器的烟气由干燥塔的下部进入,与自上而下喷淋的95%硫酸通过填料层充分接触,利用浓硫酸的吸水性,将烟气中的水分干燥到(标态)0.1g/m3以下;干燥后的烟气通过设置在干燥塔顶部的不锈钢金属丝网捕沫器除去夹带的酸沫后,由SO₂主鼓风机送转化工序。干燥循环酸自干燥塔的底部流入干燥循环泵槽,然后由泵打入AP酸冷却器,与冷却水间接换热后,再经干燥塔分酸装置分酸后循环使用。

来自转化工序的一次转化烟气(97%的SO₂已被转化成SO₃,温度约190℃)进入第一吸收塔,用98.3%硫酸吸收SO₃后,经设置在中间吸收塔顶部的高效纤维捕沫器除去雾粒后送往二次转化。一吸塔循环酸自一吸塔的底部流入一吸塔循环泵槽,然后由泵打入AP酸冷却器,与冷却水间接换热后,再经第一吸收塔分酸装置分酸后循环使用。

来自转化工序的二次转化烟气(累计99.8%以上的SO₂已被转化成SO₃,温度约180℃)进入第二吸收塔,同样采用98.3%硫酸吸收。二次吸收后(总吸收率>99.99%)的尾气经高效纤维捕沫器除去雾粒后,由硫酸烟囱(H=100m,Φ=2300mm)排入环境。二吸塔循环酸自吸收塔的底部流入二吸塔循环泵槽,然后由泵打入AP酸冷却器,与冷却水间接换热后再经第二吸收塔分酸装置分酸后循环使用。

串酸方式:干燥酸通过干燥塔循环泵,在经酸冷却器前,串至第一吸收塔入口酸管道;一吸塔酸通过一吸塔循环泵,在经酸冷却器后,串至干燥塔循环泵槽;二吸塔酸通过二吸塔循环泵,在经酸冷却器前,串至成品酸中间槽,再经成品酸输送泵送入成品酸冷却器,与冷却水间接换热后,送往酸库的成品酸贮槽。

3)转化工序

从SO₂鼓风机来的冷SO₂混合烟气进入冷热交换器,和1#余热锅炉出来的烟气换热后进入转化器的第Ⅰ内热交换器,由转化一层出口的烟气换热升温到395℃左右,进入转化器第Ⅰ触媒层进行氧化反应。通过调节由2#余热锅炉出口引出的循环风量(经三层转化的一次气),将一层出口烟气温度控制在620℃左右。反应后的热SO₃烟气经第Ⅰ内热交换器换热到440℃左右进入转化器第Ⅱ触媒层进行氧化反应。反应后537℃左右的热SO₃烟气经第Ⅱ内热交换器冷却到450℃进入转化器第Ⅲ触媒层进行氧化反应。此时91%~92%的SO₂被转化成SO₃气体,烟气温度为484℃左右,进入2#余热锅炉回收热量。2#余热锅炉出口的烟气温度为280℃左右,由高温循环风机引出一小部分烟气进入转化一层,其余进入2#省煤器进一步降温至240℃,然后进入冷再热交换器换热到165℃左右进入一吸塔。吸收SO₃后的二次冷SO₂混合烟气进入冷再热交换器换热后,首先进入转化器的第Ⅳ内热交换器与第四层出口烟气换热,然后进入转化器的第Ⅱ内热交换器与第二层出口烟气进一步换热,升温至415℃左右进入转化器第Ⅳ触媒层进行氧化反应。反应后458℃左右的热SO₃烟气经转化器的第Ⅳ内热交换器冷却到380℃左右进入转化器第Ⅴ触媒层进行氧化反应。经二次转化后SO₂总转化率≥99.87%,温度为382℃左右,进入1#余热锅炉和省煤器回收热量。1#省煤器出口烟气温度为280℃左右,进入冷热交换器进一步降温至158℃左右送往二吸塔,吸收其中的SO₃,经二次转化后SO₂总转化率≥99.87%。

(3)电解工段

电解工段采用不锈钢阴极法。其工艺流程及污染源分布详见图2⁃9。

图2⁃9　电解工艺流程及污染源分布

由阳极炉工段产出的合格阳极板经阳极整形排板机组矫耳、铣耳、压平、排板后按极距100mm排列,由半自动专用吊车吊入电解槽。与此同时,可重复使用的不锈钢阴极板也按极距100mm排列吊入电解槽,在注入电解液(温度65℃,含铜40~50g/L)和接通直流电源(槽电压0.4V,电流密度300A/m2)后,即开始电解作业。电解作业的阴极周期10d,阳极周期20d。经过一个阴极周期的阴极由吊车送至阴极洗涤剥片机组,剥下的阴极铜经称量打包贴标签后送成品库,不锈钢阴极经重新排板吊回电解槽。残阳极经残极洗涤堆垛机组处理后由叉车送至熔炼车间。

电解液由循环槽经液下循环泵泵至板式换热器加热至65℃左右后进入高位槽。电解液由高位槽经分液包自流至各个电解槽。电解槽供液采用槽底中央给液方式,由槽面两端溢流出的电解液汇总后返回循环槽。为保证电解液的洁净度,配备了专用的净化过滤机,循环系统每天抽取电解液循环量的25%经净化过滤机过滤后,返回循环系统。根据电解液中杂质的情况,每天抽取部分电解液送净液工段处理,保证电解系统电解液中铜及杂质浓度不超过极限值。

出装槽时,上清液流入上清液贮槽,全部经净化过滤机过滤后返回循环系统;排出的阳极泥浆经溜槽至阳极泥地坑,经浓密机沉降分离后再经压滤机压滤,滤液流入上清液储槽,再经净化过滤机过滤后返回循环系统;滤渣即为阳极泥,由稀贵金属公司处理,回收贵金属。

(4)净液工段

主要处理从电解工段抽取的不洁电解液,在脱除杂质后将其返回电解工段循环使用。采用真空蒸发浓缩、水冷结晶生产粗硫酸铜⁃诱导法脱铜及杂质⁃电热蒸发浓缩、水冷结晶生产粗硫酸镍的工艺流程。

净液工段的工艺流程及其污染源分布如图2⁃10所示。

净液系统每天从电解工段抽取300m3电解液进入脱铜电积高位槽,经板式换热器加热后进入高位槽,高位槽中的电解液流入一次脱铜电解槽,经电解产出标准电铜,在脱铜的同时脱除砷、锑和铋等杂质。一次电积后液泵送到真空蒸发器组进行连续蒸发浓缩。蒸发后液送至水冷结晶槽,多台水冷结晶槽阶梯布置连续作业,结晶浆液由较低的水冷结晶槽自流至带式真空过滤机进行分离,过滤液流入结晶母液槽,分离出的粗硫酸铜。结晶母液泵送至板式换热器加热到约60℃后至脱铜电解槽。脱铜电解槽88个分成10组,每组8个,呈阶梯布置,溶液由高端进低端出。脱铜电解每组上段3槽的阴极每9天出槽一次,吊出的阴极经过洗涤、堆剁后由叉车返熔炼系统,下段5槽的阴极每3天一次出槽,人工清理表面沉积物后返熔炼系统。出槽时上清液排至上清液贮槽,经过滤后返回脱铜电解槽,排出的阳极泥经溜槽至地坑,由泵送至压滤机进行过滤,滤液随上清液一起过滤后返回脱铜电解槽,分离出黑铜粉,脱铜终液返回电解工段。

脱铜电解产出的黑铜板(含铜90%)送奥炉处理,黑铜粉(含铜50%)返回闪速熔炼车间;滤液送至二次脱铜电解槽,见图2⁃10。

(5)渣选矿车间

碎磨采用液压破碎+一段粗碎+半自磨+球磨工艺流程;浮选采用两段选别工艺,即一段浮选直接得最终精矿,二段浮选泡沫产品经过三次精选得最终精矿,两次扫选后抛尾,中矿循序返回;精、尾矿的脱水采用常规的浓密⁃过滤两段脱水工艺流程,含水12%左右的铜精矿用汽车运至冶炼厂的精矿仓,含水10%~12%的尾矿,含铁约40%,可作为水泥厂的掺和料。

渣选矿工艺流程详见图2⁃11。

图2⁃10　电解液净化工艺流程及污染源分布

图2⁃11　渣选矿工艺流程及污染源分布

2.1.2.3　废水来源及处理设施

B公司产生的废水可分为污酸、含重金属离子酸性废水、职工生活污水。

(1)废酸处理

废酸处理系统采用Na₂S法处理工艺,回收废酸中的砷和铜等有价重金属元素,废酸处理工艺流程及污染源分布详见图2⁃12。

图2⁃12　废酸处理工艺流程及污染源分布

来自硫酸净化工序的废酸置于原液槽,由原液槽用泵泵入硫化反应槽,并加入Na₂S溶液在搅拌的情况下进行充分反应,反应后液流入硫化浓密机进行沉降分离,浓密机中的上清液流入硫化滤液槽,并用泵送至废水处理工序。浓密机底流主要是硫化反应生成的Cu₂S和As₂S₃等通过压滤机给液泵泵入脱硫压滤机进行固液分离,过滤液返回硫化浓密机,压滤渣送硫化滤饼库贮存。

(2)含重金属离子酸性废水

含重金属离子酸性废水主要有冰铜水淬废水、闪速吹炼渣水淬废水、废酸处理排出液、电解及净液工段排出的酸碱废水、化验室废水(车间出口处设中和池预处理)、全厂可能被烟尘和酸污染场地的场面废水(包括平时的冲洗水和下雨初期收集的雨水)等。

废水处理站采用石灰石⁃石灰两段中和处理工艺(见图2⁃13),废水处理达到《污水综合排放标准》一级标准后回用于废水处理站的石灰石乳浆化、电石渣浆化药剂配置和冰铜水淬及闪速吹炼炉渣水淬,不外排。