CN103055668A - 有色冶金烟气脱硫脱重金属的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种有色冶金烟气脱硫脱重金属的方法及装置,属于烟气净化技术领域。该方法包括以下步骤:湿法降温除尘、脱除SO2气体、铁氧体法脱除重金属和深度脱除重金属。本发明的有益效果是:能有效脱除有色冶金烟气中的烟尘、SO2、砷和重金属,使烟气排放不会造成环境污染;脱除的SO2气体可制造合格的副产品硫酸铵化肥,脱除的重金属可以返回冶炼***循环利用。
Description
技术领域
本发明涉及烟气净化技术领域,具体涉及一种有色冶金烟气脱硫脱重金属的方法及装置。
背景技术
有色冶金冶炼排放的烟气中,除含SO2外,还含有重金属和有毒非金属,重金属中有铅(Pb)、镉(Cd)、铬(Cr)、镍(Ni)、锌(Zn)、铜(Cu)、砷(As)等。这些物质排放到空气中扩散,或带入脱硫产品中,污染空气、土壤和水体,造成巨大的危害。
有色冶金工业中硫化矿及其它矿物的焙烧或冶炼过程中产生的除尘后的含砷烟气,一般在SO2制酸之前采用废酸或废水洗涤法来除去其中的砷。得到的废酸和废水经过无害化处理后排放,由于烟气中含砷量少,最终得到的渣量也很少,很容易处理。但需要增加处理工序并增加***投资和运行费用。
有色冶金工业中,某些工艺过程烟气中的SO2浓度低,不能直接制取硫酸。通过除尘后的含重金属和SO2烟气,常规方法是热烟气脱硫前用水洗涤冷却,产生大量含NH3-N和重金属的难处理废水,需要对含NH3-N和重金属的废水进行处理,投资和运行费用高。或是热烟气经酸性气体捕捉剂、脱除吸收剂和强氧化剂臭氧或者双氧水进行脱硫、脱重金属,存在着脱硫、脱重金属不完全,难以回收的缺点,如申请号为201110091281.2的中国发明专利“烟气脱硫脱硝脱重金属一体化方法及专用设备”,还存在着投资、运行费用高等缺点。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种有色冶金烟气脱硫脱重金属的方法及装置,可有效除去烟气中的烟尘、SO2、砷和重金属,从而解决烟气排放污染环境的问题。
本发明所采取的技术方案是一种有色冶金烟气脱硫脱重金属的方法,该方法包括以下步骤:
a、湿法降温除尘:将有色冶金烟气用硫酸铵溶液进行喷淋洗涤,使有色冶金烟气的温度降至45~55℃,并利用硫酸铵溶液的表面活性将有色冶金烟气中含有重金属离子的烟尘捕集下来,得含有不溶于硫酸铵溶液的重金属离子烟尘和溶于硫酸铵溶液的重金属离子烟尘的洗涤后液;
b、脱除SO2气体:经硫酸铵溶液喷淋洗涤后的烟气,用氨水溶液进行喷淋,吸收烟气中的SO2气体生成含有亚硫酸铵和亚硫酸氢铵的亚盐混合溶液;被吸收SO2气体后的达标烟气对外排放,所得亚盐混合溶液的一部分经空气曝气氧化得到硫酸铵溶液,该硫酸铵溶液用于循环喷淋所述步骤a中的有色冶金烟气;所得亚盐混合溶液的另一部分补加氨水溶液,使亚盐混合溶液中的部分亚硫酸氢铵转化为亚硫酸铵,得补有氨水溶液并含有亚硫酸铵和亚硫酸氢铵的混合溶液,该混合溶液用于替代氨水溶液并循环喷淋上述经硫酸铵溶液喷淋洗涤后的烟气;
c、铁氧体法脱除重金属:所述步骤a中的洗涤后液经检测含有As离子时,在该洗涤后液中加入Fe2+或Fe3+脱砷试剂并鼓入空气进行反应,使洗涤后液中的As和部分Pb离子生成铁氧体尖晶石结构的沉淀物,过滤去除沉淀,得过滤液;
d、深度脱除重金属:将所述过滤液加入重金属脱除剂进行反应,使过滤液中的重金属离子生成难溶性沉淀,过滤去除沉淀,得纯净的硫酸铵溶液;收集所得沉淀待回收再利用,所得纯净的硫酸铵溶液经浓缩干燥后得硫酸铵化肥。
作为优选,所述步骤a中的洗涤后液经检测不含有As离子时,将省略所述步骤c,直接将洗涤后液加入重金属脱除剂进行反应,使洗涤后液中的重金属离子生成难溶性沉淀,过滤去除沉淀,得纯净的硫酸铵溶液;收集所得沉淀待回收再利用,所得纯净的硫酸铵溶液经浓缩干燥后得硫酸铵化肥。
作为优选,所述步骤a洗涤后液中的重金属离子包括Pb、Cd、Cu、Ni或Zn离子的任意组合。
作为优选,所述步骤b中在亚盐混合溶液中补加氨水溶液的量与所述吸收烟气中的SO2气体的摩尔总量相匹配。
作为优选,所述步骤c中的Fe2+脱砷试剂选自FeSO4或FeCl2中的一种。
作为优选,所述步骤c中的Fe3+脱砷试剂选自Fe2(SO4)3或FeCl3中的一种。
作为优选,所述步骤c中加入Fe2+或Fe3+脱砷试剂的投料量与所述洗涤后液中As、Pb离子的摩尔总量相匹配。
作为优选,所述重金属脱除剂选自(NH4)2S、K2S、Na2S、NaH2PO4、NH4H2PO4、Na2HPO4或(NH4)2HPO4中的一种。
作为优选,一种用于所述有色冶金烟气脱硫脱重金属方法的装置,包括脱硫除尘塔、循环槽、脱重金属反应器、脱重金属剂溶解槽和过滤装置;所述脱硫除尘塔包括烟气洗涤段、SO2吸收段和亚硫酸盐氧化段;所述烟气洗涤段内设有第一喷淋装置,该第一喷淋装置与所述亚硫酸盐氧化段管道连接之间设有第一循环泵;所述烟气洗涤段与所述脱重金属反应器管道连接之间设有第一输送泵;所述SO2吸收段通过管道分别连接于所述亚硫酸盐氧化段和所述循环槽;所述SO2吸收段内设有第二喷淋装置,该第二喷淋装置与所述循环槽管道连接之间设有第二循环泵;所述亚硫酸盐氧化段内设有第一曝气装置,且该第一曝气装置连接有用于曝气的第一空气压缩机;所述脱重金属反应器与所述脱重金属剂溶解槽管道连接之间设有第二输送泵;所述脱重金属反应器通过循环管道连接于所述过滤装置,且在所述脱重金属反应器向所述过滤装置输送溶液的管道上设有第三输送泵。
作为优选,所述装置还包括脱砷反应器和脱砷剂溶解槽;所述脱砷反应器与所述烟气洗涤段管道连接之间设有第一输送泵;所述脱砷反应器与所述脱砷剂溶解槽管道连接之间设有第四输送泵;所述脱砷反应器内设有第二曝气装置,且该第二曝气装置连接有用于曝气的第二空气压缩机;所述脱砷反应器向所述过滤装置输送溶液的管道上设有第三输送泵;所述脱砷反应器向所述脱重金属反应器直接输送溶液的管道上设有第三输送泵。
本发明的有益效果在于:(1)采用上述方法和装置后,能有效脱除有色冶金烟气中的烟尘、SO2、砷和重金属,使烟气排放不会造成环境污染;(2)本发明采用湿法降温除尘工艺,利用再生后硫酸铵溶液洗涤刚释放出来的高温烟气(150℃左右),使烟气的温度降低至45~55℃,能使硫酸铵溶液浓度提高,并能更好地回收烟气中的SO2和重金属,革除了传统用水去洗涤降温的弊端,使工艺生产过程中不会产生NH3-N,节约了水洗除尘、电除雾的投资,也节约了含NH3-N和重金属的废水处理投资和运行费用;(3)本发明采用铁氧体法脱除重金属的工艺,能使含盐量大于420g/L的硫酸铵溶液中含有的重金属有效的脱除;(4)采用本发明的方法,能使重金属形成固体沉淀,利于回收再利用;(5)本发明装置能根据洗涤后液中是否含有As离子和在脱砷反应时生产沉淀量的多少,灵活调整工艺流程,从而避免了浪费生产原料,节约了成产成本。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图。
图中:1-烟气洗涤段,2-SO2吸收段,3-亚硫酸盐氧化段,4-循环槽,5-脱砷反应器,6-脱重金属反应器,7-脱砷剂溶解槽,8-脱重金属剂溶解槽,9-过滤装置,10-第一空气压缩机,11-第二空气压缩机,12-第一循环泵,13-第二循环泵,14-第三输送泵,15-第四输送泵,16-第二输送泵,17-第一输送泵,18-第一曝气装置,19-第二曝气装置。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明所述方法及装置做一详述,但不作为对本发明的限制。
实施例一
将有色冶金烟气通过管道输送至脱硫除尘塔的烟气洗涤段1中,用硫酸铵溶液进行喷淋洗涤,使有色冶金烟气的温度降至50℃,并利用硫酸铵溶液的表面活性将有色冶金烟气中含有重金属离子的烟尘捕集下来,得含有不溶于硫酸铵溶液的重金属离子烟尘和溶于硫酸铵溶液的重金属离子烟尘的洗涤后液;经硫酸铵溶液喷淋洗涤后的烟气,由烟气洗涤段1顶端的气体分布器进入到SO2吸收段2中,然后用氨水溶液进行喷淋,吸收烟气中的SO2气体生成含有亚硫酸铵和亚硫酸氢铵的亚盐混合溶液;被吸收SO2气体后的达标烟气通过SO2吸收段2顶端的烟囱进行排放,所得亚盐混合溶液中的一部分经管道输送至亚硫酸盐氧化段3后,开启第一空气压缩机10,使置于亚硫酸盐氧化段3内且与第一空气压缩机10连接的第一曝气装置18产生空气曝气,将该部分亚盐混合溶液曝气氧化得到硫酸铵溶液,该硫酸铵溶液通过第一循环泵12输送至置于烟气洗涤段1中第一喷淋装置,循环用于喷淋有色冶金烟气;所得亚盐混合溶液的另一部分通过第一循环泵12输送至循环槽4后,补加与吸收烟气中的SO2气体的摩尔总量相匹配的氨水溶液,使该部分亚盐混合溶液中的部分亚硫酸氢铵转化为亚硫酸铵,得补有氨水溶液并含有亚硫酸铵和亚硫酸氢铵的混合溶液,该混合溶液通过第二循环泵13输送至置于SO2吸收段2中第二喷淋装置,代替氨水溶液循环用于喷淋吸收上述吸收烟气中的SO2气体;将烟气洗涤段1中所得到的洗涤后液进行检测,不含有As离子时,通过第一输送泵17将洗涤后液输送至脱重金属反应器6中,再将脱重金属剂溶解槽8内的(NH4)2S溶液通过第二输送泵16输送至脱重金属反应器6中进行反应,使洗涤后液中含有的Pb、Cd、Cu、Ni和Zn等重金属离子生成难溶性沉淀,然后通过第三输送泵14将经反应后的洗涤后液输送至过滤装置9中,过滤去除沉淀,得纯净的硫酸铵溶液;收集所得沉淀待回收再利用,所得纯净的硫酸铵溶液经浓缩干燥后得硫酸铵化肥。
实施例二
将有色冶金烟气通过管道输送至脱硫除尘塔的烟气洗涤段1中,用硫酸铵溶液进行喷淋洗涤,使有色冶金烟气的温度降至45℃,并利用硫酸铵溶液的表面活性将有色冶金烟气中含有重金属离子的烟尘捕集下来,得含有不溶于硫酸铵溶液的重金属离子烟尘和溶于硫酸铵溶液的重金属离子烟尘的洗涤后液;经硫酸铵溶液喷淋洗涤后的烟气,由烟气洗涤段1顶端的气体分布器进入到SO2吸收段2中,然后用氨水溶液进行喷淋,吸收烟气中的SO2气体生成含有亚硫酸铵和亚硫酸氢铵的亚盐混合溶液;被吸收SO2气体后的达标烟气通过SO2吸收段2顶端的烟囱进行排放,所得亚盐混合溶液中的一部分经管道输送至亚硫酸盐氧化段3后,开启第一空气压缩机10,使置于亚硫酸盐氧化段3内且与第一空气压缩机10连接的第一曝气装置18产生空气曝气,将该部分亚盐混合溶液曝气氧化得到硫酸铵溶液,该硫酸铵溶液通过第一循环泵12输送至置于烟气洗涤段1中第一喷淋装置,循环用于喷淋有色冶金烟气;所得亚盐混合溶液的另一部分通过第一循环泵12输送至循环槽4后,补加与吸收烟气中SO2气体的摩尔总量相匹配的氨水溶液,使该部分亚盐混合溶液中的部分亚硫酸氢铵转化为亚硫酸铵,得补有氨水溶液并含有亚硫酸铵和亚硫酸氢铵的混合溶液,该混合溶液通过第二循环泵13输送至置于SO2吸收段2中第二喷淋装置,代替氨水溶液循环用于喷淋吸收上述吸收烟气中的SO2气体;将烟气洗涤段1中所得到的洗涤后液进行检测,含有As离子时,通过第一输送泵17将洗涤后液输送至脱砷反应器5中,将与洗涤后液中As、Pb离子的摩尔总量相匹配的FeSO4溶解于脱砷剂溶解槽7中,通过第四输送泵15将FeSO4溶液输送至脱砷反应器5中,启动第二空气压缩机11,使置于脱砷反应器5内且与第二空气压缩机11连接的第二曝气装置19产生曝气,进行反应,使洗涤后液中的As和部分Pb离子生成铁氧体尖晶石结构的沉淀物,将脱砷反应后的洗涤后液通过第三输送泵14输送至过滤装置9中,过滤去除沉淀,得过滤液;该过滤液通过管道输送至脱重金属反应器6中,再将脱重金属剂溶解槽8内的Na2S溶液通过第二输送泵16输送至脱重金属反应器6中进行反应,使过滤液中含有的Pb、Cd、Cu、Ni和Zn等重金属离子生成难溶性沉淀,然后通过第三输送泵14将经反应后的过滤液输送至过滤装置9中,过滤去除沉淀,得纯净的硫酸铵溶液;收集所得沉淀待回收再利用,所得纯净的硫酸铵溶液经浓缩干燥后得硫酸铵化肥。
实施例三
将有色冶金烟气通过管道输送至脱硫除尘塔的烟气洗涤段1中,用硫酸铵溶液进行喷淋洗涤,使有色冶金烟气的温度降至55℃,并利用硫酸铵溶液的表面活性将有色冶金烟气中含有重金属离子的烟尘捕集下来,得含有不溶于硫酸铵溶液的重金属离子烟尘和溶于硫酸铵溶液的重金属离子烟尘的洗涤后液;经硫酸铵溶液喷淋洗涤后的烟气,由烟气洗涤段1顶端的气体分布器进入到SO2吸收段2中,然后用氨水溶液进行喷淋,吸收烟气中的SO2气体生成含有亚硫酸铵和亚硫酸氢铵的亚盐混合溶液;被吸收SO2气体后的达标烟气通过SO2吸收段2顶端的烟囱进行排放,所得亚盐混合溶液中的一部分经管道输送至亚硫酸盐氧化段3后,开启第一空气压缩机10,使置于亚硫酸盐氧化段3内且与第一空气压缩机10连接的第一曝气装置18产生空气曝气,将该部分亚盐混合溶液曝气氧化得到硫酸铵溶液,该硫酸铵溶液通过第一循环泵12输送至置于烟气洗涤段1中第一喷淋装置,循环用于喷淋有色冶金烟气;所得亚盐混合溶液的另一部分通过第一循环泵12输送至循环槽4后,补加与吸收烟气中SO2气体的摩尔总量相匹配的氨水溶液,使该部分亚盐混合溶液中的部分亚硫酸氢铵转化为亚硫酸铵,得补有氨水溶液并含有亚硫酸铵和亚硫酸氢铵的混合溶液,该混合溶液通过第二循环泵13输送至置于SO2吸收段2中第二喷淋装置,代替氨水溶液循环用于喷淋吸收上述吸收烟气中的SO2气体;将烟气洗涤段1中所得到的洗涤后液进行检测,含有As离子时,通过第一输送泵17将洗涤后液输送至脱砷反应器5中,将与洗涤后液中As、Pb离子的摩尔总量相匹配的FeSO4溶解于脱砷剂溶解槽7中,通过第四输送泵15将FeSO4溶液输送至脱砷反应器5中,启动第二空气压缩机11,使置于脱砷反应器5内且与第二空气压缩机11连接的第二曝气装置19产生曝气,进行反应,使洗涤后液中的As和部分Pb离子生成铁氧体尖晶石结构的沉淀物,在该沉淀物较少时,直接将脱砷反应后的洗涤后液通过第三输送泵14输送至脱重金属反应器6中,再将脱重金属剂溶解槽8内的NH4H2PO4溶液通过第二输送泵16输送至脱重金属反应器6中进行反应,使洗涤后液中含有的Pb、Cd、Cu、Ni和Zn等重金属离子生成难溶性沉淀,然后通过第三输送泵14将经反应后的洗涤后液输送至过滤装置9中,过滤去除沉淀,得纯净的硫酸铵溶液;收集所得沉淀待回收再利用,所得纯净的硫酸铵溶液经浓缩干燥后得硫酸铵化肥。
最后应说明的是,以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明,本领域技术人员应当理解,依然可以对本发明进行修改或者等同替换,而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换,其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。
Claims (10)
1.一种有色冶金烟气脱硫脱重金属的方法,其特征在于:该方法包括以下步骤:
a、湿法降温除尘:将有色冶金烟气用硫酸铵溶液进行喷淋洗涤,使有色冶金烟气的温度降至45~55℃,并利用硫酸铵溶液的表面活性将有色冶金烟气中含有重金属离子的烟尘捕集下来,得含有不溶于硫酸铵溶液的重金属离子烟尘和溶于硫酸铵溶液的重金属离子烟尘的洗涤后液;
b、脱除SO2气体:经硫酸铵溶液喷淋洗涤后的烟气,用氨水溶液进行喷淋,吸收烟气中的SO2气体生成含有亚硫酸铵和亚硫酸氢铵的亚盐混合溶液;被吸收SO2气体后的达标烟气对外排放,所得亚盐混合溶液的一部分经空气曝气氧化得到硫酸铵溶液,该硫酸铵溶液用于循环喷淋所述步骤a中的有色冶金烟气;所得亚盐混合溶液的另一部分补加氨水溶液,使亚盐混合溶液中的部分亚硫酸氢铵转化为亚硫酸铵,得补有氨水溶液并含有亚硫酸铵和亚硫酸氢铵的混合溶液,该混合溶液用于替代氨水溶液并循环喷淋上述经硫酸铵溶液喷淋洗涤后的烟气;
c、铁氧体法脱除重金属:所述步骤a中的洗涤后液经检测含有As离子时,在该洗涤后液中加入Fe2+或Fe3+脱砷试剂并鼓入空气进行反应,使洗涤后液中的As和部分Pb离子生成铁氧体尖晶石结构的沉淀物,过滤去除沉淀,得过滤液;
d、深度脱除重金属:将所述过滤液加入重金属脱除剂进行反应,使过滤液中的重金属离子生成难溶性沉淀,过滤去除沉淀,得纯净的硫酸铵溶液;收集所得沉淀待回收再利用,所得纯净的硫酸铵溶液经浓缩干燥后得硫酸铵化肥。
2.根据权利要求1所述的有色冶金烟气脱硫脱重金属的方法,其特征在于:所述步骤a中的洗涤后液经检测不含有As离子时,将省略所述步骤c,直接将洗涤后液加入重金属脱除剂进行反应,使洗涤后液中的重金属离子生成难溶性沉淀,过滤去除沉淀,得纯净的硫酸铵溶液;收集所得沉淀待回收再利用,所得纯净的硫酸铵溶液经浓缩干燥后得硫酸铵化肥。
3.根据权利要求1所述的有色冶金烟气脱硫脱重金属的方法,其特征在于:所述步骤a洗涤后液中的重金属离子包括Pb、Cd、Cu、Ni或Zn离子的任意组合。
4.根据权利要求1所述的有色冶金烟气脱硫脱重金属的方法,其特征在于:所述步骤b中在亚盐混合溶液中补加氨水溶液的量与所述吸收烟气中的SO2气体的摩尔总量相匹配。
5.根据权利要求1所述的有色冶金烟气脱硫脱重金属的方法,其特征在于:所述步骤c中的Fe2+脱砷试剂选自FeSO4或FeCl2中的一种。
6.根据权利要求1所述的有色冶金烟气脱硫脱重金属的方法,其特征在于:所述步骤c中的Fe3+脱砷试剂选自Fe2(SO4)3或FeCl3中的一种。
7.根据权利要求1所述的有色冶金烟气脱硫脱重金属的方法,其特征在于:所述步骤c中加入Fe2+或Fe3+脱砷试剂的投料量与所述洗涤后液中As、Pb离子的摩尔总量相匹配。
8.根据权利要求1或2所述的有色冶金烟气脱硫脱重金属的方法,其特征在于:所述重金属脱除剂选自(NH4)2S、K2S、Na2S、NaH2PO4、NH4H2PO4、Na2HPO4或(NH4)2HPO4中的一种。
9.一种用于权利要求1所述有色冶金烟气脱硫脱重金属方法的装置,其特征在于:包括脱硫除尘塔、循环槽(4)、脱重金属反应器(6)、脱重金属剂溶解槽(8)和过滤装置(9);所述脱硫除尘塔包括烟气洗涤段(1)、SO2吸收段(2)和亚硫酸盐氧化段(3);所述烟气洗涤段(1)内设有第一喷淋装置,该第一喷淋装置与所述亚硫酸盐氧化段(3)管道连接之间设有第一循环泵(12);所述烟气洗涤段(1)与所述脱重金属反应器(6)管道连接之间设有第一输送泵(17);所述SO2吸收段(2)通过管道分别连接于所述亚硫酸盐氧化段(3)和所述循环槽(4);所述SO2吸收段(2)内设有第二喷淋装置,该第二喷淋装置与所述循环槽(4)管道连接之间设有第二循环泵(13);所述亚硫酸盐氧化段(3)内设有第一曝气装置(18),且该第一曝气装置(18)连接有用于曝气的第一空气压缩机(10);所述脱重金属反应器(6)与所述脱重金属剂溶解槽(8)管道连接之间设有第二输送泵(16);所述脱重金属反应器(6)通过循环管道连接于所述过滤装置(9),且在所述脱重金属反应器(6)向所述过滤装置(9)输送溶液的管道上设有第三输送泵(14)。
10.根据权利要求9所述的有色冶金烟气脱硫脱重金属方法的装置,其特征在于:还包括脱砷反应器(5)和脱砷剂溶解槽(7);所述脱砷反应器(5)与所述烟气洗涤段(1)管道连接之间设有第一输送泵(17);所述脱砷反应器(5)与所述脱砷剂溶解槽(7)管道连接之间设有第四输送泵(15);所述脱砷反应器(5)内设有第二曝气装置(19),且该第二曝气装置(19)连接有用于曝气的第二空气压缩机(11);所述脱砷反应器(5)向所述过滤装置(9)输送溶液的管道上设有第三输送泵(14);所述脱砷反应器(5)向所述脱重金属反应器(6)直接输送溶液的管道上设有第三输送泵(14)。
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