CN106377922B - 一种冶炼含砷烟气水闪蒸干法除砷的装置及方法 - Google Patents

一种冶炼含砷烟气水闪蒸干法除砷的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种冶炼含砷烟气水闪蒸干法除砷的装置及方法，装置包括电除尘器、闪蒸塔、脉冲布袋除尘器、水泵、阀门、雾化器、加热器、卸料架、温度监测仪、单片机、流量计，本发明利用雾滴迅速蒸发的蒸发潜热吸收烟气的热量，使烟气的温度迅速降低至需要的温度，渡过非晶系三氧化二砷的固化范围，从而最大限度地得到晶体三氧化二砷；本发明通过使用闪蒸塔，无污酸水排出，污水处理装置负荷降低，无二次污染，对环境保护具有重要意义，无需硫化钠和石灰等沉淀剂，污水处理成本下降，提高企业经济效益。

Description

一种冶炼含砷烟气水闪蒸干法除砷的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种冶炼含砷烟气水闪蒸干法除砷的装置及方法，具体来说是采用水闪蒸的方法使冶炼含砷烟气降温，将三氧化二砷除去，且能避免污酸和泥砷产生带来的二次污染，属于冶金环保领域。
背景技术
国内外企业为了充分利用资源，采用品位较低高含砷的精矿作为冶炼原料，在冶炼过程中所产生的烟气含有大量的三氧化二砷。目前从烟气中去除砷的方法普遍采用湿法急冷方式除砷，急冷设备为骤冷塔，骤冷塔内采用0.4～0.6Mpa的压力水喷射循环冷却，将烟气温度降低，经过袋滤器收砷后的烟气用排烟机送到制酸系统，在骤冷塔水循环冷却过程中，有部分SO2和As2O3溶于水中，形成较多的污酸，污酸含有As离子，需要对污酸进行处理，污酸采用二段处理，一段采用硫化法，将污酸投加Na2S溶液去除As离子，反应后污酸自流进硫化段浓密机进行沉降分离，浓密机上清液进入污酸池，底流经泵加压送至硫化段压滤机，经压滤机脱水后，硫化渣外售或返冶炼系统，尽管如此，砷还是要二次处理。湿法急冷方式除砷采用骤冷塔冷却的缺点是：（1）增加了二次收砷的麻烦；（2）该法采用硫化钠沉淀，处理成本高；（3）增加了污水处理负荷，设备加大，增加了石膏处理量。
闪蒸是指高压的饱和水进入比较低压的容器中，由于压力的突然降低，这些饱和水变成一部分的容器压力下的饱和水蒸气和饱和水，而在化工生产过程中闪蒸塔可以实现物料粗略的气液相分离，在进入常压炉前先经过闪蒸塔粗略分离，可以减少常压炉的负荷。同时闪蒸塔能够通过控制塔内的气压实现气液相相变温度的变化，达到分离具有相近相变温度的物质的优点。采用闪蒸的方法来除砷的特点是：（1）无污酸水排出，污水处理装置负荷降低，无二次污染，对环境保护具有重要意义，无需硫化钠和石灰等沉淀剂，污水处理成本下降，提高企业经济效益；（2）闪蒸塔能够通过调整流量实现液滴粒径的调节，提高氧化砷晶体的纯度；（3）水从水泵到尾气经过了“沸腾—水滴—蒸汽”的过程，其中的“放热—吸热”提高了水的吸热能力。
目前，关于用水闪蒸干法除砷的装置及方法未见到报道。
发明内容
本发明的目的是利用水的蒸发潜热在瞬间冷却烟气使烟气温度到120～130℃，从而使三氧化二砷形成结晶状小颗粒，被袋式过滤器截留，原理是依据烟气中固体三氧化二砷的饱和浓度和晶型与温度的关系，非晶系三氧化二砷为无色无定形的玻璃状物质，温度在175～250℃析出，晶态三氧化二砷在烟气温度降至120℃以下As2O3被袋式过滤器截留。
本发明提供一种冶炼含砷烟气水闪蒸干法除砷的装置，包括电除尘器2、闪蒸塔3、脉冲布袋除尘器4、水泵5、阀门6、雾化器7、卸料架10、温度监测仪11、单片机12、流量计13；烟气入口1设置在电除尘器2下部，电除尘器2包括两个电场和两个绝缘子室，电除尘器2上部的绝缘子室设有烟气出口并与闪蒸塔3连接，闪蒸塔3内部设有雾化器7，雾化器7与水泵5连接，水泵5上设有阀门6和温度监测仪11，温度监测仪11还分别与闪蒸塔3下部的烟气出口、单片机12连接，单片机12与流量计13连接，流量计13与阀门6连接，闪蒸塔3下部烟气出口连接脉冲布袋除尘器4，布袋除尘器4上设有烟气出口9，电除尘器2、闪蒸塔3、脉冲布袋除尘器4底部均设有卸料器。
所述雾化器7和水泵5之间设有加热器8。
所述单片机12为常规市购单片机，如ATMEL单片机、PHLIPIS51PLC系列单片机、TI公司单片机、MOTOROLA单片机或三星单片机。
所述加热器8为电加热管。
所述流量计13包括了流量检测单元和流量控制单元，如市购CMFI型科氏质量流量计。
本发明的另一目的在于使用所述装置进行冶炼含砷烟气水闪蒸干法除砷的方法，具体步骤如下：
（1）将冶炼含砷烟气从烟气入口1进入双电场的电除尘器4中，在电场作用下将金属Cu、Fe、Zn、Pb以及SiO2、CaO、 MgO、 Al2O3 等非金属和金属氧化物固体物收集下来后，进入电除尘器2底部的卸料器中回收，烟气进入闪蒸塔3；
（2）步骤（1）的烟气进入闪蒸塔3后，沸腾的水经过雾化器7雾化，水从沸腾状态变为雾滴后体积变大，放热，雾化后的雾滴与进入的烟气接触，烟气温度高于雾滴，雾滴吸收烟气释放的热量变为水蒸气，烟气温度从320～330℃迅速降低至120～130℃，烟气中水蒸汽含量提高，三氧化二砷晶体小颗粒析出，闪蒸塔3内水是蒸汽状态，不会凝结，所以三氧化二砷晶体小颗粒不会长大而被滞留在闪蒸塔，而是随着烟气气流进入脉冲布袋除尘器4，此时烟气中二氧化硫露点温度为69～70℃，不会结露凝结，在降温过程中相变温度点处于120～330℃之间的杂质转变为固态的同时聚集到一起，形成较大的重颗粒，在闪蒸塔3的下半部分由重力和离心力的作用进入闪蒸塔3底部的卸料器从而被去除，完成一个三级除尘过程，增大了闪蒸塔3出口气流中三氧化二砷的纯度，实现了用闪蒸塔通过温度控制的作用达到气液分离、固相纯化的作用，温度监测仪11对闪蒸塔3出来的烟气进行监控，如果烟气温度没有达到要求，则温度监测仪11将信号反馈给单片机12，单片机12控制流量计13来调节阀门6打开的大小，继而控制水量来调整吸热量；
（3）步骤（2）降温后的烟气进入脉冲布袋除尘器4，烟气降温，晶体三氧化二砷直接被截留在布袋上，除砷后的烟气从烟气出口9排出送往下一处理工序。
所述闪蒸塔3中的雾化器7将水雾化后雾滴的大小小于100μm，水在极短时间内迅速蒸发，雾滴越小蒸发速度越快。
所述通过水泵5的水压为0.3～0.35MPa，水在雾化前处于沸腾状态（对应压力下水的沸点可以计算出来），降低了水的表面张力，雾滴直径减小，实际上热水通过雾化器7进入常压闪蒸塔3已达到水的汽化温度，水被迅速汽化，利用水滴迅速汽化蒸发的蒸发潜热吸收烟气的热量，使烟气的温度迅速降低至需要的温度，渡过非晶系三氧化二砷的固化范围，从而最大限度地得到晶体三氧化二砷。
经测试得到，SO2进入闪蒸塔3后的露点温度约为70℃左右，而要求闪蒸塔3出来的烟气的温度为120～130℃，此温度比该条件下SO2的露点温度高50～60℃，这样的情况下，SO2不会变成硫酸凝结沉降，为后续制酸保留更多原料，也能够让闪蒸塔3底部的卸料器内不会有硫酸产生而面临污酸排出。
由温度监测仪11、单片机12、流量计13控制调节阀门6的开度来调节水量，水量由烟气的出口温度所决定，即温度监测仪11监控水泵5进水和经过闪蒸塔3出口烟气的温度差，根据热量守恒原理（C烟气M烟气△T烟气=C水M水△T水+K热损失常数，K热损失常数为塔体热损失和水雾化膨胀热损失，塔体热损失可以通过实测得到，水雾化膨胀热损失可以通过计算得到），因为进入雾化器的水的温度是确定的，则可以计算将烟气降低到指定温度范围内所需的水量，达到控温和节能的目的。
所述水泵5的水的来源为冶炼过程中经过热交换后的热水或普通自来水，如果是沸腾的水则可以直接进入雾化器7使用。
本发明的有益效果：
（1）本发明无污酸水排出，污水处理装置负荷降低，无二次污染，对环境保护具有重要意义，未使用硫化钠和石灰等沉淀剂，污水处理成本下降，提高企业经济效益。
（2）闪蒸塔能够通过调整流量实现液滴粒径的调节，提高氧化砷晶体的纯度。
（3）水从水泵到尾气经过了“沸腾—水滴—蒸汽”的过程，其中的“放热—吸热”提高了水的吸热能力，即热水（沸腾态）变为液滴放出显热，然后吸收烟气热量，也就是可以吸收到达到饱和状态的潜热，这样就能够吸收更多热量，提高了水的吸热能力。
附图说明
图1为本发明所述装置的结构示意图。
图中，1-烟气入口，2-电除尘器，3-闪蒸塔，4-脉冲布袋除尘器，5-水泵，6-阀门，7-雾化器，8-加热器，9-烟气出口，10-卸料架，11-温度监测仪，12-单片机，13-流量计。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步详细描述本发明，但本发明保护范围并不限于如下所述内容。
实施例1
本实施例所述冶炼含砷烟气水闪蒸干法除砷的装置，包括电除尘器2、闪蒸塔3、脉冲布袋除尘器4、水泵5、阀门6、雾化器7、加热器8、卸料架10、温度监测仪11、单片机12、流量计13；烟气入口1设置在电除尘器2下部，电除尘器2包括两个电场和两个绝缘子室，电除尘器2上部的绝缘子室设有烟气出口并与闪蒸塔3连接，闪蒸塔3内部设有雾化器7，雾化器7与加热器8连接，加热器8和水泵5连接，水泵5上设有阀门6和温度监测仪11，温度监测仪11还分别与闪蒸塔3下部的烟气出口、单片机12连接，单片机12与流量计13连接，流量计13包括了流量检测单元和流量控制单元，为市购CMFI型科氏质量流量计，流量计13与阀门6连接，闪蒸塔3下部烟气出口连接脉冲布袋除尘器4，布袋除尘器4上设有烟气出口9，电除尘器2底部设有4个卸料器，每个电场下方均设有两个，闪蒸塔3底部设有一个卸料器，脉冲布袋除尘器4底部设有一个卸料器10，用于接收掉落的固体杂质。
使用所述装置进行冶炼含砷烟气水闪蒸干法除砷的方法，烟气为氧气底吹转炉炼铜含砷烟气，烟气量65000Nm3/h，从废热锅炉出口烟气温度为350℃，具体步骤如下：
（1）将氧气底吹转炉炼铜含砷烟气从烟气入口1进入双电场的电除尘器4中，在电场作用下将金属Cu、Fe、Zn、Pb，以及SiO2、CaO、 MgO、 Al2O3 等非金属和金属氧化物固体物收集下来后到电除尘器2底部的卸料器中回收，烟气温度约为320℃，进入闪蒸塔3；
（2）步骤（1）的烟气进入闪蒸塔3后，水泵5将水加压至0.3Mpa，抽到加热器8中，将水温提高至136℃，水处于沸腾状态，水加热后经过雾化器7雾化，水雾化后雾滴的大小小于100μm，水从沸腾状态变为雾滴后体积变大，放出少量热量，雾化后的雾滴与进入的烟气接触，烟气温度高，雾滴吸收烟气释放的大量热量变为水蒸气，烟气温度从320℃下降至270℃，通过水雾蒸发后烟气温度迅速降低至120℃，烟气中水蒸汽含量提高，三氧化二砷晶体小颗粒析出，闪蒸塔3内水是蒸汽状态，不会凝结，所以三氧化二砷晶体小颗粒不会长大而被滞留在闪蒸塔，而是随着烟气气流进入脉冲布袋除尘器4，此时烟气中二氧化硫的露点温度为69～70℃，二氧化硫不会结露凝结，在降温过程中相变温度点处于120-320℃之间的杂质转变为固态的同时聚集到一起，形成较大的重颗粒，在闪蒸塔3的下半部分由重力和离心力的作用进入闪蒸塔3底部的卸料器从而被去除，完成一个三级除尘过程，增大了闪蒸塔3出口气流中三氧化二砷的纯度，实现了用闪蒸塔通过温度控制的作用达到气液分离、固相纯化的作用，温度监测仪11对闪蒸塔3出来的烟气进行监控，如果烟气温度没有达到要求，则温度监测仪11将信号反馈给单片机12，单片机12控制流量计13来调节阀门6打开的大小，继而控制水量来调整吸热量；
（3）步骤（2）降温后的烟气进入脉冲布袋除尘器4，烟气降温，晶体三氧化二砷颗粒直接被截留在布袋上，除砷后的烟气从烟气出口9排出送往硫酸系统制酸。
本实施例烟气中砷的脱除率达到97%，得到的三氧化二砷晶体纯度达到99%。
实施例2
使用实施例1所述装置进行冶炼含砷烟气水闪蒸干法除砷的方法，烟气为诺兰特富氧鼓风炼铜烟气，烟气量55000Nm3/h, 从废热锅炉出口烟气温度为350℃，具体步骤如下：
（1）将氧气底吹转炉炼铜含砷烟气从烟气入口1进入双电场的电除尘器4中，在电场作用下将金属Cu、Fe、Zn、Pb，以及SiO2、CaO、 MgO、 Al2O3 等非金属和金属氧化物固体物收集下来后，到电除尘器2底部的卸料器中回收，烟气温度约为330℃，进入闪蒸塔3；
（2）步骤（1）的烟气进入闪蒸塔3后，水泵5将水加压至0.35Mpa，抽到加热器8中，将水温提高至140℃，水处于沸腾状态，水加热后经过雾化器7雾化，水雾化后雾滴的大小小于80μm，水从沸腾状态变为雾滴后体积变大、放出少量热量，雾化后的雾滴与进入的烟气接触，烟气温度高，雾滴吸收大量热量变为水蒸气，将烟气温度从330℃下降至280℃，通过水雾蒸发后烟气温度迅速降低至125℃，烟气中水蒸汽含量提高，使三氧化二砷小晶体析出，闪蒸塔3内水是蒸汽状态，不会凝结，所以三氧化二砷小晶体不会长大被滞留在闪蒸塔，随着气流进入脉冲布袋除尘器4，而此时烟气露点温度为69～70℃，二氧化硫不会结露凝结，在降温过程中相变温度点处于125-330℃之间的杂质转变为固态的同时聚集到一起，形成较大的重颗粒，在闪蒸塔3的下半部分由重力和离心力的作用进入闪蒸塔3底部的卸料器从而被去除，完成一个三级除尘过程，增大了闪蒸塔3出口气流中三氧化二砷的纯度，实现了用闪蒸塔通过温度控制的作用达到气液分离、固相纯化的作用，温度监测仪11对闪蒸塔3出来的烟气进行监控，如果烟气温度没有达到要求，则温度监测仪11将信号反馈给单片机12，单片机12控制流量计13来调节阀门6打开的大小，继而控制水量来调整吸热量；
（3）步骤（2）降温后的烟气进入脉冲布袋除尘器4，烟气降温，晶体三氧化二砷颗粒直接被截留在布袋上，除砷后的烟气从烟气出口9排出送往硫酸系统制酸。
本实施例烟气中砷的脱除率达到98%，得到的三氧化二砷晶体纯度达到99%。
实施例3
实施例所述装置，包括电除尘器2、闪蒸塔3、脉冲布袋除尘器4、水泵5、阀门6、雾化器7、卸料架10、温度监测仪11、单片机12、流量计13；烟气入口1设置在电除尘器2下部，电除尘器2包括两个电场和两个绝缘子室，电除尘器2上部的绝缘子室设有烟气出口并与闪蒸塔3连接，闪蒸塔3内部设有雾化器7，雾化器7与水泵5连接，水泵5上设有阀门6和温度监测仪11，温度监测仪11还分别与闪蒸塔3下部的烟气出口、单片机12连接，单片机12与流量计13连接，流量计13包括了流量检测单元和流量控制单元，为市购CMFI型科氏质量流量计，流量计13与阀门6连接，闪蒸塔3下部烟气出口连接脉冲布袋除尘器4，布袋除尘器4上设有烟气出口9，电除尘器2底部设有4个卸料器，每个电场下方均设有两个，闪蒸塔3底部设有一个卸料器，脉冲布袋除尘器4底部设有一个卸料器10，用于接收掉落的固体杂质。
利用所述装置进行冶炼含砷烟气水闪蒸干法除砷的方法，烟气为顶吹浸没冶炼，富氧鼓风烟气量45000～5500Nm3/h，从废热锅炉出口烟气温度为340～350℃，具体步骤如下：
（1）将氧气底吹转炉炼铜含砷烟气从烟气入口1进入双电场的电除尘器4中，在电场作用下将金属Cu、Fe、Zn、Pb，以及SiO2、CaO、 MgO、 Al2O3 等非金属和金属氧化物固体物收集下来后，到电除尘器2底部的卸料器中回收，烟气温度约为330℃，进入闪蒸塔3；
（2）步骤（1）的烟气进入闪蒸塔3后，采用1.0Mpa的余热锅炉的热水，余热锅炉的热水温度175～180℃，水处于沸腾状态，水量为7850～7950kg/h，热水通过水泵后压力降到0.32MPa，沸腾水温相应下降到140℃，此时不需要对水进行加热，根据烟气出口温度，控制水量，沸腾的水被水泵5压制雾化器7进行雾化蒸发，进过水泵的水的压力为0.32Mpa，水温将至其沸点133℃左右，被雾化器7雾化后雾滴的大小小于70μm，水从沸腾状态变为雾滴后体积变大，放出少量热量，烟气温度高于雾滴，通过水雾蒸发后雾滴吸收大量热量变为水蒸气，烟气温度迅速降低至130℃，烟气中水蒸汽含量提高，使三氧化二砷小晶体析出，闪蒸塔3内水是蒸汽状态，不会凝结，所以三氧化二砷小晶体不会长大被滞留在闪蒸塔，随着气流进入脉冲布袋除尘器4，而此时烟气露点温度为69～70℃，二氧化硫不会结露凝结，满足烟气对温度的要求，在降温过程中相变温度点处于130-330℃之间的杂质转变为固态的同时聚集到一起，形成较大的重颗粒，在闪蒸塔3的下半部分由重力和离心力的作用进入闪蒸塔3底部的卸料器从而被去除，完成一个三级除尘过程，增大了闪蒸塔3出口气流中三氧化二砷的纯度，实现了用闪蒸塔通过温度控制的作用达到气液分离、固相纯化的作用，温度监测仪11对闪蒸塔3出来的烟气进行监控，如果烟气温度没有达到要求，则温度监测仪11将信号反馈给单片机12，单片机12控制流量计13来调节阀门6打开的大小，继而控制水量来调整吸热量；
（3）步骤（2）降温后的烟气进入脉冲布袋除尘器4，烟气降温，晶体三氧化二砷颗粒直接被截留在布袋上，除砷后的烟气从烟气出口9排出送往硫酸系统制酸。
本实施例烟气中砷的脱除率达到99%，得到的三氧化二砷晶体纯度达到99%。

Claims (4)

1.一种冶炼含砷烟气水闪蒸干法除砷的装置，其特征在于，包括电除尘器、闪蒸塔、脉冲布袋除尘器、水泵、阀门、雾化器、卸料架、温度监测仪、单片机、流量计；烟气入口设置在电除尘器下部，电除尘器包括两个电场和两个绝缘子室，电除尘器上部的绝缘子室设有烟气出口并与闪蒸塔连接，闪蒸塔内部设有雾化器，雾化器和水泵连接，雾化器和水泵之间设有加热器，水泵上设有阀门和温度监测仪，温度监测仪还分别与闪蒸塔下部的烟气出口、单片机连接，单片机与流量计连接，流量计与阀门连接，闪蒸塔下部烟气出口连接脉冲布袋除尘器，布袋除尘器上设有烟气出口，电除尘器、闪蒸塔、脉冲布袋除尘器底部均设有卸料器。
2.权利要求1所述装置进行冶炼含砷烟气水闪蒸干法除砷的方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）冶炼含砷烟气从烟气入口进入双电场的电除尘器中，在电场作用下进行粗除尘，将固体物收集到电除尘器底部的卸料器中，烟气进入闪蒸塔；
（2）步骤（1）的烟气进入闪蒸塔后，雾化器将沸腾的水进行雾化，水从沸腾状态变为雾滴后体积变大，放热，雾滴与进入的烟气接触，烟气温度高于雾滴，雾滴吸收烟气释放的热量变为水蒸气，烟气温度降低至120～130℃，三氧化二砷晶体小颗粒析出，随烟气进入脉冲布袋除尘器，温度监测仪对闪蒸塔出来的烟气进行监控，如果烟气温度没有达到要求，则温度监测仪将信号反馈给单片机，单片机控制流量计来调节阀门打开的大小，继而控制水量来调整吸热量；
（3）步骤（2）降温后的烟气进入脉冲布袋除尘器，烟气降温，晶体三氧化二砷直接被截留在布袋上，除砷后的烟气从烟气出口排出送往下一处理工序。
3.根据权利要求2所述冶炼含砷烟气水闪蒸干法除砷的方法，其特征在于，闪蒸塔中的雾化器将水雾化后雾滴小于100μm。
4.根据权利要求2所述冶炼含砷烟气水闪蒸干法除砷的方法，其特征在于，通过水泵的水压为0.3～0.35MPa。
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