CN111871178A - 一种含砷烟气的处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含砷烟气处理方法，该方法是将含砷烟气进入高压雾化烟气处理系统的烟气吸收塔底部，与从烟气吸收塔顶部喷入由碱性吸收液形成的致密微纳米级雾气流逆流接触反应，得到含砷碱性吸收液；所述含砷碱性吸收液经过氧化后进入砷碱分离系统中，与金属络合铵离子溶液接触反应，生成鸟粪石型砷酸金属铵沉淀，脱除沉淀后，余液返回高压雾化烟气处理系统作为碱性吸收液重复使用。该方法不仅能够高效地除去含砷烟气中的砷组分，并且能够实现对碱性喷淋液的循环利用，达到对含砷冶炼烟气的高效经济处置的目的；且该方法简单快速、高效、低成本，满足工业化生产。

Description

一种含砷烟气的处理方法
技术领域
本发明涉及一种含砷烟气的处理方法，特别涉及一种利用致密微纳米级雾气流吸收含砷烟气以及利用金属络合铵离子溶液脱除碱性喷淋液中砷酸盐组分的方法，属于资源综合利用技术领域。
背景技术
在有色金属火法冶炼过程中会产生大量剧毒的含砷氧化合物的烟气。含砷冶炼烟气在排放前需经过烟气处置系统，将烟气中砷含量降低到合格范围内。
目前，较为常见的含砷烟气处理方法是将烟气通入净化组合塔内，通过喷淋碱液来吸收烟气中的砷组分，碱性喷淋液不断循环直至碱液中的砷酸盐浓度达到饱和后，含砷碱液进入废水处理系统。这种处理方法存在几个问题：第一，为了保证烟气排放达标，常规喷淋通常的做法是加大喷洒碱液的量或增加喷淋塔体积，从而增加成本；第二，随着碱性喷淋液的循环，溶液中的砷酸盐含量不断增加，喷淋液吸收烟气中砷组分的效率不断下降；第三，最终会不断产生的大量需要处理的高浓度砷碱喷淋液，处理成本很高。
目前，针对工业生产过程中产生的高浓度砷碱液的处置方法主要有两种：第一，结晶法，利用砷酸盐与碱结晶温度的差异，控制温度使得溶液中的砷酸盐或亚砷酸盐结晶从而实现砷碱分离；第二，沉淀法，通过加入钙盐或铁盐与砷酸根形成砷酸金属盐沉淀来达到除砷的目的。由于结晶法实施过程中会对砷碱液进行加热，挥发剧毒的含砷蒸汽产生职业健康问题，另外，结晶法产生的结晶容易造成管道堵塞，所以结晶法目前仅限于小规模试验，尚无成功的大规模工业应用。目前，应用较为广泛的沉淀法在加入钙盐和铁盐前需要消耗大量硫酸将砷碱液调制酸性或弱碱性，造成碱液的浪费；另外，为了达到较好的沉砷效果，加入的钙盐或铁盐量一般是溶液中砷物质量的很多倍，产生的砷渣品位较低，且除砷后液无法循环使用。
发明内容
针对含砷烟气处置脱砷效果较差、成本较高，且脱砷碱液难以循环使用的技术问题，本发明的目的是在于提供了一种利用高压微雾喷淋烟气处置系统实现含砷烟气高效脱砷以及采用砷碱分离循环系统完成砷碱高效分离的方法，该方法不但能够将含砷烟气中的砷含量降低到排放标准，而且实现了碱性喷淋液的循环使用，具有经济、高效、环保的优点，有利于工业上推广应用。
为了实现上述技术目的，本发明提供了一种含砷烟气处理方法，该方法是含砷烟气进入高压雾化烟气处理系统的烟气吸收塔底部，与从烟气吸收塔顶部喷入由碱性吸收液形成的致密微纳米级雾气流逆流接触反应，得到含砷碱性吸收液；所述含砷碱性吸收液经过氧化后进入砷碱分离系统中，与金属络合铵离子溶液接触反应，生成鸟粪石型砷酸金属铵沉淀，脱除沉淀后，余液返回高压雾化烟气处理系统作为碱性吸收液重复使用。
本发明技术方案采用了高压雾化烟气处理系统结合砷碱分离系统来处理含砷烟气，不但实现了含砷烟气的高效脱砷，而且实现了碱性吸收液的循环，有利于工业化生产。本发明技术方案的高压雾化烟气处理系统主要是借鉴了除尘领域的高压微雾除尘技术，通过高压微雾喷淋相对与一般的喷淋相比，具有雾滴粒径小，雾量丰富且致密，与烟气接触面大，且用水量小，动力能耗低，含雾气流能力大，与烟气形成紊流，具有高效低耗等特点，从而可以实现含砷烟气中砷的高效脱除。而含砷碱性吸收液的脱砷过程主要是采用铵盐和碱土金属氧化物形成金属络合铵溶液，采用该溶液不但可以使得砷酸根形成含砷品位很高的砷酸铵镁或砷酸铵钙沉淀，提高砷渣的品位，有利于后续的综合填埋处理，并且含砷碱性吸收液中碱土金属和砷的残余较低，使得脱砷后的碱性溶液可以循环用于烟气吸收，从而大幅度降低成本。
作为一个优选的方案，所述烟气吸收塔顶部设有若干个雾化喷头，雾化喷头的喷雾压力为120～150Bar，水量为0.4～0.6m3/h，雾化喷头数量与烟气量处理量成正比，每个雾化喷头烟气处理量为0.6～1万m3/h。通过控制雾化喷头的喷雾参数，可以获得致密的微纳米级雾气流，增加含砷烟气与碱性吸收液的接触时间和接触面积，大大提高对含砷烟气中砷的脱除效率。
作为一个优选的方案，所述烟气吸收塔直径不低于3m。优选烟气塔直径大于3m，可以保证含砷烟气与雾气流有充分的接触反应时间。
作为一个优选的方案，所述碱性吸收液为碳酸钠溶液。
作为一个优选的方案，所述含砷碱性吸收液采用双氧水进行氧化处理。双氧水为工业级双氧水。氧化过程是将低价砷氧化成高价砷。双氧水用量根据含砷烟气中低价砷的量而确定，这是本领域技术人员所容易理解的。
作为一个优选的方案，所述金属络合铵离子溶液是由碱土金属氧化物与铵盐反应得到。通过引入铵离子与碱土金属氧化反应，可以形成稳定的金属络合铵离子，大大提高碱土金属离子对砷酸根离子的沉淀效率，减少碱土金属离子的消耗，提高砷渣的品位。将由碱土金属氧化物与铵盐在室温下充分搅拌反应10～30min，获得稳定的金属络合铵离子溶液。
作为一个优选的方案，所述铵盐为硫酸铵和/或碳酸铵。
作为一个优选的方案，所述碱土金属氧化物为钙、镁、钡的氧化物中至少一种。
作为一个优选的方案，所述铵盐与碱土金属氧化物的摩尔比以铵根离子与碱土金属离子的摩尔比为4～8:1计量。
作为一个优选的方案，含砷碱性吸收液中砷酸根离子与金属络合铵离子溶液中碱土金属离子的摩尔比为1:1～1.5。砷酸根离子与碱土金属离子几乎可以按等摩尔比反应，减少碱土金属离子的使用量，有利于降低碱土金属在碱性吸收液中的残留，有利于碱性吸收液循环。
优选的方案，含砷碱性吸收液与金属络合铵离子溶液接触反应的时间为50～70min。
本发明涉及的高压雾化烟气处理系统吸收含砷烟气的工艺流程：碳酸钠溶液经增压后从烟气塔顶部雾化喷头喷出，同时，含砷烟气经冷却后自下而上在逆喷管中与雾化喷头喷出的致密微雾气流充分作用，吸收了含砷化合物的碱性喷淋液汇聚后进入砷碱分离循环系统，而脱砷后的烟气正常排放。
本发明涉及的砷碱分离系统吸收含砷烟气的工艺流程：将氨水或铵盐溶液与碱土金属氧化物混合形成高浓度金属络合铵离子溶液，含砷碱性喷淋液中加入双氧水进行氧化，将高浓度金属络合铵离子溶液加入含砷碱性喷淋液中，形成鸟粪石型砷酸金属铵沉淀，实现砷碱分离，脱砷后的碱性喷淋液循环进入高压喷淋系统进行烟气脱砷。
相对现有技术，本发明的技术方案带来的有益技术效果：
1、本发明采用高压微雾喷淋系统来处理含砷烟气，与常规喷淋方法相比，吸收含砷烟气效率更高，消耗喷淋液量更少；
2、本发明采取鸟粪石型砷酸金属铵结晶来选择性沉砷，实现了砷碱选择性分离，砷渣品位高，渣量少，且脱砷碱液能够循环用作喷淋液；
3、本发明的方法具有高效、低成本的特点，且过程简单、操作方便，满足工业化生产。
附图说明
图1为本发明的高压雾化烟气处理系统模型；
图2为本发明砷碱分离循环系统工艺流程图。
具体实施方式
为了便于清楚理解本发明的技术方案，下面结合实施例进行详细说明，而不是通过实施例来限制本发明权利要求保护范围。
实施例1
采用上述方法处理某稀贵金属冶炼厂生产的含砷烟气，烟气量为55000Nm3/h，烟气含尘约0.02g/Nm3，其中As2O3含量约占2.17％。此前采用传统喷淋方法，最终排放的烟气中砷含量约为5.8mg/m3，远达不到烟气排放标准。按照本文提供的烟气处理方法，在直径为5.2m的烟气塔上部配套定向设计10个微雾喷头(含事故喷头)，经增压后每个喷头喷口处压力达到130Bar左右，水量0.5m3/h左右，喷淋液中初始碳酸钠浓度为100g/L，喷淋液与烟气作用后的汇集流向砷碱分离系统。根据含砷碱性喷淋液中砷含量，按照摩尔比H2O2：As＝0.5:1加入少量双氧水氧化。按照N：Me:As＝6:1.2:1的比例混合硫酸铵和氧化钙配置钙铵络合离子溶液，混合均匀的高浓度钙铵络合离子溶液加入含砷碱性喷淋液中，并充分反应60min后过滤，滤渣为高品位砷渣，碱性滤液返回喷淋系统用作喷淋液。
经过检测，采用该方法后，排放的烟气中砷含量平均稳定在0.35mg/m3左右(标准0.5mg/m3)，达到排放标准，喷淋液总体积减少36％左右；且砷碱分离沉砷后的砷渣中砷品位达到20％左右，沉砷后碱性喷淋液可多次循环使用，成本较低。
实施例2
该实例主要比较双氧水的添加对该工艺指标的影响。采用上述方法处理某稀贵金属冶炼厂生产的含砷烟气，烟气量为55000Nm3/h，烟气含尘约0.02g/Nm3，其中As2O3含量约占2.17％。此前采用传统喷淋方法，最终排放的烟气中砷含量约为5.8mg/m3，远达不到烟气排放标准。按照本文提供的烟气处理方法，在直径为5.2m的烟气塔上部配套定向设计10个微雾喷头(含事故喷头)，经增压后每个喷头喷口处压力达到130Bar左右，水量0.5m3/h左右，喷淋液中初始碳酸钠浓度为100g/L，喷淋液与烟气作用后的汇集流向砷碱分离系统。含砷碱性喷淋液不添加双氧水氧化。按照N：Me:As＝6:1.2:1的比例混合硫酸铵和氧化钙配置钙铵络合离子溶液，混合均匀的高浓度钙铵络合离子溶液加入含砷碱性喷淋液中，并充分反应60min后过滤，滤渣为高品位砷渣，碱性滤液返回喷淋系统用作喷淋液。
经过检测，采用该方法后，排放的烟气中砷含量平均稳定在0.57mg/m3左右，喷淋液总体积减少36％左右；砷碱分离沉砷后的砷渣中砷品位为15％左右。对比实例1可知，在喷淋液中加入少量双氧水将亚砷酸根氧化为砷酸根对整个指标具有一定的影响。
实施例3
该实例主要比较微雾喷头数量对该工艺指标的影响。采用上述方法处理某稀贵金属冶炼厂生产的含砷烟气，烟气量为55000Nm3/h，烟气含尘约0.02g/Nm3，其中As2O3含量约占2.17％。此前采用传统喷淋方法，最终排放的烟气中砷含量约为5.8mg/m3，远达不到烟气排放标准。按照本文提供的烟气处理方法，在直径为5.2m的烟气塔上部配套定向设计10个微雾喷头(含事故喷头)，对比实例中中仅设计6个微雾喷头工作，经增压后每个喷头喷口处压力达到130Bar左右，水量0.5m3/h左右，喷淋液中初始碳酸钠浓度为100g/L，喷淋液与烟气作用后的汇集流向砷碱分离系统。根据含砷碱性喷淋液中砷含量，按照摩尔比H2O2：As＝0.5:1加入少量双氧水氧化。按照N：Me:As＝6:1.2:1的比例混合硫酸铵和氧化钙配置钙铵络合离子溶液，混合均匀的高浓度钙铵络合离子溶液加入含砷碱性喷淋液中，并充分反应60min后过滤，滤渣为高品位砷渣，碱性滤液返回喷淋系统用作喷淋液。
经过检测，采用该方法后，排放的烟气中砷含量平均稳定在0.74mg/m3左右，喷淋液总体积减少42％左右；且砷碱分离沉砷后的砷渣中砷品位达到19％左右。对比实例1可知，微雾喷头的数量对整个工艺指标，特别是烟气除砷效果具有明显的影响。
实施例4
该实例主要比较沉砷药剂用量对该工艺指标的影响。采用上述方法处理某稀贵金属冶炼厂生产的含砷烟气，烟气量为55000Nm3/h，烟气含尘约0.02g/Nm3，其中As2O3含量约占2.17％。此前采用传统喷淋方法，最终排放的烟气中砷含量约为5.8mg/m3，远达不到烟气排放标准。按照本文提供的烟气处理方法，在直径为5.2m的烟气塔上部配套定向设计10个微雾喷头(含事故喷头)，对比实例中中仅设计6个微雾喷头工作，经增压后每个喷头喷口处压力达到130Bar左右，水量0.5m3/h左右，喷淋液中初始碳酸钠浓度为100g/L，喷淋液与烟气作用后的汇集流向砷碱分离系统。根据含砷碱性喷淋液中砷含量，按照摩尔比H2O2：As＝0.5:1加入少量双氧水氧化。按照N：Me:As＝4:1:1的比例混合硫酸铵和氧化钙配置钙铵络合离子溶液，混合均匀的高浓度钙铵络合离子溶液加入含砷碱性喷淋液中，并充分反应60min后过滤，滤渣为高品位砷渣，碱性滤液返回喷淋系统用作喷淋液。
经过检测，采用该方法后，排放的烟气中砷含量平均稳定在0.54mg/m3左右，喷淋液总体积减少40％左右；且砷碱分离沉砷后的砷渣中砷品位达到15％左右。对比实例1可知，沉砷药剂用量对整个工艺指标，特别是砷渣品位具有明显的影响。

Claims (8)

1.一种含砷烟气处理方法，其特征在于：含砷烟气进入高压雾化烟气处理系统的烟气吸收塔底部，与从烟气吸收塔顶部喷入由碱性吸收液形成的致密微纳米级雾气流逆流接触反应，得到含砷碱性吸收液；所述含砷碱性吸收液经过氧化后进入砷碱分离系统中，与金属络合铵离子溶液接触反应，生成鸟粪石型砷酸金属铵沉淀，脱除沉淀后，余液返回高压雾化烟气处理系统作为碱性吸收液重复使用。
2.根据权利要求1所述的一种含砷烟气处理方法，其特征在于：所述烟气吸收塔顶部设有若干个雾化喷头，雾化喷头的喷雾压力为120～150Bar，水量为0.4～0.6m3/h，雾化喷头数量与烟气量处理量成正比，每个雾化喷头烟气处理量为0.6～1万m3/h。
3.根据权利要求1所述的一种含砷烟气处理方法，其特征在于：所述烟气吸收塔直径不低于3m。
4.根据权利要求1所述的一种含砷烟气处理方法，其特征在于：所述碱性吸收液为碳酸钠溶液。
5.根据权利要求1所述的一种含砷烟气处理方法，其特征在于：所述含砷碱性吸收液采用双氧水进行氧化处理。
6.根据权利要求1所述的一种含砷烟气处理方法，其特征在于：所述金属络合铵离子溶液是由碱土金属氧化物与铵盐反应得到。
7.根据权利要求6所述的一种含砷烟气处理方法，其特征在于：
所述铵盐为硫酸铵和/或碳酸铵；所述碱土金属氧化物为钙、镁、钡的氧化物中至少一种；
所述铵盐与碱土金属氧化物的摩尔比以铵根离子与碱土金属离子的摩尔比为4～8:1计量。
8.根据权利要求1所述的一种含砷烟气处理方法，其特征在于：含砷碱性吸收液中砷酸根离子与金属络合铵离子溶液中碱土金属离子的摩尔比为1:1～1.5。
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