摘要：如何處理低濃度SO2煙氣，達(dá)到既綜合利用硫資源，又消除環(huán)境污染的目的，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文探討了有色金屬冶煉低濃度SO2的煙氣治理。

關(guān)鍵詞：有色金屬冶煉；SO2；煙氣冶理

有色金屬常與硫伴生形成如閃鋅礦、方鉛礦、輝銅礦、針鎳礦等硫化礦，是冶金工業(yè)的重要原料。在有色冶煉工業(yè)中，有兩種冶金工藝：即火法和濕法。目前，在大多數(shù)情況下仍用火法處理硫化礦。在火法冶金過程中，硫化金屬礦經(jīng)高溫焙燒使硫和金屬分離，硫轉(zhuǎn)化為SO2與焙燒煙氣一起排出，不僅浪費(fèi)了大量的硫資源，而且嚴(yán)重污染環(huán)境。煙氣中的SO2是大氣污染的主要組成部分，因此大幅度降低SO2污染已迫在眉睫。

一、SO2概述

SO2是最常見、最簡單、有刺激性的硫氧化物。大氣主要污染物之一。二氧化硫?yàn)闊o色透明氣體，有刺激性臭味。溶于水、乙醇和乙醚。另外，二氧化硫化學(xué)性質(zhì)極其復(fù)雜，不同的溫度可作為非質(zhì)子溶劑、路易氏酸、還原劑、氧化劑、氧化還原試劑等各種作用。

二、有色冶煉過程低濃度SO2對(duì)環(huán)境的污染

鉛、銻、鋅、銅等重金屬冶煉主要以硫化物礦為主要原料，因此在冶煉過程中排放的廢氣主要為SO2和煙粉塵。一些鉛銻冶煉廠周圍空氣環(huán)境中SO2超標(biāo)，山體植被受SO2污染而枯死；方圓幾公里范圍內(nèi)的農(nóng)作物因受SO2污染而減產(chǎn)甚至顆粒無收。同時(shí)，冶煉廢氣煙粉塵中含有鉛、鎘等重金屬污染物，對(duì)人體健康危害較大。

三、低濃度SO2煙氣治理

1、低濃度SO2煙氣轉(zhuǎn)化脫硫。煙氣脫硫是各國對(duì)煙氣中低濃度SO2的主要治理方法。煙氣脫硫的方法，大致可分為兩類：1）濕法。即采用液體吸收劑（如水或堿液等）洗滌以除去SO2，典型代表工藝主要有：濕式石灰石/石灰石膏法、堿性硫酸鋁-石膏法、亞硫酸鈉循環(huán)法、氨-酸法、活性炭吸附法等。濕法脫硫具有設(shè)備小操作較容易、脫硫效率高等優(yōu)點(diǎn)，但工藝廢水量和渣泥量大，經(jīng)營費(fèi)用不低，且脫硫后煙氣溫度低，不利于煙囪排氣的擴(kuò)散，一般要對(duì)煙氣進(jìn)行再加熱來克服。2）干法。用粉狀或粒狀吸收劑、吸附劑或催化劑以除去SO2，所用的固體吸收劑、吸附劑有金屬錳核、軟錳礦、石灰/石灰石、金屬氧化物（MgO、ZnO、MnO2等）。干法脫硫具有流程短、無污水、污酸排出，且凈化后煙氣溫度較高，可利用煙囪排氣擴(kuò)散，但脫硫效率低、設(shè)備龐大、操作技術(shù)要求高。另外，旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法和電子束法（PPCP）也可歸于干法脫硫范疇。旋轉(zhuǎn)干燥法是2O世紀(jì)7O年代開始興起的一種煙氣脫硫新技術(shù)，美國巴遜電力公司是推廣該技術(shù)的先驅(qū)。PPCP法其原理是利用加速器產(chǎn)生的電子束或脈沖高壓電源放電產(chǎn)生的高能電子離解氣體分子，噴入氮或其它化工產(chǎn)品生產(chǎn)化肥。這兩種方法一般都不宜于應(yīng)用于冶煉煙氣的治理。

根據(jù)凈化原理和工藝流程，煙氣脫硫又可分為：用各種液體和固體物料優(yōu)先吸收或吸附S02；在氣流中將SO2氧化為S03，再冷凝成硫酸；在氣流中將SO2還原為S，再將硫冷凝。其中，SO2吸收或吸附法是迄今為止用得最多的方法，其次是SO2氧化法。

SO2還原為硫的方法分為火法和濕法，火法可能應(yīng)用的還原劑有H2S、H2、水煤氣、天然氣、爐煤氣（CO）和碳（焦炭或煤等）。各種還原劑選擇進(jìn)行的熱力學(xué)分析表明，還原SO2制取元素硫最好選擇固體碳或CO作為還原劑。前者著重依據(jù)平衡移動(dòng)原理設(shè)計(jì)固體碳還原SO2制取元素硫的反應(yīng)設(shè)備和控制技術(shù)；后者則應(yīng)著重研究和開發(fā)CO還原SO2制取元素硫的催化劑。SO2還原為硫的濕法普遍為Outokump公司提出的還原硫法。該工藝主要分為Na2S溶液吸收→常溫常壓還原→Na2S再生3個(gè)階段，其主要優(yōu)點(diǎn)是使用的試劑可再生，產(chǎn)出價(jià)值較高的元素硫，同時(shí)冶煉煙氣中SO2濃度及煙氣量可波動(dòng)。

根據(jù)生成物是否有用，脫硫方法還可分為拋棄法和回收法。

前者的生成物作為固體廢物拋棄，后者則加以回收。從長遠(yuǎn)考慮，應(yīng)以回收法為主。

2、低濃度SO2煙氣制酸。低濃度SO2煙氣制酸一般有兩種思路：一是設(shè)法提高SO2煙氣的濃度，采用常規(guī)法制酸；二是直接采用低濃度SO2煙氣制酸。

低濃度SO2煙氣采用常規(guī)法制酸必須滿足以下條件：一是煙氣必須連續(xù)；二是煙氣在達(dá)到轉(zhuǎn)化器前必須保證SO2濃度在4%以上。為此，可通過加強(qiáng)冶煉設(shè)備密閉性、對(duì)低濃度SO2煙氣進(jìn)行返煙操作、富氧冶煉等措施來提高煙氣中SO2的濃度。其中，最常用的方法是焚磺配氣法。該方法是將一部分煙氣通過焚硫爐焚燒硫磺，以提高煙氣中SO2濃度，然后與另一部分煙氣混合后，達(dá)到制酸工藝要求，進(jìn)入常規(guī)制酸工藝系統(tǒng)。該工藝的主要優(yōu)點(diǎn)是工藝簡單易操作，投資較省，但如果通過燒硫磺配氣制酸，成本較高。

低濃度煙氣SO2直接制酸工藝目前主要有非穩(wěn)態(tài)法和托普索WSA工藝。

非穩(wěn)態(tài)法是利用轉(zhuǎn)化器觸媒蓄熱，周期性改變送氣方向，使觸媒兩端交替放熱與蓄熱，從而實(shí)現(xiàn)低濃度SO2煙氣制酸的自熱平衡。其突出的特點(diǎn)是無中間換熱器，流程簡單，同時(shí)由于觸媒是在封閉狀態(tài)下蓄熱、放熱，因而熱損失小。但由于觸媒冷熱交換頻繁，受損快，轉(zhuǎn)化率低，我國僅有少數(shù)企業(yè)采用非穩(wěn)態(tài)工藝，轉(zhuǎn)化率也僅在85%～90%間，必須另外增加尾氣處理設(shè)施。

托普索WSA工藝是20世紀(jì)80年代中期丹麥TOPSOE公司開發(fā)的一種將凈化后的煙氣不進(jìn)行任何干燥而生產(chǎn)濃硫酸的催化新工藝。該工藝的最大優(yōu)點(diǎn)是，無論煙氣中SO2濃度高或低都能生產(chǎn)出96%以上濃度的硫酸，不會(huì)產(chǎn)生任何廢物或廢水，不使用任何化學(xué)吸附劑，尾氣能達(dá)到環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。但該工藝對(duì)煙氣凈化的質(zhì)量要求較高，常規(guī)凈化設(shè)備不能滿足要求，需采用動(dòng)力波或可調(diào)文丘里氣體凈化裝置；WSA工藝系統(tǒng)轉(zhuǎn)化器、內(nèi)部換熱器采用熔鹽作為冷卻介質(zhì)；凈化工段濕氣的換熱器采用內(nèi)襯聚四氟乙烯玻璃管；WPS管殼式冷凝器采用特殊的耐熱、耐硫玻璃；另外，因WSA工藝采用濕式轉(zhuǎn)化，對(duì)觸媒要求較嚴(yán)格。并且托普索WSA工藝對(duì)設(shè)備要求高，投資相對(duì)較大。

3、采用先進(jìn)的冶煉工藝與技術(shù)創(chuàng)新。采用先進(jìn)的冶煉工藝取代目前較落后的工藝流程，則可有效地解決低濃度SO2煙氣污染問題。從國內(nèi)外鉛冶煉工藝技術(shù)的發(fā)展來看，現(xiàn)有的直接法冶煉新工藝是目前鉛冶煉工藝改造的首先方案和發(fā)展方向?？晒┻x擇的工藝有基夫賽特法、QSL法、卡爾多爐法、氧氣頂吹熔煉法和底吹氧化熔煉-鼓風(fēng)爐還原法（SKS法）等。這幾種工藝都具有流程短、煙氣SO2濃度高、環(huán)境治理好的優(yōu)勢(shì)。

為解決低濃度SO2煙氣污染環(huán)境問題，20世紀(jì)80年代有人提出金屬硫化物的石灰強(qiáng)化還原工藝。該工藝的特點(diǎn)是將脫硫劑同還原劑一起加入到爐料中，使硫化礦直接還原成金屬，而硫變成容易處理的化合物，然后再分離出化合物中金屬并回收硫，并以環(huán)保方面可接受的形式加以排出。加入石灰有兩方面作用：一是石灰起固硫作用；二是石灰通過吸收SO2使化學(xué)平衡移動(dòng)而達(dá)到的強(qiáng)化反應(yīng)速率作用。顯然，在爐料中加入固硫劑從而在熔煉過程中直接實(shí)現(xiàn)固硫，思路新穎，較之傳統(tǒng)的放出SO2煙氣再送制酸工藝有著無與倫比的優(yōu)勢(shì)。只是采用石灰作為固硫劑，產(chǎn)出的石膏銷路成問題，堆存也易造成二次環(huán)境污染。為此，就有人提出無SO2排放還原造锍熔煉一步煉鉛法，即用高價(jià)氧化鐵作為固硫劑，同時(shí)高價(jià)氧化鐵還起造锍劑的作用，高價(jià)氧化鐵作為固硫劑較之于石灰的優(yōu)勢(shì)在于產(chǎn)出的FeS在空氣中易于氧化而生成元素硫。該工藝對(duì)解決我國中小型鉛廠低濃度SO2污染問題有重大意義，目前已完成工業(yè)化試驗(yàn)，今后要解決的問題是選擇合適的設(shè)備和提高FeS生成元素硫的轉(zhuǎn)化率。

四、結(jié)語

綜上所述，SO2是有色金屬冶煉過程中產(chǎn)生的主要污染物。近年來，我國有色冶煉行業(yè)較大的發(fā)展，有色金屬產(chǎn)量不斷增加的同時(shí)，冶煉煙氣SO2達(dá)標(biāo)排放已成為環(huán)保要求的重中之重。因此，如何處理低濃度SO2煙氣，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。