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冶煉煙氣脫汞技術(shù)進(jìn)展

文檔作者：文史鑫文檔來源：北京礦冶研究總院環(huán)境工程研究設(shè)計(jì)所		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年01月27日
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奎磊 程 NONFERR0US METALS ENG{NEERlNG
doi：10．3969~．issn．2095—1744．2012．04．008
冶煉煙氣脫汞技術(shù)進(jìn)展
豳史鑫
北京礦冶研究總院環(huán)境工程研究設(shè)計(jì)所，北京100160
摘 要：有色金屬冶煉是我國大氣汞排放的重要來源之一，介紹冶煉煙氣吸附劑脫汞技術(shù)與氯化除
汞技術(shù)。綜述活性炭、改性活性炭、飛灰、礦物類吸附劑、鈣基吸附劑、金屬氧化物吸附劑脫汞技
術(shù)和氯化除汞技術(shù)的相關(guān)研究與應(yīng)用，展望相關(guān)技術(shù)的發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞：煙氣脫汞；有色金屬冶煉；綜述；吸附脫汞；氯化除汞
中圖分類號：X701 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095—1744(2012)04—0054-03
汞已被聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署列為全球性污染物，是除
了溫室氣體外唯一對全球范圍產(chǎn)生影響的化學(xué)物質(zhì)，具
有跨國污染的屬性，已成為全球廣泛關(guān)注的環(huán)境污染物
之一。進(jìn)入生態(tài)環(huán)境的汞會產(chǎn)生長期的危害，汞通過干
沉降或濕沉降污染水體，生物反應(yīng)后形成劇毒的甲基汞，
在魚類和其他生物體內(nèi)富集后又會循環(huán)進(jìn)入人體對人類
造成極大危害。
我國部分有色重金屬礦石含汞量較高，以鋅精礦
為例，據(jù)調(diào)查 我國陜西、甘肅鋅精礦汞分別可達(dá)到
233．07 g／t和499．91 g／t，這直接導(dǎo)致西北鋅冶煉煙氣汞
含量較高。一些處理高含汞精礦工廠的制酸車間空氣中
的汞含量超標(biāo)37倍，設(shè)備內(nèi)部檢修環(huán)境超標(biāo)高達(dá)1 000
倍以上 。有色金屬冶煉行業(yè)已經(jīng)成為我國汞排放的最
主要污染源之一，其貢獻(xiàn)量占我國非有意大氣汞排放量
的40％ 左右。
煙氣中的汞主要有氣態(tài)汞(Hg。)、二價(jià)汞(Hg )和
顆粒態(tài)汞(Hg )3種形式。其中氣態(tài)汞占總汞的79％ 以上。
電除塵器只能去除被飛灰吸附的Hg ，因此傳統(tǒng)的電除
塵器對汞的去除效果并不明顯(低于20％)。
目前冶煉行業(yè)煙氣脫汞尚不成熟，如何提高煙氣脫
汞能力，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效可行的煙氣脫汞成為當(dāng)前研究的
熱點(diǎn)，介紹近些年研究較多的固體吸附劑脫汞技術(shù)與氯
化除汞技術(shù)。
1吸附劑脫汞技術(shù)
1．1 活性炭
活性炭是一種多孔性的含碳物質(zhì)，具有高度發(fā)達(dá)的
孔隙構(gòu)造，提供大量的表面積，能與氣體(雜質(zhì))充分
接觸，從而達(dá)到將有害的雜質(zhì)吸附到孔隙中的目的?；?
性炭表面含有少量化學(xué)結(jié)合、功能團(tuán)形式的氧和氫，如
羧基、羥基、酚類、內(nèi)酯類、醚類等，這使活性炭除了
物理吸附能力外，還具備一定的化學(xué)吸附能力。圖1所
示為活性炭吸附有害氣體的示意圖。
影響活性炭汞吸附能力的因素較多，如吸附反應(yīng)溫
度、汞蒸氣濃度、煙氣成分等。溫度是影響化學(xué)吸附和
物理吸附的重要參數(shù)。溫度的升高對脫附更加有利 ]，
活性炭的吸附能力有所降低。增加炭汞比，除汞效率可
達(dá)60％。Carey等人 在研究影響活性炭控制燃煤汞排
放的因素試驗(yàn)結(jié)果中表明，煙氣中通入HCI氣體從0到
50“L／L，活性炭吸附汞的量有顯著增加。為提高活性
炭的吸附效率，通常使用改性活性炭進(jìn)行煙氣脫汞，改
性活性炭是運(yùn)用化學(xué)方法在活性炭表面注入硫、氯或溴，
收稿日期：
作者簡介： 史鑫(1986一)，男，北京市人，助理工程師，碩士，
主要從事環(huán)保技術(shù)及相關(guān)環(huán)境影響評價(jià)與環(huán)保上市
核查等方面的研究。
54 技術(shù)進(jìn)展Technology Improvement
¨
圖1活性炭吸附有害物質(zhì)示意
以增強(qiáng)活性炭活性。這主要是因?yàn)榱?、氯或溴可與汞發(fā)
生化學(xué)反應(yīng)，從而防止活性炭表面的汞蒸發(fā)溢出，大大
提高了吸附效率。Radisav D．Vidic 的試驗(yàn)結(jié)果表明，
活性炭經(jīng)硫、氯化物浸泡后對汞的吸附性能有極大提高，
最高效率可達(dá)95％-98％。
雖然活性炭吸附劑在煙氣脫汞方面具有很高的效率，
但其價(jià)格昂貴，進(jìn)一步的大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用受到了經(jīng)濟(jì)
方面的制約，因此開發(fā)利用廉價(jià)高效的替代物勢在必行。
1．2 飛灰
粉煤灰比表面積大、多孔，具有一定的吸附性能，
能夠吸收煙氣中的汞， “以廢治廢”是治理環(huán)境污染的
一條新路。Amtonia Lo’pez—Anto’n M通過研究粉煤
灰中顆粒炭的特性對汞的吸附的影響，發(fā)現(xiàn)顆粒炭的存
在對煙氣中汞的吸附有影響 ]。在一定范圍內(nèi)，粉煤灰
的吸附量與碳含量呈正相關(guān)關(guān)系。此外，飛灰粒徑越小，
孑L分布越寬，微孔越發(fā)達(dá)越有利于汞的吸附。飛灰主要
由SiO2，A12O3，TiO2，F(xiàn)e2O3等成分組成，其中A1203
與Fe O 等化學(xué)成分對Hg 也會起到一定的催化氧化的
作用。飛灰對汞的吸附也會受到煙氣成分的影響，煙氣
中的O ，SO ，NO對Hg。的氧化均有一定的作用，尤
其SO：對Hg 的氧化效果最為顯著。
1-3 硫改性礦物類吸附劑
礦物類吸附劑具有儲量豐富、價(jià)格低廉、對環(huán)境無
害等優(yōu)點(diǎn)。硫單質(zhì)能夠與汞發(fā)生反應(yīng)生成HgS，是一種
很好的脫汞試劑。為了降低煙氣脫汞成本，丁鋒等 采
用有機(jī)硫和無機(jī)硫改性后的天然硅酸鹽礦物材料凹凸棒
石、膨潤土和絲光沸石進(jìn)行了脫汞試驗(yàn)。結(jié)果表明溫度
的升高有利于汞脫除率的提高，但會減少吸附劑脫汞的
持續(xù)時(shí)間。三種單質(zhì)硫改性礦物類吸附劑中，膨潤土脫
汞能力最佳，可達(dá)70％ 以上。
1．4 鈣基吸附劑
鈣基類物質(zhì)容易獲取，價(jià)格低廉，同時(shí)又是煙氣
脫硫劑，如果能在脫汞方面取得突破，它將在多種污染
物同時(shí)脫除方面獲得重要應(yīng)用。國內(nèi)外研究者已經(jīng)采
用CaO，Ca(OH) ，CaCO3，CaSO ·2H：O等研究汞的脫
除。結(jié)果表明，Ca(OH) 對HgCI 的吸附率可達(dá)85％，
而對Hg。的吸附率僅為10％-20％。故如何提高鈣基吸
附劑對Hg。的吸附能力，成為關(guān)鍵。研究發(fā)現(xiàn)，煙氣中
的SO 明顯提高了鈣基吸附劑的脫汞效率，這可能是因
為SO 能夠在鈣基吸附劑表面形成許多活性中心，促進(jìn)
了吸附劑對Hg 的吸附。J-~L#F，向鈣基類吸附劑中添加
氧化性物質(zhì)，使Hg。的氧化率得到提高，也可提高鈣基
吸附劑對汞的脫除效率，黃志軍等進(jìn)行KMnO 改性后
的Ca(OH) 吸附汞試驗(yàn)，結(jié)果表明改性后的鈣基吸附劑
的脫汞效率可提高30％ 以上。
1．5 金屬氧化物吸附劑
Straube等 對SCR-NH3系統(tǒng)中催化劑V2O5／TiO2
的吸附脫汞性能做了測試，結(jié)果表明，V：O ／TiO 對Hg。
和Hg2 具有良好的吸附效果，汞在V O ／TiO 表面以化
學(xué)吸附形式(Hg—O)被吸附，然后可以用醋酸和鹽酸的
混合稀溶液沖洗回收汞。研究還表明，低濃度HC1能促
進(jìn)汞的脫除，但高濃度HC1氣體則不利于汞的吸附脫除，
這是由于HC1易于在催化劑作用下被0 氧化為C1 的
緣故，so2和NI-I3對汞的吸附效率的影響甚微。Lei等
發(fā)現(xiàn)低溫SCR—NH 系統(tǒng)的MnO ／TiO：催化劑也具備良
好的脫汞效果，而且同樣以化學(xué)吸附形式(Hg一0)對汞
進(jìn)行吸附脫除。BHK公司對SCR催化劑進(jìn)行改進(jìn)，將
改進(jìn)的SCR催化劑在H本某研發(fā)中心l Mw 試驗(yàn)平臺
上進(jìn)行測試，Hg。的氧化脫除率為80％-95％。用SCR—
NH 系統(tǒng)進(jìn)行同時(shí)脫硝脫汞是現(xiàn)實(shí)可行的，這對利用現(xiàn)
行的脫硝設(shè)備進(jìn)行脫汞改造具有重要意義。由于SCR—
NH 系統(tǒng)的反應(yīng)機(jī)理和動(dòng)力學(xué)十分復(fù)雜，汞的加入對催
化劑的脫硝效果造成的影響尚不清楚，相關(guān)的研究工作
還不夠深入，需要加強(qiáng)研究。
2 氯化除汞技術(shù)
氯化除汞技術(shù)已廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外有色冶煉煙氣脫
汞。氯化法除汞是連續(xù)的氣體洗滌過程，當(dāng)SO 煙氣在
脫汞反應(yīng)塔內(nèi)被酸性氯化汞絡(luò)合物溶液洗滌時(shí)，溶液中
的Hg 將與煙氣中的金屬汞蒸汽發(fā)生快速完全的反應(yīng)。
生成不溶于水的氯化亞汞晶體。部分氯化亞汞用氯氣重
新氯化制備成濃氯化汞溶液，加入洗滌液中補(bǔ)充(Hg )
有色金屬工程2012年第4期 55
| J一-tJ~NONFERROU—
S METALS ENGINEERING
汞離子損失。多余部分經(jīng)沉淀處理后成為甘汞產(chǎn)品，主
要化學(xué)反應(yīng)式為：吸收反應(yīng)HgC1 +Hg=Hg C1：；氯化反
應(yīng)Hg C12+C1：=2HgC1 。氯化法除汞技術(shù)已應(yīng)用于鋅冶煉
企業(yè)煙氣制酸脫汞中，具體工藝流程如圖2所示，主要
設(shè)備參數(shù)如表1所示。含汞煙氣從脫汞反應(yīng)塔塔底進(jìn)入，
經(jīng)循環(huán)液噴淋洗滌后由塔頂排出送入下道工序，煙氣中
的汞與洗滌液中HgC1 反應(yīng)生成不溶于水的Hg C1：，生
成的Hg CI：經(jīng)第一和第二沉降槽沉降分離后，一部分作
為產(chǎn)品從系統(tǒng)中排出，一部分送入甘汞氯化槽，經(jīng)氯氣
氯化后作為循環(huán)液母液，送入濃HgC1：液儲槽備用。通
過工藝運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化，氯化除汞技術(shù)的除汞效率可達(dá)
96％-99％
含求煳氣 ～
— — — — — L
l脫汞反應(yīng)塔
脫求后煙氣 循環(huán)洗滌液
濃液儲槽
循環(huán)槽
I循環(huán)滎
t
循環(huán)洗滌
cl — 氯化器
第一沉降槽
溢【流 溢流 底J 流 鋅I粉
第二 c降槽【
片東01g C12) 廢液
【』丞 盟f —
t
甘汞
圖2氯化法除汞工藝流程
表1主要設(shè)備參數(shù)
氯化除汞技術(shù)實(shí)際應(yīng)用中存在一些問題，采取相應(yīng)
的改進(jìn)措施后，取得了滿意的效果。
1)甘汞氯化時(shí)間長，氯氣噴射器處經(jīng)常堵塞。改進(jìn)
措施：在噴射器進(jìn)液口前法蘭處增設(shè)孔板過濾板，防止
粗物進(jìn)入氯氣噴射器；過濾板前設(shè)置排放管，定期將粗
物排出；改噴射器水平安裝為垂直安裝，避免甘汞在此
沉積。改進(jìn)實(shí)施后，再未發(fā)生氯氣噴射器堵塞故障。
2)沉降槽沉降效果差，甘汞難以沉淀。改進(jìn)措施：
在沉降槽中加入絮凝劑，提高沉降效果。
3)在除汞系統(tǒng)中所有槽罐為防止有毒有害氣體逸出，
均有負(fù)壓管線相連，且系統(tǒng)中氣體、液體均為酸I生，由于
設(shè)計(jì)時(shí)采用普通材質(zhì)鋼管、閥門，使用三個(gè)月后被腐蝕穿孔，
改用鋼襯PO管、閥后，很好地解決了存在問題。
3 結(jié)語
吸附劑噴入是當(dāng)前應(yīng)用較多的煙氣脫汞工藝，但多
應(yīng)用于發(fā)電廠燃煤煙氣脫汞中，冶煉行業(yè)應(yīng)用較少，活
性炭與改性活性炭雖脫汞能力較強(qiáng)，但成本過高，工業(yè)
化很難實(shí)現(xiàn)。其他廉價(jià)吸附劑(飛灰、礦物類與鈣基吸
附劑)的吸附能力有限，尚不能滿足凈化要求，其改性
優(yōu)化還需進(jìn)一步深入研究。氯化除汞技術(shù)現(xiàn)階段主要應(yīng)
用于鋅冶煉企業(yè)煙氣制酸脫汞，應(yīng)用范圍較窄有待拓寬，
此技術(shù)需建脫汞反應(yīng)塔與配套系統(tǒng)，投資較大。如何在
保證脫汞效率的同時(shí)，降低脫汞成本將成為今后研究的
重點(diǎn)
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