纳米级固液分离系统在冶炼烟气制酸中的应用

杨四秦，苏汉臣，张 伟，陈盛果

[1.刚果（金）卢阿拉巴铜冶炼股份有限公司，刚果（金）卢阿拉巴省；2.新疆喀拉通克矿业有限责任公司，新疆富蕴 836199]

新疆喀拉通克矿业有限责任公司（简称喀拉通克公司）200 kt/a硫酸生产装置用于处理上游火法铜冶炼系统产生的高温含硫烟气。硫酸装置净化工序在不断循环洗涤过程中将烟气中的二氧化硫、三氧化硫、粉尘和氟等洗涤到循环稀酸中，循环稀酸中的固含量不断增加，有时固含量(ρ)高达8 g/L。为使净化系统正常运行，该公司采用锥形斜板沉降槽对循环稀酸中的污泥进行分离，但分离效率低，污泥后移，造成冷却塔填料积泥，板式换热器酸侧频繁堵塞，失去换热能力，导致二段电除雾器出口烟气温度达40 ℃以上，严重影响制酸系统的稳定运行。为此，2018年喀拉通克公司与某石化工程装备有限公司进行技术交流，将锥形斜板沉降槽拆除，新建1套纳米级固液分离系统以实现净化循环稀酸的固液分离。技术改造完成后，循环稀酸中固含量(ρ)降到10 mg/L以下，板式换热器换热效率明显提升，有效保证了净化工序各设备高效、稳定运行。

1 纳米级固液分离系统简介

纳米级固液分离系统依托环管均压液膜洗涤装置、真空脱气设备、带悬浮的斜板过滤器及滤压设备等技术支撑，使过滤后的清液中固体粒径可达到纳米级，气相中的尘、液相中的泥均以固渣[w(H2O)60%的滤饼]的形式分离出系统。纳米级固液分离系统工艺流程见图1。

图1 纳米级固液分离系统工艺流程

1.1 环管均压液膜洗涤装置

环管均压液膜洗涤装置用于提升第一洗涤塔的喷淋效率。采用均压结构，每个喷头单元通过仿真设计进行布置。结合塔内气体湍流与平流原理，为防止塔壁短路，补水点上下双层布置，在布置区域内形成雾化湍冲区、液膜区，可高效地将烟气中的尘洗入循环稀酸中，同时将第一洗涤塔出口的烟气温度降至55 ℃以下，避免因烟气温度高而使大量饱和水蒸气夹带的尘泥后移至冷却塔造成设备堵塞。

1.2 带悬浮的斜板过滤器

带悬浮的斜板过滤器主要是利用物理沉降、吸附过滤原理，结合中心桶结构、砂滤器的正向过滤、反向冲洗、软化水工艺的滤料吸附作用及膜过滤的超细过滤，实现固液分离。在提高过滤效率的基础上，带悬浮的斜板过滤器与普通斜板过滤器、砂滤器、浓密机等设备相比，具有占地面积小、投资少、效率高、自动化程度高等优点；通过PLC/DCS自动控制系统，完成定时或定量自动反冲洗，可操作性强；与膜过滤器相比，不但起到膜过滤器的效果，而且可以规避膜过滤器的膜管结垢问题。带悬浮的斜板过滤器结构见图2。

图2 带悬浮的斜板过滤器结构

带悬浮的斜板过滤器规格及技术参数分别见表1和表2。

表1 带悬浮的斜板过滤器规格

表2 带悬浮的斜板过滤器技术参数

2 纳米级固液分离系统运行效果

2.1 真空脱气效果

压滤机松板时现场环境无SO2刺激性气味，采用便携式SO2气体检测仪检测现场φ(SO2)约为0.000 09%。由此表明，经真空负压脱气后，循环稀酸中SO2脱除得较为干净，脱除效果好于接触法脱气，且不增加制酸系统的空气补入量，有利于制酸系统生产。

2.2 固液分离效果

固液分离系统入口循环稀酸固含量(ρ)约为8.09 g/L，固液分离系统出口循环稀酸中的颗粒物直径用激光光散射测试低于100 nm，固含量测试低于检测限。

2.3 净化指标运行效果

纳米级固液分离系统稳定运行7 d后，净化工序第一洗涤塔出口的烟气温度由67.0 ℃降至48.1℃，第一洗涤塔循环稀酸固含量(ρ)由8 g/L降至10 mg/L 以下，冷却塔循环稀酸固含量 (ρ)由 5 g/L降至 1 mg/L 以下。

3 纳米级固液分离系统特点

纳米级固液分离系统具有以下特点：

1）制酸系统上游工序电收尘器出现故障时，可保证净化系统正常运行。若电收尘器出现故障，一级动力波洗涤器入口烟气中含有大量尘，环管均压液膜洗涤装置可将其洗入循环稀酸中，再通过纳米级固液分离系统第一时间将循环稀酸中的尘泥完全分离出系统，避免因烟气尘含量升高造成循环稀酸中尘泥量大，导致喷头、冷却塔填料、板式换热器堵塞，从而保证净化系统正常稳定运行。

2）提高循环稀酸浓度，减少污酸排放量。通过纳米级固液分离系统将循环稀酸中的尘泥完全分离出系统，使循环稀酸澄清无杂质。增加循环稀酸循环次数，提高循环稀酸的浓度，从而减少净化污酸排放量，为后续污酸资源化利用提供有利条件。

3）回收有价金属。纳米级固液分离系统分离后的污泥以固渣形式分离出系统，固渣中的有价金属含量较高，有些金属含量甚至超过其原矿中的含量，如铅、硒、金、银等，固渣作为有价金属提取的原料可较大程度回收资源，降低生产成本。

4）减少污酸硫化处理过程中硫化剂的消耗。纳米级固液分离系统建成后，经真空脱气设备将污酸中溶解的SO2脱除，从而减少污酸硫化过程中NaS的消耗量。根据生产数据对比，NaS消耗量减少80%以上。此外，通过分离污泥，排放的污酸中重金属含量也随之降低，在后续污酸硫化处理过程中，减少了NaS的加入量，进而减少硫化渣的产出量，降低污酸处理成本，减轻企业的环保压力。

4 结语

纳米级固液分离系统已成功应用于喀拉通克公司硫酸生产净化工序，为该厂硫酸生产稳定运行创造了有利条件。生产实践表明：该系统工艺成熟先进，技术可靠，自动化程度高，操作简单，具有投资少、占地面积小、分离效率高、运行费用低等优点，尤其适用于冶炼高含尘烟气净化系统的改造，具有一定的借鉴作用和推广价值。