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冶煉煙氣脫汞技術(shù)進展

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)計所			點擊數(shù)：
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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)進展
豳史鑫
北京礦冶研究總院環(huán)境工程研究設(shè)計所，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，實現(xiàn)經(jīng)濟高效可行的煙氣脫汞成為當(dāng)前研究的
熱點，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，從而達到將有害的雜質(zhì)吸附到孔隙中的目的。活
性炭表面含有少量化學(xué)結(jié)合、功能團形式的氧和氫，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60％。Carey等人 在研究影響活性炭控制燃煤汞排
放的因素試驗結(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行煙氣脫汞，改
性活性炭是運用化學(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)境影響評價與環(huán)保上市
核查等方面的研究。
54 技術(shù)進展Technology Improvement
¨
圖1活性炭吸附有害物質(zhì)示意
以增強活性炭活性。這主要是因為硫、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，
但其價格昂貴，進一步的大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用受到了經(jīng)濟
方面的制約，因此開發(fā)利用廉價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、價格低廉、對環(huán)境無
害等優(yōu)點。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
用有機硫和無機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行了脫汞試驗。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70％ 以上。
1．4 鈣基吸附劑
鈣基類物質(zhì)容易獲取，價格低廉，同時又是煙氣
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
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，黃志軍等進行KMnO 改性后
的Ca(OH) 吸附汞試驗，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
進行吸附脫除。BHK公司對SCR催化劑進行改進，將
改進的SCR催化劑在H本某研發(fā)中心l Mw 試驗平臺
上進行測試，Hg。的氧化脫除率為80％-95％。用SCR—
NH 系統(tǒng)進行同時脫硝脫汞是現(xiàn)實可行的，這對利用現(xiàn)
行的脫硝設(shè)備進行脫汞改造具有重要意義。由于SCR—
NH 系統(tǒng)的反應(yīng)機理和動力學(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，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
過工藝運行參數(shù)的優(yōu)化，氯化除汞技術(shù)的除汞效率可達
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)實際應(yīng)用中存在一些問題，采取相應(yīng)
的改進措施后，取得了滿意的效果。
1)甘汞氯化時間長，氯氣噴射器處經(jīng)常堵塞。改進
措施：在噴射器進液口前法蘭處增設(shè)孔板過濾板，防止
粗物進入氯氣噴射器；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。改進實施后，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，
均有負壓管線相連，且系統(tǒng)中氣體、液體均為酸I生，由于
設(shè)計時采用普通材質(zhì)鋼管、閥門，使用三個月后被腐蝕穿孔，
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，但成本過高，工業(yè)
化很難實現(xiàn)。其他廉價吸附劑(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，降低脫汞成本將成為今后研究的
重點
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56 技術(shù)進展Technology Improvement

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