烟气处理(treatment of flue gas)

烟气经过回收利用和净化处理，使其达到排放标准的过程。在有色金属冶炼过程中排放的大量烟气，常含有二氧化硫、氟化物、氯、汞等气态污染物，它们污染大气，破坏生态平衡。必须将这些气态污染物固定下来，并使之转化成有益产品，以达到消除污染、变害为利的目的。

高浓度二氧化硫烟气处理   根据烟气中二氧化硫含量的大小，可把烟气分为高浓度二氧化硫烟气和低浓度二氧化硫烟气。通常把二氧化硫含量大于3.5％的烟气称为高浓度二氧化硫烟气。

铜、铅、锌、镍、钴等有色金属火法冶金过程产生的二氧化硫是污染大气的主要物质，其在烟气中的浓度波动较大，低的小于1％，高的达lO％以上。利用高浓度二氧化硫烟气制取硫酸是从含硫冶炼烟气回收硫常用的经济有效方法。据1987年统计，中国有色金属冶炼烟气占全国制酸能力的16％；1988年全世界冶炼烟气制取硫酸产量占世界硫酸总产量的20％；芬兰冶炼烟气制酸占硫酸总产量的82％，是二氧化硫烟气制酸比例最大的国家。

近年来高浓度二氧化硫烟气制酸技术的进步主要从强化冶炼工艺，加强密闭排风以提高二氧化硫浓度以及改进制酸工艺两方面着手。例如，前苏联为解决回收冶炼烟气中的二氧化硫使用了工业氧自热熔炼；芬兰奥托昆普(Outokumpu)采用富氧空气闪速熔炼工艺使烟气中二氧化硫浓度提高到10％以上，可与二氧化硫浓度较低的冶炼烟气混合，有效回收硫；日本曾用连续炼铜炉烟气与低浓度二氧化硫烟气混合制酸，制酸后的尾气用苛性钠淋洗使二氧化硫回收率达99％。

中国多采用接触法从二氧化硫烟气制取硫酸，其生产流程包括烟气净化、二氧化硫转化以及三氧化硫吸收三部分。二氧化硫烟气中除二氧化硫和氧外，还含有三氧化硫、三氧化二砷、氟化氢、汞等气态污染物及烟尘。为使二氧化硫烟气符合制酸要求，首先必须进行烟气净化和干燥。烟气净化可采用干法净化、水洗、稀酸洗涤和热浓酸洗涤等方法。干燥通常采用浓酸作干燥剂，在干燥塔内除去烟气中的水蒸气。经过净化干燥后的二氧化硫烟气，通过热交换器加热至673～773K，然后再进入转化器与钒触媒接触，二氧化硫即被氧化为三氧化硫。三氧化硫气体用98％硫酸吸收，便产出硫酸。

中国多数有色金属冶金厂的二氧化硫烟气制酸主要采用一转一吸的单接触法，贵溪冶炼厂和葫芦岛锌厂等少数厂采用先进的两转两吸的双接触法而国际上则多数厂采用双接触法制酸，并且制酸尾气经进一步处理后才排放。为提高硫的利用率，中国贵溪冶炼厂通过强化工艺使烟气二氧化硫浓度高达10％以上，采用双接触法制酸使硫的利用率高达95.5％。

二氧化硫烟气除用于制酸外，还可用于制取元素硫，其主要过程包括烟气净化、二氧化硫催化还原、克劳斯反应(SO₂+2H₂S=S₂+2H₂O)三部分。此法可从含二氧化硫5％～10％的烟气制取元素硫，已在美国、前苏联等国家得到应用。但由于制取元素硫费用高和硫酸的销路尚好，故制取元素硫的厂家比制取硫酸少得多。

低浓度二氧化硫烟气处理   二氧化硫浓度低于3.5％、不能满足接触法自热生产硫酸的二氧化硫烟气称为低浓度二氧化硫烟气。

有色金属冶金原料和工艺复杂，设备种类繁多，造成烟气量和二氧化硫浓度波动较大。铜、镍厂的反射炉和电炉，铅厂的吸风烧结产出烟气的二氧化硫浓度均较低(含SO₂ 0.15％～1.8％)，这种低浓度二氧化硫烟气不适于直接制取硫酸。为解决低浓度二氧化硫烟气制取硫酸的困难，通常可将这种烟气与高浓度二氧化硫烟气混合，如通过配入富氧或纯氧自热熔炼炉气或焚烧硫磺或焙烧硫铁矿获高浓度二氧化硫烟气，再使其与低浓度二氧化硫烟气混合，然后送去制取硫酸。

针对低浓度二氧化硫烟气在制取硫酸转化时的热平衡问题，前苏联发明了二氧化硫非稳态转化工艺。非稳态转化工艺是在固定床反应器中周期性地改变低温反应气体进入催化剂固定层的方向，使催化剂成为蓄热器，在催化剂床层中部形成一个高温反应区，而上下两端起换热作用。因而，此反应器可以在保持自热平衡的条件下，能处理二氧化硫浓度范围很广的烟气。非稳态转化工艺不但在前苏联已得到广泛的应用。而且波兰一些工厂也将非稳态转化工艺技术成功地加装到一转一吸装置上，并将其改造成两转两吸制酸系统，二氧化硫总转化率达到99.7％。

早在1940年，人们就开始研究低浓度二氧化硫烟气脱硫技术，目前有色金属冶金工厂低浓度二氧化硫烟气主要的脱硫方法列举于表。

为使排出废气达到国家排放标准，高浓度二氧化硫烟气制酸后的尾气(特别是一转一吸单接触法制硫酸工艺)同样要经进一步处理才能排放。烟气脱硫和回收产物的选择要考虑脱硫率、副产品销路等因素。上述低浓度二氧化硫烟气处理方法虽然已在有色金属冶金工厂得到广泛应用，但随着工业发展，环境保护要求将更趋严格，因此，仍需进一步完善高浓度二氧化硫烟气制取硫酸技术以及低浓度二氧化硫烟气的处理研究。

烟气处理脱氟   铝工业是氟污染源之一，电解铝采用氟化盐和熔剂，在高温熔盐电解条件下氟化物分解而散发出大量的含氟烟气。工业发达国家铝工业的氟污染基本上得到控制，可达到排放1k氟／t铝以下的水平。加强铝电解槽密闭集气、尽量防止烟气散发入车间和减少天窗气体净化比重的这个防止铝生产烟气污染的原则已被各国所公认。但由于各种槽型结构的差异，密闭的程度各不相同，集气效率也就不同，以中心预焙槽集气效率最高，达90％以上。

工业含氟烟气净化有干法净化与湿法净化法。干法净化含氟烟气是采用氧化铝作吸附剂吸附净化铝电解烟气中的氟化氢，在氧化铝表面上生成表面化合物氟化铝，氟化铝可直接用于电解生产。干法净化有两种类型，一类是以A–398为代表的流化床干法净化系统(FBDS)，另一类是喷射氧化铝干法净化系统(IADS)，两者都能达到很高的净化效率，出口烟气含氟(总氟)为0.4mg／m³。属IADS类型的有法国式的文氏管反应器系统和加拿大铝业公司(Alcan)的烟气管道反应器系统。中国新建的8万t的电解铝厂采用Alcan烟气管道反应器系统，吸附反应床为输送床。吸附剂为氧化铝。

湿法净化系采用碱液吸收含氟烟气。此法仍广泛用于净化自焙槽烟气。但国际上由于旁杆自焙槽正在被淘汰，加上湿法净化存在一系列缺点，因此，湿法净化有被淘汰的趋势。但中国由于老厂铝电解槽大多是采用旁杆自焙槽，仍有必要继续研究提高湿法净化脱氟的效果。

烟气处理脱汞   汞污染也是有色金属火法冶金大气污染的主要问题之一。在火法炼汞生产过程中，冷凝后烟气含汞约38mg／m³，通风气体含汞约5mg／m³，以每吨矿计，排入大气的汞量为0.01kg。

汞在矿物中常以硫化物形态存在，并与某些有色金属共生，因此，除汞冶炼以外，一些有色金属冶炼厂的烟气中也可能含有汞，其浓度为(40～80)×10^–4％，这种含汞烟气或排入大气或污染硫酸，都会造成危害。

从含汞气体中净化除汞的原理是将分压很低的汞雾以及汞化合物以硫化物、硒化物、卤化物或硫酸盐形态沉淀分离，以达到净化目的。常见的汞蒸气净化方法较多，可分为冷凝法、吸附法和吸收法三大类。工业上往往采用多级净化。如采用硫酸一软锰矿或多硫化钠作吸收剂的吸收一充氯活性炭吸附净化火法炼汞的高浓度含汞烟气，一级净化用填料塔，二级净化用固定床吸附器，净化后废气含汞浓度达到排放标准。

世界一些铅锌冶炼厂焙烧烟气含有汞，如芬兰奥托昆普公司自1970年以来就采用汞分离法防止汞进入硫酸。奥托昆普法是将含汞的锌流态化焙烧炉烟气，经过余热锅炉冷却至673K，除尘后用85％～93％浓硫酸洗涤，此时，烟气中的汞蒸气与硫酸作用生成硫酸汞。硫酸在循环使用过程中，硫酸汞的浓度不断增加，并达到饱和析出，析出物经硫酸塔的沉降池沉淀，用水冲洗，过滤分离，蒸发回收汞。经酸洗后的气体，进一步用水洗回收残余汞。用此法可以防止汞在制取硫酸过程中进入硫酸，除汞后生产的硫酸含汞平均为5×10^–5％，最低可达5×10^–6％。中国韶关冶炼厂采用如彩图插页第15页所示的装置脱除制酸烟气中的汞。

烟气处理脱氯   氯气具有强烈刺激性，有毒，其最大不可嗅浓度为0.7～1mg／m³，浓度为1～6mg／m³时即对人有显著刺激，浓度达12mg／m³时则使人难以忍受。因此，对氯化冶金氯化作业产生的低浓度含氯烟气必须加以处理。例如，海绵钛生产中的氯化炉烟气含氯多为微量，少量含氯达1％～4％。

常见的低浓度含氯烟气处理方法是碱吸收法。低浓度含氯烟气用碳酸钠溶液吸收，生成次氯酸钠。其处理工艺是低浓度含氯烟气先经过水吸收处理，除去烟气中的盐酸雾、尘粒等后，再在波纹塔内用碳酸钠液吸收，废气排空。此法对游离氯吸收率可达99.99％，净化液可得副产品次氯酸钠。