有色(se)金(jin)屬常與硫伴生形成如閃鋅礦(kuang)、方鉛礦(kuang)、輝銅礦(kuang)、針鎳礦(kuang)等硫化礦(kuang)，是冶金(jin)工(gong)業(ye)的重要原料。在有色冶(ye)煉工(gong)(gong)業中，有兩種(zhong)冶(ye)金工(gong)(gong)藝：即火法和濕法。目前(qian)，在大多數情況下仍用(yong)火法(fa)處理硫化礦。在火法(fa)冶(ye)金(jin)過(guo)程中(zhong)，硫(liu)化(hua)金(jin)屬礦經(jing)高溫(wen)焙燒使硫(liu)和金(jin)屬分離，硫(liu)轉化(hua)為SO2與焙燒煙氣一起(qi)排出(chu)，不僅浪費(fei)了大(da)量的硫(liu)資源，而且嚴重污染(ran)環(huan)境。煙氣中的(de)SO2是大氣污染的(de)主要組成部分，因此(ci)大幅度降低SO2污染已迫(po)在(zai)眉睫。

一(yi)、SO2概述(shu)

SO2是最(zui)常(chang)見、最(zui)簡單、有刺激性(xing)的(de)硫氧(yang)化物。大氣主要(yao)污(wu)染物(wu)之一。二氧化硫為無色(se)透明(ming)氣體，有刺激性臭味。溶于水(shui)、乙(yi)(yi)醇和乙(yi)(yi)醚。另(ling)外，二氧化(hua)硫(liu)化(hua)學性(xing)質(zhi)極(ji)其復雜，不同(tong)的溫度(du)可作(zuo)為非質(zhi)子溶(rong)劑(ji)、路(lu)易氏酸、還原劑(ji)、氧化(hua)劑(ji)、氧化(hua)還原試(shi)劑(ji)等各種作(zuo)用。

二、有(you)色冶(ye)煉過程低濃度(du)SO2對環(huan)境(jing)的(de)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(xie)鉛銻冶煉廠(chang)周圍空氣環境中SO2超標，山體植(zhi)被受(shou)SO2污(wu)染而(er)枯死;方圓(yuan)幾公里范圍內的農作物因受(shou)SO2污(wu)染而(er)減產(chan)甚至顆粒無收。同時，冶煉(lian)廢氣煙(yan)粉(fen)塵中(zhong)含(han)有鉛、鎘(ge)等重金(jin)屬污(wu)染物，對人體(ti)健(jian)康危(wei)害較大(da)。

三(san)、低(di)濃度SO2煙氣治理(li)

1、低濃度SO2煙氣(qi)轉(zhuan)化脫硫。煙氣(qi)脫硫是各(ge)國(guo)對煙氣(qi)中低濃度SO2的主要治理方法。煙氣(qi)脫硫(liu)的方法，大致可分為(wei)兩類：1)濕法。即采用液(ye)體(ti)吸收(shou)劑(如水(shui)或堿液(ye)等(deng))洗滌以除去SO2，典型(xing)代表工藝主要有：濕式石(shi)灰石(shi)/石(shi)灰石(shi)膏法(fa)(fa)、堿性硫酸鋁(lv)-石(shi)膏法(fa)(fa)、亞(ya)硫酸鈉循環法(fa)(fa)、氨-酸法(fa)(fa)、活性炭吸附法(fa)(fa)等。濕(shi)法(fa)脫硫具(ju)有(you)設備小操作較容易、脫硫效率高等優點，但(dan)工藝廢水(shui)量和渣泥量大，經營費用(yong)不(bu)低，且脫硫后(hou)煙(yan)氣溫度(du)低，不(bu)利于(yu)煙(yan)囪排氣的擴散(san)，一般要(yao)對煙(yan)氣進行再加熱來克服。2)干法。用粉狀或(huo)粒狀吸(xi)(xi)收(shou)劑(ji)(ji)、吸(xi)(xi)附劑(ji)(ji)或(huo)催化(hua)劑(ji)(ji)以除去(qu)SO2，所(suo)用的固體(ti)吸(xi)(xi)收(shou)劑(ji)(ji)、吸(xi)(xi)附劑(ji)(ji)有金(jin)屬(shu)錳(meng)核、軟錳(meng)礦、石(shi)灰/石(shi)灰石(shi)、金(jin)屬(shu)氧化(hua)物(wu)(MgO、ZnO、MnO2等)。干法脫(tuo)硫(liu)具(ju)有流程短、無污(wu)水(shui)、污(wu)酸排出(chu)，且凈化后煙氣溫(wen)度(du)較高(gao)，可利用(yong)煙囪(cong)排氣擴散，但脫(tuo)硫(liu)效(xiao)率(lv)低、設備(bei)龐(pang)大、操作(zuo)技術要求(qiu)高(gao)。另外(wai)，旋轉噴霧干燥法和電(dian)子束法(PPCP)也可歸于干法脫硫范疇。旋轉干(gan)燥法是(shi)2O世紀7O年代開始興起的一種煙(yan)氣脫硫新技術(shu)，美國巴遜電力公司是(shi)推廣該技術(shu)的先驅。PPCP法其原理是(shi)利(li)用加(jia)速器產(chan)生的電(dian)子束或(huo)脈沖高壓電(dian)源放電(dian)產(chan)生的高能(neng)電(dian)子離解氣體分子，噴入氮或(huo)其它化工產(chan)品生產(chan)化肥。這兩種方法一般都不宜于(yu)應用于(yu)冶煉煙(yan)氣的治(zhi)理。

根據凈化原理和工藝(yi)流程，煙氣脫硫(liu)又可分為：用(yong)各種液體(ti)(ti)和固體(ti)(ti)物料優先吸(xi)收或吸(xi)附S02;在氣流中將SO2氧化為(wei)S03，再冷凝成硫(liu)酸;在氣流中將SO2還(huan)原為(wei)S，再將硫(liu)冷凝。其中，SO2吸收或吸附法(fa)是(shi)迄今為(wei)止用得最(zui)多的方法(fa)，其次是(shi)SO2氧化法(fa)。

SO2還原為硫的方法(fa)(fa)分為火法(fa)(fa)和(he)濕法(fa)(fa)，火法(fa)(fa)可能應用的還原劑有H2S、H2、水煤(mei)氣(qi)、天然(ran)氣(qi)、爐煤(mei)氣(qi)(CO)和(he)碳(焦炭或煤(mei)等)。各種還(huan)原(yuan)劑(ji)(ji)選擇(ze)進行的熱力學分析表(biao)明，還(huan)原(yuan)SO2制取元素硫最好(hao)選擇(ze)固體碳或(huo)CO作(zuo)為還(huan)原(yuan)劑(ji)(ji)。前者著(zhu)(zhu)重(zhong)依據平衡(heng)移動原理設計(ji)固體碳還原SO2制(zhi)取元素硫的反應(ying)設備和(he)控制(zhi)技術(shu);后(hou)者則應(ying)著(zhu)(zhu)重(zhong)研究和(he)開發CO還原SO2制(zhi)取元素硫的催化(hua)劑。SO2還原(yuan)為(wei)硫的濕法普遍為(wei)Outokump公(gong)司提出(chu)的還原(yuan)硫法。該工藝主(zhu)要分為Na2S溶液吸收→常溫常壓(ya)還原→Na2S再生(sheng)3個階(jie)段(duan)，其主(zhu)要優(you)點是使(shi)用的(de)試劑可(ke)再生(sheng)，產出價(jia)值較(jiao)高的(de)元素硫，同時冶煉煙氣(qi)中SO2濃(nong)度及(ji)煙氣(qi)量可(ke)波動。

根(gen)據生成(cheng)物是(shi)否有用，脫硫方法還(huan)可分為拋棄(qi)法和回(hui)收法。

前者的生成物作(zuo)為(wei)固體廢物拋棄，后者則加以(yi)回收。從長遠考(kao)慮，應以回收法為主。

2、低濃度SO2煙(yan)氣制酸(suan)。低(di)濃度SO2煙(yan)氣制酸一(yi)般有兩(liang)種思路：一是(shi)設(she)法(fa)提高SO2煙氣的濃(nong)度，采用常規法(fa)制(zhi)酸(suan);二(er)是(shi)直接(jie)采用低濃(nong)度SO2煙氣制(zhi)酸(suan)。

低濃度SO2煙氣采用常規法制酸必須滿足(zu)以下(xia)條件：一是煙氣必(bi)須連續;二是煙氣在達到轉化器(qi)前必(bi)須保證SO2濃度在4%以(yi)上。為(wei)此，可通過加(jia)強(qiang)冶(ye)煉(lian)設備(bei)密閉性(xing)、對低濃度(du)SO2煙(yan)氣進行返煙(yan)操作、富氧冶(ye)煉(lian)等措施來提高煙(yan)氣中SO2的濃度(du)。其中，最常用的方法是焚磺配氣(qi)法。該方法是(shi)將一(yi)部分煙(yan)氣(qi)通過焚硫爐焚燒(shao)硫磺，以(yi)提高煙(yan)氣(qi)中SO2濃度，然(ran)后(hou)與另一(yi)部分煙(yan)氣(qi)混合后(hou)，達(da)到制(zhi)酸工藝(yi)要求，進入常規制(zhi)酸工藝(yi)系統。該工藝的主(zhu)要(yao)優點(dian)是工藝簡(jian)單(dan)易操作，投資較(jiao)省，但如(ru)果通過燒硫磺配氣(qi)制(zhi)酸(suan)，成本較(jiao)高。

低濃度(du)煙(yan)氣SO2直(zhi)接制酸工藝目(mu)前(qian)主要有(you)非穩(wen)態法和(he)托普索(suo)WSA工藝。

非穩態法是利用轉(zhuan)化器觸媒蓄(xu)熱(re)，周期性改變送氣方向，使觸媒兩端交替放(fang)熱(re)與蓄(xu)熱(re)，從而實現低濃度SO2煙氣制酸(suan)的自熱(re)平衡。其突出的特點是(shi)無中(zhong)間換熱(re)(re)器，流程簡(jian)單，同時由于觸媒是(shi)在封(feng)閉(bi)狀態下蓄熱(re)(re)、放熱(re)(re)，因而熱(re)(re)損失小。但(dan)由于(yu)觸(chu)媒冷熱(re)交換頻(pin)繁，受損(sun)快，轉化率低，我國(guo)僅有少數企業(ye)采(cai)用非穩態工(gong)藝，轉化率也(ye)僅在85%～90%間(jian)，必須另外增加尾氣處理設施。

托(tuo)普索WSA工(gong)藝是20世紀80年代(dai)中期丹麥TOPSOE公(gong)司開(kai)發的一種將凈化(hua)后的煙氣不進行任(ren)何干燥(zao)而生產濃硫酸的催(cui)化(hua)新(xin)工(gong)藝。該工藝的(de)最大優點是，無論煙氣中SO2濃度(du)高或低都能(neng)生產(chan)出96%以上(shang)濃度(du)的(de)硫酸(suan)，不會(hui)產(chan)生任何(he)廢(fei)物或廢(fei)水(shui)，不使用任何(he)化(hua)學吸附劑，尾(wei)氣能(neng)達到環保排放標準。但該工(gong)藝對煙氣凈(jing)(jing)化(hua)的(de)質(zhi)量要(yao)求(qiu)較(jiao)高，常規凈(jing)(jing)化(hua)設備不(bu)能(neng)滿足要(yao)求(qiu)，需采(cai)(cai)用(yong)動力(li)波或可調文丘里氣體凈(jing)(jing)化(hua)裝(zhuang)置;WSA工(gong)藝系(xi)統轉化(hua)器、內部換(huan)熱器采(cai)(cai)用(yong)熔鹽作(zuo)為冷卻(que)介質(zhi);凈(jing)(jing)化(hua)工(gong)段(duan)濕(shi)氣的(de)換(huan)熱器采(cai)(cai)用(yong)內襯聚四氟乙烯玻璃管;WPS管殼式(shi)冷凝器采(cai)(cai)用(yong)特(te)殊的(de)耐熱、耐硫玻璃;另外，因WSA工(gong)藝采(cai)(cai)用(yong)濕(shi)式(shi)轉化(hua)，對觸媒要(yao)求(qiu)較(jiao)嚴格。并(bing)且托普索WSA工藝對(dui)設備要(yao)求高(gao)，投資相(xiang)對(dui)較大。

3、采用先進的冶(ye)煉工藝與技術(shu)創新。采用先進(jin)的冶煉工(gong)藝取(qu)代目前較(jiao)落后(hou)的工(gong)藝流程，則可(ke)有效地(di)解決低濃度SO2煙氣污染問題。從國內外鉛冶(ye)煉工(gong)藝技術的發(fa)展(zhan)(zhan)來看，現有的直接法冶(ye)煉新工(gong)藝是目前(qian)鉛冶(ye)煉工(gong)藝改造的首先方案和發(fa)展(zhan)(zhan)方向。可供選(xuan)擇的(de)工藝(yi)有基夫賽特法、QSL法、卡爾(er)多(duo)爐法、氧氣(qi)頂(ding)吹熔煉法和(he)底(di)吹氧化熔煉-鼓風(feng)爐還原法(SKS法)等(deng)。這幾種(zhong)工藝都具有(you)流(liu)程(cheng)短、煙氣SO2濃度(du)高、環境治理(li)好的優(you)勢。

為解決低濃度SO2煙氣污(wu)染環境問題，20世紀80年(nian)代有人提出(chu)金屬硫化物(wu)的石灰強化還原工藝。該工藝(yi)的特點(dian)是將脫硫劑同還(huan)(huan)原劑一起(qi)加入到爐料中，使硫化(hua)(hua)礦(kuang)直接還(huan)(huan)原成(cheng)金屬(shu)(shu)，而硫變(bian)成(cheng)容易(yi)處(chu)理的化(hua)(hua)合物(wu)，然后再分離(li)出化(hua)(hua)合物(wu)中金屬(shu)(shu)并回收硫，并以(yi)環保(bao)方面可接受的形式加以(yi)排(pai)出。加入(ru)石灰有兩方面作用：一是(shi)石(shi)灰起固硫作用;二是(shi)石(shi)灰通過吸收SO2使化學平衡移(yi)動而(er)達(da)到(dao)的強化反應(ying)速(su)率作用。顯然，在爐料中(zhong)加入(ru)固(gu)硫劑從而在熔煉過(guo)程中(zhong)直(zhi)接實現固(gu)硫，思路(lu)新穎，較之傳統的(de)放出SO2煙氣再(zai)送制酸(suan)工(gong)藝有著無(wu)與倫(lun)比的(de)優(you)勢。只是采用石灰作為固硫(liu)劑(ji)，產出的石膏銷路成(cheng)問題，堆存也易造成(cheng)二次(ci)環境污染。為此，就有(you)人提出無SO2排放還原造锍熔煉一步煉鉛法，即用高價氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鐵(tie)(tie)作為固硫(liu)劑，同時高價氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鐵(tie)(tie)還起造锍劑的(de)作用，高價氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鐵(tie)(tie)作為固硫(liu)劑較之于石灰的(de)優勢在(zai)于產(chan)出的(de)FeS在(zai)空氣(qi)中(zhong)易于氧(yang)(yang)化(hua)(hua)而生成元(yuan)素(su)硫(liu)。該工(gong)藝對解決我國中小型鉛廠低(di)濃度SO2污染(ran)問題(ti)有重大意(yi)義，目前已完成工(gong)業化試驗，今后(hou)要解決的問題(ti)是(shi)選擇合適的設備和提高FeS生成元素硫(liu)的轉化率(lv)。

四(si)、結語(yu)

綜上所(suo)述(shu)，SO2是有色金屬冶煉過(guo)程中(zhong)產生(sheng)的主要污染物。近年來(lai)，我國有(you)色冶煉行業較大的(de)發展，有(you)色金屬產量不(bu)斷(duan)增加的(de)同時，冶煉煙氣SO2達標排放已成為環保要(yao)求的(de)重中之重。因(yin)此(ci)，如(ru)何處(chu)理(li)低濃度SO2煙氣(qi)，具(ju)有重要的(de)現(xian)實意義(yi)。