铅冶炼过程汞流向分布及产排情况分析

1、doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2015.07.016铅冶炼过程汞流向分布及产排情况分析林星杰，苗雨，刘楠楠(北京矿冶研究总院，北京 100160)摘要：铅冶炼过程汞污染来源于铅精矿伴生，目前冶炼过程产生的汞污染物并没有得到有效回收利用。分析了铅冶炼行业汞污染来源和流向分布，并构建了铅冶炼行业废气中汞产排污系数体系，为我国铅冶炼行业汞污染防治提供技术支撑。关键词：铅冶炼；汞污染；流向分布；产排污系数中图分类号：TF812文献标志码：A文章编号：1007-7545（2015）07-0000-00Analysis on Flow Distribution, Generat

2、ion and Discharge Coefficient of Mercury in Lead SmeltingLIN Xing-jie，MIAO Yu，LIU Nan-nan(Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy，Beijing 100160，China)Abstract: Mercury pollution in lead smelting process comes from mercury elements associated in lead concentrates. Those mercury e

3、lements have not been effectively recycled so far. The sources of mercury pollution and flow distribution in lead smelting industry were analyzed. Generation and discharge coefficient system of mercury in waste gas in lead smelting industry was established to provide technical support for mercury po

4、llution prevention in Chinas lead smelting industry.Key words：lead smelting ; mercury pollution; flow distribution; generation and discharge coefficient我国汞排放主要来源于有色金属冶炼和燃煤在非燃煤大气汞排放中，84%来自有色金属冶炼，其中锌冶炼、铅冶炼、铜冶炼和黄金冶炼分别占总排放量的51%18%4%和11%1。对铅冶炼行业来说，汞是铅精矿中的伴生元素，目前冶炼过程产生的汞污染物并没有得到有效回收利用，部分汞会进入硫酸产品中，其余的汞随废渣、

5、废气、废水进入周边环境，对当地生态环境造成一定程度的影响。因此，掌握铅冶炼过程中汞的流向分布及产排情况对于铅冶炼行业汞污染防治具有重要的指导作用。1 铅冶炼行业现状近年来，我国铅冶炼工业得到了长足的发展，我国成为全球最大的精铅生产国和仅次于美国的第二大精铅消费国。2013年全国精铅产量447.5万t，其中矿产铅328.1万t，再生铅119.4万t。我国精铅生产主要分布在资源禀赋比较好的湖南省、云南省、以及大量利用进口原料的河南省和大量生产再生铅的湖北省等。2013年，以上四个省精铅产量占当年全国精铅总产量的78.7%。河南、湖南、云南、湖北的精铅产量分别为153.1万t、115.7万t、49.

6、8万t和33.8万t。当前，我国铅冶炼采用传统工艺的比重已大幅减少，采用传统工艺的企业中除个别企业采用烧结机外，其余多采用烧结锅或烧结盘。近年来投产或即将建设的铅冶炼厂多采用我国自主研发的富氧底吹鼓风炉还原熔炼工艺或富氧底吹液态高铅渣还原工艺。我国自主开发的氧气底吹鼓风炉还原炼铅的SKS工艺近年来在国内得到了迅速发展，至2014年，建成投产或正在建设的富氧熔炼铅冶炼生产线已超过35条，产能超过360万t。2 铅冶炼行业汞污染来源汞是在常温下唯一以液态存在的金属，铅冶炼过程汞来源于铅精矿自身伴生，精矿中汞含量有较宽的变化范围，且含量取决于矿石种类和矿石的形成2，2010年国内铅冶炼厂使用的铅精矿

7、中汞含量最高达62.21 g/t，部分地区使用的铅精矿含汞量见表13，由此估算2010年中国原生铅冶炼因使用精矿而输入的汞总量约52 t。收稿日期：2015-01-14基金项目：北京市科技新星计划项目（xx2014B080）作者简介：林星杰(1980-)，男，福建人，硕士，高级工程师.表1 2010年国内矿山和冶炼的铅精矿中汞含量Table 1 Mercury content in lead concentrates in China in 2010 /(gt-1)地区矿山精矿冶炼精矿地区矿山精矿冶炼精矿安徽14.665.13江西19.5122.06重庆114.91吉林55.58福建12.63

8、辽宁61.0442.47甘肃10.7710.77宁夏0.662.21广东43.7539.91青海45.140.60广西10.136.92陕西4.9245.26贵州25.67山西52.17河北2.25四川26.46河南6.8619.78西藏0.02湖北1.31云南21.5415.21湖南62.2114.33浙江20.96内蒙古18.6162.21全国10.2920.033 铅冶炼过程汞流向分布由于铅熔炼炉温度一般在1 000 左右，在此高温下，铅精矿中的Hg-S键断裂，精矿中的汞大多以气态汞的形式释放到了烟气中。进入熔炼烟气中的汞在后续的烟气处理过程又会进入到烟尘、污酸和硫酸等介质中。以某铅冶炼

9、企业为例，该厂冶炼过程中汞的流向见图1。图1 铅冶炼汞元素流向图Fig.1 Flow distribution of mercury in lead smelting industry由图1可看出，该企业绝大部分的汞由烟气制酸过程中产生的酸泥、污酸处理渣和污水处理渣排出，进入以上三种固体废物中汞量占到了总汞排放量的83%；进入硫酸产品中汞量占总汞排放量的5%；进入次氧化锌和水淬渣中汞量占总汞排放量的6%；进入阳极泥中汞量占总汞排放量的3%；其余仍有少量汞伴随着烟气和无组织排放等排出，大约占总汞排放量的3%。目前大部分铅冶炼企业污酸处理和酸性废水处理工艺仍为传统的石灰中和法，即在污酸和酸性废水中

10、加入大量石灰进行中和，使废水中金属离子以氢氧化物沉淀形式与水分离，从而使废水达到排放标准要求。但是，该方法会产生大量的污水处理渣，这将大大稀释渣中汞的浓度，增加汞回收的难度。同时，产生的污酸处理渣为危险废物，增加了企业后续处理的难度。此外，部分硫酸产品会卖给化肥厂作为生产肥料的原材料，而硫酸中的汞会因此进入土壤，最终进入农作物，危害人体健康，因此其中的汞浓度也不容忽视。4 铅冶炼过程汞排放情况分析王书肖等1的研究成果表明，2003年中国非燃煤大气汞排放量为393 t，Hg0、Hg2+、Hgp在中国非燃煤大气汞排放中所占比例分别为77%、18%、5%。2003年中国有色金属冶炼行业大气汞排放量为

11、332.18 t，其中铅冶炼行业排放量为70.65 t，Hg0、Hg2+、Hgp排放量分别为56.52、10.60、3.53 t。Wang等4-5的研究表明，铅冶炼行业汞排放系数为43.6 g/t，但该值被证明过高估计了汞的排放系数，因为没有考虑大气污染控制措施去除汞的协同效应。Pacyna等6得出的铅冶炼行业汞排放形态分布因子为：Hg0 0.80、Hg2+ 0.15、Hgp 0.05。2010年，我国铅冶炼行业废气中汞的排放量3为30.629.1 t，主要来自河南、湖南、云南、内蒙古，这四个省区铅冶炼废气中汞排放总量占到全国的89.6%。湖南和河南汞排放量大的最主要原因是精矿消耗量巨大，大约

12、占全国消耗量的60%。内蒙古由于消耗的精矿中汞含量较高造成汞排放量较大，而汞去除率低导致云南铅冶炼行业汞排放量较大。5 铅冶炼行业废气中汞产排污系数核算本次研究选取湖南、云南、广西、广东、河南等省区的相关铅冶炼企业，收集上述企业的有关资料和历史数据，并选取有代表性、有条件的企业进行现场实测。对于没有现场实测条件的企业，在调研同时采集了企业生产现场各收尘器所收的烟尘样品进行分析。所收集的历史资料和历史数据包括企业的环境影响报告书、清洁生产审核报告书、企业委托监测报告、企业项目三同时验收监测报告、部分企业在线监测数据、地方环保监测站监督性监测报告、部分企业的自测数据等。将历史监测数据和现场监测数据

13、进行整理、分析，确认本次核算所采用的基础数据，并根据数据质量等因素确定各种数据在个体产排污系数计算过程中所占权重。由于当前中国对大气中的汞污染物取样方法没有统一的规定，有相当一部分企业废气中的汞排放仍以滤筒收集的粉尘进行分析，采用的分析方法为冷原子吸收分光光度法（试行），这样造成实际监测结果存在一定程度的偏小现象。核算出的汞的产排污系数见表2。表2 铅冶炼行业汞的产排污系数Table 2 Generation and discharge coefficient of mercury in lead smelting industry产品原料工艺名称产污系数/(gt-1)末端治理技术排污系数/(

14、gt-1)电解铅铅精矿富氧底吹鼓风炉电解精炼2.115.32烟气制酸、过滤式除尘0.210.56电解铅铅精矿富氧底吹液态高铅渣直接还原1.654.46烟气制酸、过滤式除尘、环境集烟脱硫0.050.26电解铅铅精矿烧结机鼓风炉电解精炼2.736.55烟气制酸、过滤式除尘0.681.86电解铅铅锌混合精矿密闭鼓风炉(ISP)2.885.17烟气制酸、过滤式除尘0.380.84粗铅铅精矿烧结锅鼓风炉3.657.86过滤式除尘1.772.52粗铅铅泥、铅渣鼓风炉0.431.13过滤式除尘、湿法收尘0.230.666 结论与建议1）优化对含汞废物的管理含汞废物处理处置技术和管理模式的优化要将生命周期管理

15、作为含汞废物管理的基本因素，并将全过程管理理念纳入到含汞废物处置技术的应用过程，切实解决含汞废物处置中的感染性控制和污染控制问题，并将其纳入含汞废物管理和处置实践。2）加强汞污染控制技术的研究通过研发开发出投资低、经济高效的排放控制技术，提升企业汞污染控制的积极性。应充分结合含汞废物的特性和地方的特点，围绕可行技术和环境实践的要求，选择切实可行的处理处置技术，用于解决区域性的含汞废物管理和处置问题。3）完善技术应用管理体系建设现行环境质量标准中汞污染控制指标较少，累积效应考虑不足，在排放标准方面，汞污染排放标准与国际标准相比略为宽松。有必要尽快制定行业的汞排放控制技术政策和经济政策，结合经济发

16、展目标及排放控制技术发展状况，对现有和未来可能的汞排放控制技术和汞资源回收方案的经济成本及其减排效果进行分析和筛选，形成技术方案库。参考文献1 王书肖，刘敏，蒋靖坤，等. 中国非燃煤大气汞排放量估算J. 环境科学，2006，27(12)：2401-2406.2 Yin Run-sheng，Feng Xin-bin，Li Zhong-gen，et al. Metallurgy and environmental impact of Hg in Zn deposits in ChinaJ. Appl. Geochem.，2012，27：151-160.3 Wu Q R，Wang S X，Zhang

17、 L，et al. Update of mercury emissions from Chinas primary zinc, lead and copper smelters, 20002010J. Atmos. Chem. Phys.，2012，12：11153-11163.4 Wang S X，Song J X，Li G. H，et al. Estimating mercury emissions from a Zinc smelter in relation to Chinas mercury control policesJ. Environ. Pollut.，2010，158：3347-