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世界有色金属 2018年 4月上18 冶金冶炼 Metallurgical smelting 重金属在某镍冶炼厂废气中的排放特点分析 倪焕民 （金川集团股份有限公司, 甘肃 金川 7 3 7 1 0 0 ） 摘 要 采用镍冶炼的冶炼工艺， 在焙烧、 熔炼时、 重金属元素汞、 镉、 铅、 铬、 铜、 锌、 镍等进入氧化或者是升华后能 够进入烟气中， 部分进入粉尘， 同时造成冶炼过程中对环境的污染。 以富氧侧吹吹炼和转炉除尘灰过程为研究对象， 对 集尘颗粒中重金属污染物粒度特征进行分析， 烟气成分分析及烟尘表面特征分析。 通过对其排放特性的分析， 它对中国 镍冶炼行业重金属污染源的治理提供技术方案。 关键词 镍冶炼 ； 重金属 ； 废气 ； 污染物特征 中图分类号 X 7 5 8 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 2 - 5 0 6 5（2 0 1 8 ） 0 7 - 0 0 1 8 - 2 Analysis of the emission characteristics of heavy metals in a nickel smelter waste gas NI Huan-min J i n c h u a n g r o u p c o . , L t d . , J i n c h u a n 7 3 7 1 0 0 , C h i n a Abstract T h e s me l t i n g p r o c e s s o f n i c k e l s me l t i n g c a n e n t e r i n t o t h e f l u e g a s w h e n i t i s r o a s t e d , s me l t e d , h e a v y me t a l s , Hg , C D , P b , C r , C u , Z n , Ni a n d s o o n . A f t e r o x i d a t i o n o r s u b l i ma t i o n , i t w i l l e n t e r t h e d u s t p a r t i a l l y a n d c a u s e e n v i r o n me n t a l p o l l u t i o n i n s me l t i n g p r o c e s s . T h e d u s t b l o w i n g c o n v e r t e r a n d o x y g e n e n r i c h e d s i d e b l o w i n g p r o c e s s a s t h e r e s e a r c h o b j e c t , t o s e t t h e g r a i n s i z e c h a r a c t e r i s t i c s o f h e a v y me t a l s i n d u s t p a r t i c l e s w e r e a n a l y z e d , a n a l y s i s o f f l u e g a s c o mp o s i t i o n a n a l y s i s a n d s o o t s u r f a c e f e a t u r e s . T h r o u g h t h e a n a l y s i s o f i t s e mi s s i o n c h a r a c t e r i s t i c s , i t p r o v i d e s a t e c h n i c a l s c h e me f o r t h e t r e a t me n t o f h e a v y me t a l p o l l u t i o n s o u r c e s i n t h e n i c k e l s me l t i n g i n d u s t r y i n C h i n a . Keywords n i c k e l s me l t i n g ; h e a v y me t a l ; e x h a u s t g a s ; c h a r a c t e r i s t i c s o f p o l l u t a n t s 收稿时间 2 0 1 8 - 0 3 作者简介 倪焕民， 男， 生于1 9 8 5 年， 汉族， 陕西汉中人， 本科， 工程师， 研究方向 工业总图设计与运输工程。 由于在重金属冶炼的过程中会有铅、 镉、 汞、 镍等的生 成， 因此通常把镍的冶炼过程归于重金属冶炼。 据研究统计，探明镍矿的有19个省，由此可以看出在 我国， 镍矿储量分布相对来说比较广泛。 其中甘肃省的储量 最多 （占总储量的62.2％） ， 其它中西部的省份 （如新疆、 云 南、四川等） 约占到总量的34.5。现有的冶炼工艺中，镍 的来源主要有硫化镍矿和氧化镍矿。 其中， 硫化镍矿具有铁 含量低的优点，但是矿中所含的镍、硅和镁的含量比较高。 氧化镍矿与硫化镍矿的特点不同，主要是铁量高，但是镍、 硅和镁的含量比较低。 由于两种矿的性质不同， 其冶炼的方 式也大不相同。 对于硫化镍精矿首先需要对其浮选， 再通过 不同的冶炼方式 （火法或湿法） 得到镍金属产品。氧化镍矿 可分为硅镁镍矿和红土镍矿两大类。 氧化镍矿不仅能够作为 生产镍铁合金的原料， 同时又可以直接熔炼。 我国在精矿处理方面， 火法冶炼技术比较成熟。 在几十 年的历程中， 我国镍火法冶炼技术迅速发展， 甚至很多的工 艺已经达到了国际水平。 但是， 根据能源消耗和污染物排放 分析，我国一些镍冶炼企业仍采用电炉熔炼和鼓风熔炼这 些过程相对落后， 是环境中重金属污染的罪魁祸首。 伴随着 镍的冶炼过程的是大量的污染， 最常见的包括水、 空气、 固 体废物的污染。其中的任一污染物都会对环境产生严重的 影响。同时，在镍冶炼过程中，主要的大气污染物包括重 金属、粉尘和二氧化硫。其中重金属包括铜Cu、镍Ni、 锌Zn、铬Cr、铅Pb等。重金属主要以化合态的形式存 在。 在熔炼过程中， 原料经过氧化过程得到烟尘。 在高温条 件下， 原料中的铅、 镉在高温条件下挥发， 含有重金属的污 染物排放到大气中， 会导致工作人员中毒， 严重影响人民群 众的生命健康。 因此， 分析和研究镍冶炼过程中重金属的排 放特征点具有重要的现实意义 [1-3]。 本文通过对某镍冶炼厂 的冶炼粉尘分析研究， 对粉尘、 烟尘粒度和烟尘的组分分析。 通过分析含重金属的有组织排放的特点， 为镍冶炼行业排出 的废气中含有重金属污染的控制和管理提供技术支持。 1 材料及方法 ①样品采集与处理。本文研究中，用四分法取样，所采 集的样品是冶炼转炉粉尘 [4]。 在常温和常压条件下， 将所收 集得到的样品干燥，且密封保存，收集备用。②测试方法。 本研究中， 主要通过对重金属粉尘组分、 烟尘粒度进行分析。 采用激光粒度仪进行测定， 进而对烟尘的粒度特征分析 ； 用 微波消解-ICP法测定烟尘的组分， 对粉尘组分分析。 2 结果与讨论及存在的问题 2.1 粉尘、 烟尘粒度特征分析 （1） 熔炼粉尘。在收集熔炼粉尘时用静电除尘器，且将 收集粉尘送入制酸系统中， 且对粒度分析， 如下表1所示。 由 表1可见， 0.1μm1μm粒径范围内占0％， 0μm10μm 区间的尘埃粒径为9.85％ ;粉末低于2.5微米粉尘粒度占 1.57％。 可以看出， 尘埃中的尘埃颗粒为0.1μm2.5μm时 容易被肺部所吸收， 大概占的比例是1.57％， 可吸入颗粒的 分布从2.5到10μm在这个范围内， 为8.28％。 表1 熔炼粉尘粒度分布 粒 径 范 围/μm 0.1 ～ 10.1～2.5 2.5 ～ 1010 ～ 5050～100＞100 占比/0.001.578.2841.1429.3719.64 （2） 转炉烟尘。在收集熔炼粉尘时用静电除尘器，且将 收集粉尘送入制酸系统中，且对粒度分析，如下表2所示。 已知在集尘灰中， 0.04％的粒度在0.1-1μm范围内。在 010μm范围内占14.98％ ;小于2.5μm占2.38％。 下转20页） 万方数据 世界有色金属 2018年 4月上20 Ination remote sensing technology 信息遥感技术 应该将一个平高点布设在中间位置。 2.4 空中三角测量 采取全数字加密法来测量空中三角， 根据像片上量测的 像点坐标， 应用精准的数学模型， 基于最小二乘法原理将一 少部分地面控制点作为平差条件， 采取光束法计算出测图的 安全定向点， 将1 1000 地形图作为测量比例 [2]。 3 应用实例 3.1 工程基本概况 2017年6月，本院受到他方委托负责安徽省某矿区地 形图测绘工作， 此测量区域处于丘陵地带， 平均海拔高度大 约一百五十米， 适合进行航测 [3]。 此次测量任务的航空拍摄 面积在三十五平方公里左右， 航空拍摄的地面分辨率为十五 厘米， 将航摄、 空三加密、 DEM、 DOM以及DLG的生产作 为主要测绘工作。 3.2 重点技术参数和航摄参数的获取 航空拍摄以 12000 为比例，对应的航高不能超过 三百七十米， 旁向与航向重叠度应该分别达到65与85， 分辨率是0.1m， 完成整个航摄需要用时四十分钟， 957张像 片， 航摄面积是3.3平方千米。 3.3 数据处理 Agisoft Photo Scan 是 由 Agisoft 公 司 开 发 的 3D 扫描软件，只进行导入就能够使软件形成较高重叠率的 数码影像，从而显示出高清的正射影像 [4]。利用Agisoft Photoscan软件来处理影像数据， 数据处理流程如下 构建 项目文件、影像文件的添加、影像配准、点云的形成、三角 网的构建、分辨率较高的DOM的生成和精准的DEM，生 产过程就是计算机进行自动处理。将DOM和DEM等数据 传输到航天远景中， 实施矢量化以及生成等高线， 对其进行 编绘生成DLG。 应用主流配置计算机， 一共用时十个小时。 4 结语 综上所述， 无人机航测技术是一种先进的获取遥感数据的 方式， 其具有的优点是传统测量手段不可比拟的， 据实践研究 表明， 此项技术在精度方面已经基本达到了测量标准。 另外， 随着无人机航测技术的快速发展， 利用航空摄影测量技术测绘 矿区地形图的成本与采用传统方法所需的成本几乎接近， 由此 可见， 无人机航测技术在矿山地质勘探中会得到广泛应用。 [1] 林 朝 臣 . 探 讨 水 文 地 质 问 题 在 岩 土 工 程 中 的 危 害 性 [J]. 云 南 化 工,2017,441186-87. 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[4] 周忠清.地下水对岩土工程勘察的影响及处理方法[J].资源信息与工 程,2016,310267-69. （上接18页） 根据以上数据， 集尘颗粒 （PM2.5） 占粉尘的2.34％。 可 吸入颗粒物 （PM10） 占15.02％。 表2 转炉烟尘粒度分布 粒 径 范 围/μm 0.1 ～ 10.1～2.5 2.5 ～ 1010 ～ 5050～100＞100 占比/0.042.3412.6424.9722.6637.39 综上所述， 镍冶炼转炉除尘系统中的粉尘送到系统对尘粒 径时， 发现粉尘排放量少。 此外， 对于没有被收集的灰尘， 由 于其中含有大量的可吸入颗粒物， 因此对人体有较大的伤害。 2.2 粉尘组分分析 采用微波消解对本次试验取得的熔炼炉、 转炉收尘灰样 品进行消解后，消解后样品采用ICP-OES （等离子耦合发 射光谱仪） 对其重金属含量进行测定。在微波消解系统中， 我们将微波消解装置的消解时间设定为30min， 保证消解时 间充足。 同时， 沉淀酸体系为HNO3-HCl-HF粉煤灰消解， 添加量分别为6、 2、 6 mL ； 硝酸-过氧化氢 （91mL） 酸消 解体系除去转化粉尘沉积物。 表3通过对冶炼粉尘和转炉粉 尘成分分析， 得到冶炼炉转炉粉尘重金属含量。 表3 熔炼炉转炉粉尘重金属元素含量g/g 重金属元素熔炼粉尘转炉粉尘 铜0.036 4460.071 850 镍0.035 1960.063 894 锌0.013 0140.037 000 铬0.000 1880.000 099 铅0.002 5780.015 343 表3表明， 铜的含量高于其他重金属， 其次是镍的含量。 冶炼炉尘中重金属含量顺序从高到低依次为 铜镍锌 铅铬 ； 而在转炉粉尘中金属的含量依次是 铜镍锌 铅铬。在冶炼过程中，考虑到多种因素，不同的重金属元 素沸点不同， 重金属在转炉粉尘中的分布也有一定的差异。 可见， 应采用粉煤灰除尘器实现对重金属废气的控制。 重金属环境长期危害人们的身体健康， 将带来巨大的经 济和社会隐患。 但是我国现有环境保护法缺乏环境污染清除 和修复的规定。 应明确受重金属污染环境治理修复责任， 建 立和完善受污染环境的治理与修复制度， 遏制受重金属环境 污染的蔓延与扩散。 另外， 我国环境信息公开不足， 环境宣 传不够， 使公众对重金属的存在及其危害缺乏了解而容易轻 视，应该积极宣传面对重金属废气的保护，提高自我保护、 自我救助的意识和能力。 国家应该严格把控重金属污染的范 围， 杜绝被重金属的范围出现污染程度加剧的后果 [5]。 3 结论 总之， 本文从烟尘成分的粒度和组分分析镍冶炼烟尘的 特点。 在烟尘污染治理的过程中， 除尘器的一些重金属没有 经过净化系统彻底处理， 大量的污染物排放， 会严重影响人 体的健康。 因此， 要提高烟气系统的效率， 便于合理地控制 含重金属粉尘的扩散。 [1] 何绪文,李静,王建兵,等.镍冶炼含重金属废气排放污染物特征分析 [J].环境工程,2014,321071-75. 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