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如何实现再生金属工业POPs减排


  文/柴立元  王海鹰 胡长平 李德峰

  再生金属工业是持久性有机污染物( POPs)的重要排放源之一。分析二噁英中的POPs减排,对我国企业发展必然会有较大影响。

  持久性有机污染物(POPs)是具有剧毒、难以降解、可在生物体内蓄积的物质,可传输并沉积在远离其排放地点的地区,对地球环境及人类生存繁衍有重大威胁。为了实现POPs有效减排,2001年联合国通过《斯德哥尔摩公约》,包括中国在内的世界上92个国家和欧共体签署了《斯德哥尔摩公约》,全面开始了削减和淘汰POPs的国际合作。其中再生有色金属生产与加工过程被列为无意持久性有机污染物的重要排放源之一,包括再生铜、再生铝、再生铅等重点再生金属产业。

  再生有色金属生产中可能产生的POPs物质主要是二噁英,它是多氯代三环氧杂芳烃类有毒化学品的俗称(1,4二氧杂环已二烯),主要是多氯代二苯并二噁英( Poly-o-chlorinateddibenzodiox/n,PCDD)和多氯代二苯并呋喃( Poly-o-chlorinated dibenzofuran,PCDF)。二噁英来源范围广,而且成分复杂,根据取代的位置和数量的不同,可形成210种异构体。由于长期粗放发展,我国再生金属工业技术装备落后,尤其是二噁英污染防治意识缺乏,环境污染严重。据相关统计数据,2004年我国再生有色金属工业(主要是再生铜、铝、铅、锌等产业)产生的二噁英类POPs量达到了全国总量的15.87%。控制POPs减排已经成为保障我国再生金属工业可持续发展的重要举措。

  再生金属工业POPs形成分析

  二噁英的产生机理主要有两类。(1)前驱体合成。由于不完全燃烧及飞灰表面的不均匀催化反应可生成多种有机气相前驱体,其化学结构与二噁英相似,在250℃~650℃低温条件下可形成二噁英。 (2)从头合成。即大分子碳(残碳)与飞灰基质中的有机或无机氯,在250℃-650℃低温条件下经金属离子催化反应,重新生成二噁英。 (3)由此,影响二噁英生成的因素主要为,存在碳、氧、氯、金属等必备元素以及较低的操作温度范围。

  再生金属工业生产过程所采用的原料一般是工业生产及社会生活中产生的金属废料,成份复杂,往往含有大量机油、油漆、塑料、绝缘皮等有机质及铜铁铝等金属元素,给二噁英形成提供了大量必备元素。此外.除再生铜外,再生铝、铅、锌等再生金属熔炼温度往往低于800℃,处于有利于二噁英形成的温度区间。而且由于缺乏对二噁英污染的认识,尤其是国内再生金属工业熔炼过程中,没有良好的燃烧条件保障及快速冷却措施,也没有针对性地设置高效除尘、二噁英吸附及再分解手段。这些必然导致我国再生金属工业存在极大的二噁英污染风险。

  考虑到由于再生金属熔炼温度不宜过多改变,因此再生金属生产过程中二噁英减排的关键环节主要在于完善预处理,削减无组织排放,高效除尘,增设二次燃烧以及强化末端治理。

  再生金属工业POPs减排最佳可行技术

  根据再生金属工业生产过程中二噁英的形成及产生途径分析,其工业减排的最佳可行技术可以总结为以下几个方面。

  一是原料的预处理。经过筛选和预处理,去除废金属中的有机质(如油、漆、塑料等),减少因不完全燃烧和低温反应时间过长而导致的二噁英生成。

  二是生产过程。根据不同的原料,选择不同类型的熔炼炉和处理设备,并采用封闭熔炉、负压及自动化操作,减少二噁英生成或无组织排放。

  三是烟气除尘。二噁英在烟气中主要以两种状态存在:气相悬浮物和以固相形式吸附在颗粒物上。目前在国内外再生金属冶炼过程中,应用最为广泛的处理技术是袋式除尘;另外也可采用湿式/干式洗涤除尘和陶瓷过滤除尘等手段。

  四是二次燃烧及淬火冷却。在熔炼系统后,构建辅助二次燃烧装置,温度控制在850℃或以上,促使二噁英类物质燃烧完全。建立快速淬火冷却系统,尽可能缩短烟气在低温区的停留时间,避免二噁英再次生成。

  五是末端治理。可以采用活性炭吸附尾气中的二噁英。收集的滤尘经分解处理,以去除其中所吸附的二噁英物质,并回收金属。

  再生金属重,点产业POPs减排再生铜

  再生铜原料来源及成份复杂,包括铜屑、矿泥、废弃的电脑配件和电子元件,以及精炼和半成品加工产生的炉渣。

  铜废料预处理技术主要包括筛分、电磁分选(除去磁性物质)、重介质分选、冶金分选等。近年来,也有湿法洗涤的报道,通过滚筒滚动,物料互相摩擦,使废旧金属材料表面的有机涂料等摩擦掉。

  预处理可以除掉大部分有机物,但仍会有有机物残留。国外主要采用卡尔多炉、奥斯麦特炉/艾萨炉等先进熔炼设备进行再生铜生产。如奥斯麦特炉上部炉体有较大的空间,可形成二次燃烧,在喷枪上端采用二次给风,并通过增加烟气在熔炼炉上端的停留时间,改善烟气燃烧效果,有利于二噁英分解。此外,日本也有企业采用焚烧一熔炼技术处理低品位废铜,如电路板。其过程为,将废铜加入到固定式焚烧炉中进行焚烧(温度约为800℃),去除有机物。排放的烟气进入二次燃烧室(1200℃),使二噁英彻底分解。所得焚烧料直接送铜熔炼系统,在熔炼过程中已经不存在二噁英的污染问题。

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