非鉄金属の製錬における粉塵を制御するにはどうすればよいですか?

直接的な答え: 発生源捕捉、粉塵濾過、排ガス処理を組み合わせる

非鉄金属製錬からの粉塵は、単一の機器ではなく、3 つの層が連携して制御されます。つまり、炉、転炉、および出湯ポイントで密閉またはフード付きの捕集が行われます。ある ダストフィルター 冶金ヒュームが生成する非常に細かい粒子サイズに合わせたサイズ。そして、ダストフィルターでは捕捉できないように設計されている二酸化硫黄、酸性ガス、残留重金属蒸気を除去する排ガス処理段階です。

3 つの層すべてを 1 つのシステムとして設計すると、処理されたオフガスを粒子濃度に近づけることができます。 通常立方メートルあたり 10 mg 未満 、サブミクロンの製錬ヒュームの全体的な捕捉効率が通常を超えます 99パーセント 。排ガス処理段階を省略すると、たとえ優れたダストフィルターが設置されていたとしても、微粒子制御だけでは決して除去できなかったガス状および蒸気相の汚染物質が煙突内に残ります。

製錬ヒュームが通常の産業ダストよりも制御が難しい理由

非鉄製錬所から出る微粒子のほとんどは、機械的に生成された粉塵ではありません。それは、炉温度以上で金属および金属酸化物の蒸気が生成されるときに形成される冶金学的ヒュームです。 1,000℃ ガスが下流で冷えるにつれて凝縮して固体粒子になります。これらの粒子は破壊や磨耗ではなく凝縮によって形成されるため、粒子の大部分は以下の条件で測定されます。 1マイクロメートル 、総質量の大部分は 0.3 マイクロメートル未満に集中しています。これほど細かい粒子は、より粗い塵に対応したサイズの装置をまっすぐ通過し、より大きな粒子よりもはるかに長く空気中に浮遊します。

2 つの異なる塵の流れ、2 つの異なる問題

一般的な製錬作業では 2 つのダスト流が生成され、それらは全く異なる挙動を示すため、多くの場合、異なる解決策が必要になります。鉱石精鉱の破砕、ふるい分け、搬送、装入により、一般に 10 ～ 100 マイクロメートルの範囲の粗い取り扱いダストが生成されますが、これは比較的早く沈降し、従来のフードやサイクロン分離によく反応します。一方、炉や転炉のオフガスには、多くの硫化鉱石や酸化鉱石に含まれる鉛、ヒ素、カドミウム、または亜鉛の揮発化合物とともに、上記の超微細な凝縮ヒュームが含まれることがよくあります。これらの流れの 1 つだけに対して 1 つの濾過装置のサイズを設定し、両方の処理を期待することは、粉塵制御システムの性能が設計目標を下回る最も一般的な理由の 1 つです。

情報源のキャプチャ: 粉塵が空中に浮遊する前に阻止する

最もコスト効率の高い溶融粉塵の削減は、ガスがフィルターに到達する前に起こります。炉、転炉、および出湯ポイントには、ぴったりとフィットするフードまたは完全なエンクロージャが取り付けられており、周囲の作業場に対してわずかな負圧に保たれているため、ヒュームが抽出システムに引き込まれる前に建物内に漏れるのを防ぎます。キャプチャ フードは一般に、おおよそ次の面速度を中心に設計されています。 0.5～1.5メートル/秒 ;完全なエンクロージャでは、ヒュームがダクトに到達する前に分散する場所がないため、低速でも効果的に動作できます。

二次キャプチャは一次キャプチャと同じくらい重要です。叩く、注ぐ、キャストすると、主フードでは見逃されることが多いヒュームの短いバーストが放出されるため、これらのポイントの真上に配置されたキャノピー フードまたはプッシュプル換気装置が、ヒュームを捕捉するために特別に追加されます。このセカンダリ レイヤーに投資する操作では、通常、 95パーセント 発生したヒュームがダストフィルターに到達する前に除去され、下流の機器への負荷が軽減され、制御された煙突ではなく屋根の通気口や建物の開口部から漏れる逃散排出が制限されます。

オフガス製錬用のダストフィルターの選択

オフガス製錬用のダストフィルターを選択するということは、単に定格空気流量に適合させるだけでなく、装置をガスの温度、粒子サイズ、腐食性に適合させることを意味します。以下の表は、前述のサブミクロンの金属含有ヒュームに対して主なフィルター タイプが通常どのように機能するかをまとめたものです。

実際には、多くの製錬所は、これらの技術を 1 つに依存するのではなく、連続的に配置しています。サイクロンが最初に粗大留分を除去して、一次フィルターに過負荷がかからないようにしながら、下流に設置された布製フィルターまたは電気集塵機が微細な凝縮ヒュームを処理します。布製フィルターを装備 PTFE膜メディア バッグの目詰まりや耐用年数の短縮を避けるために慎重な温度と湿度の管理が必要ですが、広範囲のガス流条件にわたってサブミクロンの除去効率が 99.5% 以上を維持するため、新規設備では一般的な選択肢となっています。

排ガス処理: ダストフィルターで除去できないものを管理する

ダストフィルターは、たとえ効果的であっても、除去できるのは固体および液体の微粒子のみです。硫化鉱石の製錬からのオフガスは、一般に、他のほとんどの工業用ソースよりもはるかに高い濃度の二酸化硫黄を運びます。 3 ～ 30 体積パーセント 高強度の炉ガス、およびフィルターを通過した後にのみ凝縮または反応する酸性ミストおよび残留重金属蒸気用。排ガス処理は、これらのガス状および蒸気相の汚染物質に対処するために特別に構築された段階です。

高濃度ストリーム: 廃棄ではなく回収

二酸化硫黄濃度が十分に高い場合、標準的なアプローチはガスをこすって除去するのではなく、二重接触、二重吸収プロセスを通じてガスを硫酸に変換することです。これにより、上記の硫黄変換効率を達成できます。 99.5パーセント 同時に、廃棄物の流れではなく、使用可能な酸生成物を生成します。

低濃度および排ガスの流れ

弱いガス流の場合、または酸回収後の研磨ステップとして、湿式、半乾式、および乾式の吸着剤を石灰、石灰石、またはナトリウムベースの試薬で洗浄すると、通常、残りの二酸化硫黄の 90 パーセント以上が除去されます。水銀やその他の揮発性重金属が存在する場合、これらの汚染物質は微粒子フィルターと従来の酸性ガススクラバーの両方をそのまま通過するため、活性炭注入または固定床吸着が追加されます。燃焼または高温酸化によっても窒素酸化物が生成される場合、アンモニアベースの試薬を使用した選択的接触還元または非触媒還元が同じガストレインに重ねられ、粒子や二酸化硫黄と一緒に窒素酸化物が除去されます。

ステージの接続方法: 複数ステージの治療トレイン

各ステージは異なる汚染物質や粒子サイズの範囲を対象としているため、機器自体と同じくらい機器を配置する順序も重要です。硫化鉱石精錬所の一般的な列車は、次のシーケンスでオフガスを移動させ、各段階で後続の段階の性能と耐用年数を保護します。

• 炉またはコンバータのオフガスにより、プロセスは高温になり、細かいヒュームが大量に発生します。
• 廃熱回収とガス冷却により、ストリームは下流のフィルターが許容できる温度になります。
• サイクロンプレセパレーターは粗大粒子画分を除去し、一次フィルターを摩耗や過負荷から保護します。
• 一次ダストフィルター、通常は布製フィルターまたは電気集塵機が残りの微粒子を除去します。
• 排煙脱硫またはスクラビング段階では、二酸化硫黄と酸性ガスが除去されます。
• 研磨段階では、多くの場合活性炭吸着が行われ、初期の段階では捕捉できない微量の重金属蒸気が捕捉されます。
• クリーンなガスは、継続的な排出モニタリングを備えた煙突を通って排出されます。

上の図は、このシーケンスを視覚的に表しています。オフガスは炉から左から右に移動し、サイクロン前分離と一次ダストフィルターを通って、排ガス処理と最終研磨段階に入り、その後、煙突に何が到達するかを継続監視によって確認します。

システムの運用、監視、保守

ダストフィルターと排ガス処理トレインは、運用されて初めて機能します。粉塵の堆積、湿気、酸性凝縮物はすべて時間の経過とともに継続的に機器に作用するため、正しく設計されたシステムであっても、一貫した監視とメンテナンスがなければ設計効率からは逸脱してしまいます。

継続的な監視によりシステムを正確に保ちます

粒子濃度、不透明度、二酸化硫黄を追跡するスタックマウントされた連続排出監視装置により、オペレーターは、既に排出に影響を与えた後に問題を発見するために定期的な手動テストのみに依存するのではなく、ダストフィルターと排ガス処理段階がどのように機能しているかをリアルタイムで示すことができます。

フィルターに注意が必要な場合の差圧信号

通常、布製フィルター全体の差圧は周囲の帯域内に保たれます。 1,000～1,500パスカル 。この帯域の外側で安定した上昇は、通常、湿気や化学的攻撃によってバッグが目詰まりしていることを示しますが、突然の低下は、多くの場合、バッグが破れたり外れたりして、ダストがろ過を完全に回避していることを示します。

バッグの交換や腐食が原因でシャットダウンが発生する前に計画を立てる

酸性の高温の製錬ガスにさらされたフィルターバッグの寿命は、通常、次のとおりです。 2年から4年 ただし、研磨粉塵の付着や温度変化により、交換時間が大幅に短くなる可能性があります。排ガス処理段階の接液コンポーネントは、それ自体が酸性凝縮物による腐食のリスクに直面しているため、材料の選択と、ダクト、スクラバーの内部構造、および吸収材のライニングの定期検査が、基礎となるプロセスの化学的性質と同じくらい重要です。

よくある質問

1 つの装置で粉塵と排ガスの両方を同時に処理できますか?

湿式スクラバーは単一の容器で微粒子の除去と酸性ガスの吸収が可能ですが、サブミクロンの冶金ヒュームに対して達成する微粒子除去効率は一般に専用の布製フィルターよりも低く、それ自体で処理が必要な廃水流が生成されます。ほとんどの製錬作業では、粉塵濾過と排ガス処理を 1 つの装置に組み合わせるのではなく、別々の専用の段階として維持することで、より信頼性が高く、維持が容易なパフォーマンスが得られます。

製錬中の煙には、粉砕やふるい分けによる粉塵よりも細かい濾過が必要なのはなぜですか?

製錬ヒュームは機械的破壊ではなく蒸気の凝縮によって形成されるため、その質量のほとんどは 1 マイクロメートル未満ですが、粉砕および選別された粉塵は通常 10 マイクロメートル以上になります。粗い流れに合わせたサイズのダストフィルターと捕集システムは、より細かい流れを妨げることはできません。

製錬オフガスからの二酸化硫黄は通常どのように処理されますか?

硫化鉱石の製錬でよく見られる二酸化硫黄濃度が高い場合、二重接触二重吸収による硫酸への変換が標準的な排ガス処理アプローチであり、硫黄を排出するのではなく使用可能な製品として回収します。弱いストリーム、または酸回収後に残った排ガスは通常、湿式、半乾式、または乾式のアルカリ洗浄で研磨されます。

時間の経過とともに布製フィルターの効率が低下する原因は何ですか?

最も一般的な原因は、結露や化学的攻撃によるバッグの目詰まり、破れや縫い目の磨耗などの物理的損傷、クリーニング サイクルで十分に除去できないダスト ケーキの蓄積です。定期的な目視検査または漏れ検査と並行して差圧の傾向を追跡すると、通常、これらの問題は排出量の超過として現れる前に発見されます。

排ガス処理はダストフィルターの動作に影響しますか?

はい。排ガス処理段階に入るガスの温度と水分は通常、ダストフィルターの公差を念頭に置いて制御されます。これは、フィルターの上流での凝縮によって繊維媒体が目詰まりしたり、電気集塵機内部の腐食が促進される可能性があるためです。 2 つのステージは通常、独立してではなく、1 つの統合システムとして設計および操作されます。

適切に設計されたシステムではどの程度の粒子濃度を達成できますか?

最新の布製フィルターと効果的な発生源捕捉を組み合わせると、一般的に出口の微粒子濃度が以下に抑えられます。 1立方メートルあたり10mg ただし、特定の施設に適用される数値は、ガスの特性と、システムが満たすように設計されている規制制限によって異なります。