废杂铜冶炼过程中污染物迁移转化规律研究
发布时间：2022-02-14 14:04
针对废杂铜冶炼过程污染复杂，具体污染特性不明确，污染防控缺少数据支撑的问题，选取典型企业，对废杂铜冶炼过程中主要污染特性及污染物迁移转化规律进行了研究。采用物质总需求输入-输出及特定物质流分析法对废杂铜冶炼过程进行物质流分析发现，铜主要损耗在NGL炉精炼阶段，污染物产生工序主要包括顶吹转炉吹炼、NGL炉精炼及精炼摇炉精炼。污染特性分析表明，熔炼烟尘中含有大量Cu、Pb、Zn、Cd、As等重金属元素，Cd、As等元素主要以酸可提取态存在，环境活性较高；精炼渣含铜量较高，可返回进行再次熔炼。炉体温度升高促进了Cu、Pb、Zn、Ni向气相的转化，还原性气氛明显抑制了Cu、Pb的挥发，Zn在氧化性气氛中挥发率相对较低，氯的存在促进了重金属的挥发；用Aspen Plus构建了废杂铜冶炼工艺过程的模拟模型，实现了对该过程的准确模拟，并计算分析了操作条件对造渣效率、熔炼炉出口烟气组成以及烟尘产生量等的影响。
【文章来源】：中国矿业大学(北京)北京市211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：142 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
课题研究技术路线图
Cu Pb Zn Sn As Ni Fe Au Ag低品位废铜料 72.5 0.27 8.78 2.12 0.08 0.52 1.32 0.00021 0.0482图2-1 低品位废杂铜冶炼工艺流程Fig.2-1 Smelting process of low grade scrap copper顶吹转炉处理废杂铜的过程主要包括加料、熔炼、出渣和吹炼、出铜等步骤。将低品位废杂铜原料连同精炼炉渣投入顶吹转炉进行熔炼，并向炉中投加石英石、石灰石等造渣剂去除铜中的铅、锡、镍等杂质，经过转炉中的倒渣、吹炼等过程之后产出熔融的粗铜。顶吹转炉生产出的粗铜通过行车转运加入NGL炉，并适当补充加入高品位杂铜。NGL炉采用天然气作燃料和还原剂对顶吹转炉产出的粗铜进行氧化、还原等工艺操作，产出阳极铜。阳极铜经过浇铸之后变为阳极板，一部分外售，另一部分进入电解车间进一步精炼、提纯。电解精炼主要是用于进一步去除存在于火法精铜中的有害杂质元素，同时回收金、银等有价金属。电解精炼利用铜和杂质的电位序不同，在直流电的作用下阳极上的铜电化溶解，并在阴极电化析出
中国矿业大学（北京）博士学位论文- 30 -图2-2 高品位废杂铜冶炼工艺流程Fig.2-2 Smelting process of high grade scrap copper2.4 废杂铜冶炼过程物质流分析方法构建2.4.1 废杂铜冶炼过程物质流分析依据和理论基础物质流分析是在工业代谢的理论基础上发展起来的，其从物质流动的角度对经济系统与生态系统之间的物质流动规律。物质流分析建立在质量守恒定律基础之上，即：物质输入量（Inputs）=物质输出量（Outputs）+物质存量净增量（NAS）[102]，其基本模型与理论基础为如图2-3所示的经济环境系统与自然环境系统的关系图[103]。该系统中把经济系统看做是嵌入自然环境系统的一个子系统，经济系统通过与其周围的自然环境系统进行持续的物质和能量的输入和输出保持连接。该模型表示物质流可以分为两部分：一部分为社会-经济系统内部的物质流，即进入经济系统的自然资源经过生产、加工最终成为成品的整个生命周期；另一部分是在经济系统之外的物质流，即生产原料进入生产活动以及最终产品转移至消费者的过程[104]。社会/经济环境能源物质能源物质图2-3 物质流分析理论基础模型及框架Fig.2-3 Theory model and framework of material flow analysis2.4.2 废杂铜冶炼过程物质流分析方法确定矿铜经过冶炼后所得的铜，依据使用要求加入多种元素，之后进入流通环节，再生铜生产的原料即为铜产品进过消费与使用环节之后被收集回收所得的废铜料
【参考文献】：
期刊论文
[1]双膜法深度处理铜冶炼工业废水试验研究[J]. 郭沛. 河南科技. 2013(20)
[2]铜火法冶金含重金属废气控制技术研究[J]. 陈谦. 有色金属(冶炼部分). 2013(09)
[3]铜冶炼污泥形成机理及其特性[J]. 廖天鹏,祝星,祁先进,王华,史谊峰,李辕成,胡建杭. 化工进展. 2013(09)
[4]废杂铜的再生及其环境污染与防治[J]. 肖红新,岳伟,唐维学,赖心,陈晓东,周志平,李沁,王彩华. 再生资源与循环经济. 2013(07)
[5]铜冶炼工程生产废水零排放的保证性分析[J]. 万宝聪. 中国有色冶金. 2013(03)
[6]低品位废杂铜再生综合利用技术研究[J]. 王金祥. 资源再生. 2012(09)
[7]基于Aspen Plus软件的煤矸石发电系统模拟计算[J]. 赵海坤,张泳建,孟凡会,李忠. 煤化工. 2012(04)
[8]电化学法处理铜冶炼废水的应用和实践[J]. 修庆华. 铜业工程. 2012(04)
[9]铜冶炼系统酸性废水综合治理及利用[J]. 朱红,张玲,马普利. 甘肃冶金. 2012(02)
[10]基于重金属类有毒空气污染物重点行业分析的优先控制政策研究[J]. 刘冬梅,沈庆海,陈颖,舒艳,李瑶,杨常青,孙汉坤. 环境与可持续发展. 2012(01)
博士论文
[1]危险废物焚烧系统的数值模拟与试验研究[D]. 马攀.浙江大学 2012
[2]物质流分析及其在钢铁工业中的应用[D]. 卜庆才.东北大学 2005
[3]LF泡沫精炼渣研究及钢包精炼炉数理模拟[D]. 张东力.东北大学 2003
硕士论文
[1]铅锌冶炼废渣重金属污染特性及电动去除技术研究[D]. 朱方志.重庆大学 2010
[2]济南市主要土壤类型在不同功能区的重金属形态分析[D]. 李鑫.山东大学 2008
[3]有色金属工业持久性有机污染物风险评价与管理对策研究[D]. 金艳.中南大学 2007
[4]典型铅锌冶炼企业循环经济建设的物质流分析方法研究[D]. 姜文英.中南大学 2007
[5]城市废弃物循环流化床气化—焚烧技术研究[D]. 刘鹏远.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2007
本文编号：3624697
【文章来源】：中国矿业大学(北京)北京市211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：142 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
课题研究技术路线图
Cu Pb Zn Sn As Ni Fe Au Ag低品位废铜料 72.5 0.27 8.78 2.12 0.08 0.52 1.32 0.00021 0.0482图2-1 低品位废杂铜冶炼工艺流程Fig.2-1 Smelting process of low grade scrap copper顶吹转炉处理废杂铜的过程主要包括加料、熔炼、出渣和吹炼、出铜等步骤。将低品位废杂铜原料连同精炼炉渣投入顶吹转炉进行熔炼，并向炉中投加石英石、石灰石等造渣剂去除铜中的铅、锡、镍等杂质，经过转炉中的倒渣、吹炼等过程之后产出熔融的粗铜。顶吹转炉生产出的粗铜通过行车转运加入NGL炉，并适当补充加入高品位杂铜。NGL炉采用天然气作燃料和还原剂对顶吹转炉产出的粗铜进行氧化、还原等工艺操作，产出阳极铜。阳极铜经过浇铸之后变为阳极板，一部分外售，另一部分进入电解车间进一步精炼、提纯。电解精炼主要是用于进一步去除存在于火法精铜中的有害杂质元素，同时回收金、银等有价金属。电解精炼利用铜和杂质的电位序不同，在直流电的作用下阳极上的铜电化溶解，并在阴极电化析出
中国矿业大学（北京）博士学位论文- 30 -图2-2 高品位废杂铜冶炼工艺流程Fig.2-2 Smelting process of high grade scrap copper2.4 废杂铜冶炼过程物质流分析方法构建2.4.1 废杂铜冶炼过程物质流分析依据和理论基础物质流分析是在工业代谢的理论基础上发展起来的，其从物质流动的角度对经济系统与生态系统之间的物质流动规律。物质流分析建立在质量守恒定律基础之上，即：物质输入量（Inputs）=物质输出量（Outputs）+物质存量净增量（NAS）[102]，其基本模型与理论基础为如图2-3所示的经济环境系统与自然环境系统的关系图[103]。该系统中把经济系统看做是嵌入自然环境系统的一个子系统，经济系统通过与其周围的自然环境系统进行持续的物质和能量的输入和输出保持连接。该模型表示物质流可以分为两部分：一部分为社会-经济系统内部的物质流，即进入经济系统的自然资源经过生产、加工最终成为成品的整个生命周期；另一部分是在经济系统之外的物质流，即生产原料进入生产活动以及最终产品转移至消费者的过程[104]。社会/经济环境能源物质能源物质图2-3 物质流分析理论基础模型及框架Fig.2-3 Theory model and framework of material flow analysis2.4.2 废杂铜冶炼过程物质流分析方法确定矿铜经过冶炼后所得的铜，依据使用要求加入多种元素，之后进入流通环节，再生铜生产的原料即为铜产品进过消费与使用环节之后被收集回收所得的废铜料
【参考文献】：
期刊论文
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[6]低品位废杂铜再生综合利用技术研究[J]. 王金祥. 资源再生. 2012(09)
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[9]铜冶炼系统酸性废水综合治理及利用[J]. 朱红,张玲,马普利. 甘肃冶金. 2012(02)
[10]基于重金属类有毒空气污染物重点行业分析的优先控制政策研究[J]. 刘冬梅,沈庆海,陈颖,舒艳,李瑶,杨常青,孙汉坤. 环境与可持续发展. 2012(01)
博士论文
[1]危险废物焚烧系统的数值模拟与试验研究[D]. 马攀.浙江大学 2012
[2]物质流分析及其在钢铁工业中的应用[D]. 卜庆才.东北大学 2005
[3]LF泡沫精炼渣研究及钢包精炼炉数理模拟[D]. 张东力.东北大学 2003
硕士论文
[1]铅锌冶炼废渣重金属污染特性及电动去除技术研究[D]. 朱方志.重庆大学 2010
[2]济南市主要土壤类型在不同功能区的重金属形态分析[D]. 李鑫.山东大学 2008
[3]有色金属工业持久性有机污染物风险评价与管理对策研究[D]. 金艳.中南大学 2007
[4]典型铅锌冶炼企业循环经济建设的物质流分析方法研究[D]. 姜文英.中南大学 2007
[5]城市废弃物循环流化床气化—焚烧技术研究[D]. 刘鹏远.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2007
本文编号：3624697
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