Làm thế nào để kiểm soát bụi trong luyện kim loại màu?

Câu trả lời trực tiếp: Kết hợp thu nguồn, lọc bụi và xử lý khí thải

Bụi từ quá trình luyện kim loại màu được kiểm soát bởi ba lớp hoạt động cùng nhau chứ không phải bằng bất kỳ thiết bị đơn lẻ nào: thu giữ kín hoặc có nắp đậy tại lò, bộ chuyển đổi và các điểm khai thác; một lọc bụi có kích thước phù hợp với kích thước hạt rất mịn mà khói luyện kim tạo ra; và giai đoạn xử lý khí thải để loại bỏ sulfur dioxide, khí axit và hơi kim loại nặng còn sót lại mà bộ lọc bụi không được thiết kế để thu giữ.

Khi cả ba lớp được thiết kế thành một hệ thống, khí thải được xử lý có thể được đưa đến nồng độ hạt dưới 10 mg trên một mét khối thông thường , với hiệu suất thu giữ tổng thể đối với khói luyện kim dưới micron thường vượt quá 99 phần trăm . Bỏ qua giai đoạn xử lý khí thải, ngay cả khi có bộ lọc bụi tuyệt vời, vẫn để lại các chất ô nhiễm ở dạng khí và hơi trong ống khói mà chỉ riêng biện pháp kiểm soát hạt không bao giờ có thể loại bỏ được.

Tại sao khói luyện kim khó kiểm soát hơn bụi công nghiệp thông thường

Hầu hết các hạt thoát ra khỏi lò luyện kim loại màu không phải là bụi được tạo ra một cách cơ học. Nó là khói luyện kim, được hình thành khi hơi kim loại và oxit kim loại tạo ra ở nhiệt độ lò trên 1.000°C ngưng tụ thành các hạt rắn khi khí nguội đi ở hạ lưu. Bởi vì các hạt này hình thành thông qua quá trình ngưng tụ chứ không phải do đứt gãy hoặc mài mòn nên phần lớn chúng được đo theo 1 micromet , với phần lớn tổng khối lượng tập trung dưới 0,3 micromet. Các hạt mịn này đi thẳng qua thiết bị có kích thước dành cho bụi thô hơn và tồn tại lơ lửng trong không khí lâu hơn nhiều so với các hạt lớn hơn.

Hai luồng bụi riêng biệt, hai vấn đề khác nhau

Một hoạt động nấu chảy điển hình tạo ra hai dòng bụi hoạt động hoàn toàn khác nhau và thường cần các giải pháp khác nhau. Việc nghiền, sàng lọc, vận chuyển và nạp quặng cô đặc tạo ra bụi xử lý thô hơn, thường ở phạm vi 10 đến 100 micromet, lắng xuống tương đối nhanh và đáp ứng tốt với phương pháp tách bằng lốc xoáy và che phủ thông thường. Mặt khác, khí thải của lò và bộ chuyển đổi mang theo khói ngưng tụ siêu mịn được mô tả ở trên, thường cùng với các hợp chất dễ bay hơi của chì, asen, cadmium hoặc kẽm có trong nhiều quặng sunfua và oxit. Định cỡ một thiết bị lọc chỉ cho một trong những dòng này, sau đó mong đợi nó có thể xử lý cả hai dòng, là một trong những lý do phổ biến nhất khiến hệ thống kiểm soát bụi hoạt động kém hiệu quả như mục tiêu thiết kế của chúng.

Chụp nguồn: Ngăn chặn bụi trước khi nó bay vào không khí

Việc giảm bụi nấu chảy hiệu quả nhất về mặt chi phí xảy ra trước khi bất kỳ loại khí nào đi đến bộ lọc. Lò nung, bộ chuyển đổi và điểm khai thác được trang bị nắp đậy kín hoặc vỏ bọc hoàn chỉnh, được giữ dưới áp suất âm nhẹ so với xưởng xung quanh, ngăn khói thoát ra ngoài tòa nhà trước khi có thể hút vào hệ thống hút. Mũ chụp thường được thiết kế xung quanh vận tốc bề mặt khoảng 0,5 đến 1,5 mét mỗi giây ; các thùng kín đầy đủ có thể hoạt động hiệu quả ở vận tốc thấp hơn vì khói không có nơi nào để phân tán trước khi đến ống dẫn.

Việc chụp thứ cấp cũng quan trọng như việc chụp chính. Việc gõ, đổ và đúc sẽ giải phóng những luồng khói ngắn mà máy hút mùi chính thường bỏ qua, do đó, máy hút có tán hoặc hệ thống thông gió kéo đẩy được đặt trực tiếp trên các điểm này được bổ sung đặc biệt để hứng chúng. Các hoạt động đầu tư vào lớp thứ cấp này thường thu được nhiều hơn 95 phần trăm khói được tạo ra trước khi đến bộ lọc bụi, vừa làm giảm tải cho thiết bị hạ lưu vừa hạn chế lượng khí thải nhất thời có thể thoát ra ngoài qua các lỗ thông hơi trên mái nhà và các lỗ hở của tòa nhà thay vì ống khói được kiểm soát.

Chọn bộ lọc bụi để nấu chảy khí thải

Việc lựa chọn bộ lọc bụi để nấu chảy khí thải có nghĩa là làm cho thiết bị phù hợp với nhiệt độ khí, kích thước hạt và độ ăn mòn chứ không chỉ đơn giản là phù hợp với luồng không khí định mức. Bảng dưới đây tóm tắt cách các loại bộ lọc chính thường hoạt động đối với khói mang kim loại, cỡ micromet được mô tả trước đó.

Trong thực tế, nhiều nhà máy luyện kim sắp xếp các công nghệ này theo chuỗi thay vì chỉ dựa vào một công nghệ: trước tiên, lốc xoáy loại bỏ phần thô để bộ lọc sơ cấp không bị quá tải, trong khi bộ lọc vải hoặc bộ lọc bụi tĩnh điện được lắp đặt ở hạ lưu xử lý khói ngưng tụ mịn. Bộ lọc vải được trang bị Phương tiện màng PTFE đã trở thành lựa chọn phổ biến cho các hệ thống lắp đặt mới, vì chúng có hiệu suất loại bỏ dưới micron trên 99,5% trong nhiều điều kiện dòng khí, mặc dù chúng yêu cầu kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm cẩn thận để tránh làm mờ túi hoặc rút ngắn tuổi thọ sử dụng của chúng.

Xử lý khí thải: Quản lý những gì bộ lọc bụi không thể loại bỏ

Tuy nhiên, bộ lọc bụi hiệu quả chỉ loại bỏ các hạt rắn và lỏng. Khí thải từ quá trình nấu chảy quặng sunfua thường mang theo sulfur dioxide ở nồng độ cao hơn nhiều so với hầu hết các nguồn công nghiệp khác, đôi khi trong khoảng 3 đến 30 phần trăm theo khối lượng đối với khí lò cường độ cao, cùng với sương axit và hơi kim loại nặng dư chỉ ngưng tụ hoặc phản ứng sau khi đi qua bộ lọc. Xử lý khí thải là giai đoạn được xây dựng đặc biệt để giải quyết các chất ô nhiễm ở pha khí và hơi này.

Dòng nồng độ cao: phục hồi thay vì thải bỏ

Khi nồng độ sulfur dioxide đủ cao, phương pháp tiêu chuẩn không phải là loại bỏ khí mà chuyển nó thành axit sulfuric thông qua quá trình tiếp xúc kép, hấp thụ kép, có thể đạt hiệu suất chuyển đổi lưu huỳnh cao hơn 99,5 phần trăm trong khi sản xuất ra một sản phẩm axit có thể sử dụng được chứ không phải là một dòng chất thải.

Dòng khí thải và nồng độ thấp hơn

Đối với các dòng khí yếu hơn hoặc như một bước đánh bóng sau khi thu hồi axit, việc chà chất hấp thụ ướt, bán khô và khô bằng vôi, đá vôi hoặc thuốc thử gốc natri thường loại bỏ 90% hoặc nhiều hơn lượng sulfur dioxide còn lại. Việc phun than hoạt tính hoặc hấp phụ trên lớp cố định được thêm vào ở những nơi có thủy ngân hoặc các kim loại nặng dễ bay hơi khác, vì các chất ô nhiễm này đi qua cả bộ lọc hạt và máy lọc khí axit thông thường mà không bị ảnh hưởng. Trong trường hợp quá trình đốt cháy hoặc oxy hóa ở nhiệt độ cao cũng tạo ra oxit nitơ, quá trình khử có xúc tác hoặc không xúc tác có chọn lọc bằng cách sử dụng thuốc thử gốc amoniac được xếp lên cùng một hệ thống khí để đưa oxit nitơ xuống cùng với hạt và lưu huỳnh điôxit.

Cách các giai đoạn kết nối: Quá trình điều trị nhiều giai đoạn

Bởi vì mỗi giai đoạn nhắm đến một phạm vi kích thước hạt hoặc chất ô nhiễm khác nhau, nên thứ tự sắp xếp thiết bị cũng quan trọng như bản thân thiết bị. Một quy trình điển hình của nhà máy luyện quặng sunfua di chuyển khí thải theo trình tự sau, với mỗi giai đoạn bảo vệ hiệu suất và tuổi thọ sử dụng của giai đoạn sau:

• Khí thải của lò hoặc bộ chuyển đổi khiến quy trình trở nên nóng và chứa nhiều khói mịn.
• Thu hồi nhiệt thải và làm mát khí đưa dòng đến nhiệt độ mà bộ lọc hạ lưu có thể chịu được.
• Bộ phân tách trước lốc xoáy loại bỏ phần hạt thô, bảo vệ bộ lọc sơ cấp khỏi bị mài mòn và quá tải.
• Bộ lọc bụi sơ cấp, thường là bộ lọc vải hoặc bộ lọc bụi tĩnh điện, sẽ loại bỏ các hạt mịn còn lại.
• Giai đoạn khử lưu huỳnh hoặc lọc khí thải sẽ loại bỏ sulfur dioxide và khí axit.
• Giai đoạn đánh bóng, thường là hấp phụ bằng than hoạt tính, thu giữ vết hơi kim loại nặng mà các giai đoạn trước không thể thực hiện được.
• Khí sạch thoát ra qua ống khói được trang bị hệ thống giám sát khí thải liên tục.

Sơ đồ trên thể hiện trình tự này một cách trực quan: khí thải di chuyển từ trái sang phải từ lò, qua quá trình phân tách sơ bộ bằng lốc xoáy và bộ lọc bụi sơ cấp, đến xử lý khí thải và giai đoạn đánh bóng cuối cùng, trước khi giám sát liên tục xác nhận những gì lọt vào ống khói.

Vận hành, giám sát và bảo trì hệ thống

Bộ lọc bụi và hệ thống xử lý khí thải chỉ hoạt động tốt khi nó được vận hành. Ngay cả một hệ thống được thiết kế chính xác cũng sẽ mất đi hiệu quả thiết kế nếu không được giám sát và bảo trì nhất quán, vì bụi bẩn, hơi ẩm và chất ngưng tụ axit đều tác động liên tục lên thiết bị theo thời gian.

Giám sát liên tục giữ cho hệ thống trung thực

Các thiết bị giám sát phát thải liên tục gắn trên ống khói giúp theo dõi nồng độ hạt, độ mờ và lưu huỳnh đioxit cung cấp cho người vận hành bằng chứng thời gian thực về hiệu quả hoạt động của các giai đoạn lọc bụi và xử lý khí thải, thay vì chỉ dựa vào kiểm tra thủ công định kỳ để phát hiện vấn đề sau khi nó đã ảnh hưởng đến lượng khí thải.

Tín hiệu chênh lệch áp suất khi bộ lọc cần được chú ý

Trên một bộ lọc vải, áp suất chênh lệch thường được giữ trong một dải xung quanh 1.000 đến 1.500 pascal . Sự gia tăng ổn định bên ngoài dải đó thường cho thấy túi bị mù do hơi ẩm hoặc sự tấn công của hóa chất, trong khi sự sụt giảm đột ngột thường báo hiệu túi bị rách hoặc bong ra khiến bụi bỏ qua quá trình lọc hoàn toàn.

Lập kế hoạch thay thế túi và ăn mòn trước khi chúng gây ra tình trạng ngừng hoạt động

Túi lọc tiếp xúc với khí nóng chảy có tính axit, nhiệt độ cao thường kéo dài theo thứ tự hai đến bốn năm trước khi thay thế, mặc dù lượng bụi mài mòn hoặc chênh lệch nhiệt độ có thể rút ngắn đáng kể thời gian đó. Các bộ phận bị ướt trong giai đoạn xử lý khí thải phải đối mặt với nguy cơ ăn mòn do axit ngưng tụ, do đó việc lựa chọn vật liệu và kiểm tra định kỳ đường ống, bộ phận bên trong máy lọc và lớp lót hấp thụ cũng quan trọng như quá trình hóa học cơ bản.

Câu hỏi thường gặp

Một thiết bị có thể xử lý cả bụi và khí thải cùng một lúc không?

Máy lọc ướt có thể loại bỏ hạt và hấp thụ khí axit trong một bình duy nhất, nhưng hiệu quả loại bỏ hạt mà chúng đạt được đối với khói luyện kim dưới micron thường thấp hơn so với bộ lọc vải chuyên dụng và chúng tạo ra dòng nước thải cần được xử lý. Hầu hết các hoạt động luyện kim đều có được hiệu suất đáng tin cậy hơn, dễ bảo trì hơn bằng cách giữ quá trình lọc bụi và xử lý khí thải thành các giai đoạn riêng biệt, được xây dựng có mục đích thay vì kết hợp chúng thành một thiết bị.

Tại sao khói luyện kim cần lọc mịn hơn bụi từ quá trình nghiền hoặc sàng lọc?

Do khói nấu chảy hình thành thông qua quá trình ngưng tụ hơi chứ không phải do đứt gãy cơ học, phần lớn khối lượng của nó nằm dưới 1 micromet, trong khi bụi nghiền và sàng lọc thường có đường kính 10 micromet hoặc lớn hơn. Hệ thống lọc và thu bụi có kích thước phù hợp với luồng thô hơn sẽ không cản trở luồng mịn hơn.

Lưu huỳnh dioxit từ quá trình luyện khí thải thường được xử lý như thế nào?

Khi nồng độ sulfur dioxide cao, thường gặp trong quá trình nấu chảy quặng sunfua, việc chuyển đổi thành axit sulfuric thông qua hấp thụ kép tiếp xúc kép là phương pháp xử lý khí thải tiêu chuẩn, thu hồi lưu huỳnh dưới dạng sản phẩm có thể sử dụng thay vì thải ra. Các dòng chảy yếu hơn hoặc khí thải còn sót lại sau khi thu hồi axit thường được đánh bóng bằng phương pháp chà kiềm ướt, bán khô hoặc khô.

Điều gì khiến bộ lọc vải mất hiệu quả theo thời gian?

Các nguyên nhân phổ biến nhất là túi bị rách do ngưng tụ hơi ẩm hoặc bị tấn công bởi hóa chất, hư hỏng vật lý như rách hoặc đường may bị mòn và tích tụ bánh bụi mà chu trình làm sạch không loại bỏ được. Việc theo dõi xu hướng chênh lệch áp suất cùng với việc kiểm tra rò rỉ hoặc trực quan định kỳ thường phát hiện được những vấn đề này trước khi chúng xuất hiện dưới dạng vượt quá mức phát thải.

Việc xử lý khí thải có ảnh hưởng đến hoạt động của bộ lọc bụi không?

Đúng. Nhiệt độ và độ ẩm của khí bước vào giai đoạn xử lý khí thải thường được kiểm soát dựa trên dung sai của bộ lọc bụi, vì sự ngưng tụ ở thượng nguồn của bộ lọc có thể làm mù vật liệu vải hoặc tăng tốc độ ăn mòn bên trong bộ lọc bụi tĩnh điện. Hai giai đoạn này thường được thiết kế và vận hành như một hệ thống tích hợp chứ không phải độc lập.

Một hệ thống được thiết kế tốt có thể đạt được nồng độ hạt nào?

Bộ lọc vải hiện đại kết hợp với khả năng thu nguồn hiệu quả thường giữ nồng độ hạt đầu ra ở mức dưới 10 mg trên mét khối thông thường trên cơ sở bền vững, mặc dù con số áp dụng cho bất kỳ cơ sở cụ thể nào phụ thuộc vào đặc tính của khí và giới hạn quy định mà hệ thống được thiết kế để đáp ứng.