在有色金属冶炼过程中,矿石中的硫与氧反应,生成二氧化硫及少量的三氧化硫并扩散到生产车间,对产业工人的身体健康造成了极大的威胁。如果不采取治理措施,生产车间的SO2 浓度将超过国家标准规定的四倍,严重损害了产业工人的身心健康,因此,必须采取有效的防治措施。

1、SO2 对人体的危害

SO2 被人体吸入呼吸道后,因易溶于水,故大部分被阻滞在上呼吸道。在湿润的粘膜上生成具有腐蚀性的亚硫酸,一部分进而氧化为硫酸,使刺激作用增强,如果人体每天吸入浓度为100 ppm的SO2 ,8 h 后支气管和肺部将出现明显的刺激症状,使肺组织受到伤害。有色金属冶炼过程中不但产生SO2 气体,还会产生大量的粉尘。SO2 和粉尘的联合作用,对产业工人的身体健康造成了重大的损害。因为SO2 随飘尘气溶胶微粒进入人体肺部深层,毒性将增加3～4 倍,导致肺泡壁纤维增生。如果增生范围波及广泛,形成肺纤维性变,发展下去可使肺纤维断裂形成肺气肿。据某冶炼厂统计,300 名接触SO2 的职工,有30 %的人患有不同程度的支气管疾病。

SO2 还可被人体吸收进入血液,对全身产生毒性作用,它能破坏酶的活力,影响人体新陈代谢,对肝脏造成一定的损害。慢性毒性试验显示,SO2 有全身性毒性作用。兔吸入18～22 mg/ m3 浓度的SO2 ,每日2 h ,经半年左右,对伤寒病的免疫反应明显下降。小鼠吸入5124 mg/ m3 低浓度SO2 ,经半年亦能出现免疫反应受抑制的现象。故长期接触者可能会有呼吸道疾病发病率增加或感冒后不易痊愈,除由于SO2 的直接刺激作用外,尚可能与免疫反应受抑制有关。

曾经对长期接触平均浓度在50 mg/ m3 的SO2 的人员进行调查,发现慢性鼻炎的患病率较高,主要表现为鼻粘膜肥厚或萎缩,鼻甲肥大,或嗅觉迟钝等;其次患牙齿酸蚀症;脑通气功能明显改变,时间肺活量及最大通气量的均值降低;肝功能检查与正常组比较有显著差异。

SO2 还具有促癌性。动物试验结果表明10mg/ m3 的SO2 可以加强苯并(a) 芘致癌作用,这种联合作用的结果,使癌症发病率高于单致癌因子的发病率。

2、防治措施

2.1个人防护

首先,应加强劳动保护及安全生产的教育。操作工人可以将数层纱布用饱和碳酸钠溶液及%甘油湿润后夹在纱布口罩中以吸收SO2 。工作前后应当用2 %碳酸钠溶液嗽口。

2.2常规处理SO2 方法

在注意工人个人防护的同时,应采取有效措施处理SO2 烟气。从五十年代开始,我国对有色冶炼烟气中低浓度SO2 的回收利用开展了一系列的试验研究工作,并取得了一定的进展。

亚铵法：采用亚铵法处理SO2 是用氨水吸收SO2 ,副产品亚铵。虽然亚铵法技术较成熟,但产生的副产品是液体状态的亚铵,产品的贮存运输都较困难,只适用于有氨源的小型冶炼厂。

亚硫酸钠法：中小型的冶炼厂可采用亚硫酸钠法进行烟气脱硫。亚硫酸钠法是利用烧碱或纯碱吸收SO2 ,同时产生副产品亚硫酸钠。例如,上海冶炼厂就采用此法处理烟气。亚硫酸钠法工艺简单,操作方便,系统阻力小,投资和操作费用低。脱硫效率高达95 %左右。但需消耗纯碱和烧碱,每吨无水亚硫酸钠消耗纯碱0. 8 t ,烧碱0. 1 t 。副产品亚硫酸钠用途有限,因此不能普遍采用。

氧化锌法：对于铅锌冶炼厂可采用氧化锌法处理SO2 。如湖南水口山矿务局第四冶炼厂就是采用此法。氧化锌法是以氧化锌为吸收剂,生成的亚硫酸锌渣全部返回锌精矿沸腾炉焙烧,分解出SO2 气体可用于制取浓SO2 。

V2O5 氧化法：有色金属冶炼过程中产生的SO2 浓度一般低于315 % ,不适合直接回收制造SO2 。沈阳冶炼厂为了实现SO2 的治理. 对生产工艺进行了改革,采用密闭式鼓风炉,同时改造了排烟系统,严格控制炉口和烟道的负压,降低了漏风率,从而提高了SO2 的浓度(4 %～5 %) ,达到了制酸的要求。利用V2O5 作催化剂,使SO2 氧化为SO3 ,利用稀硫酸吸收SO3 ,制造H2SO4 ,反应如下:

2SO2 + O2——SO3

SO3 + H2O——H2SO4

由于烟气中含有As2O3 ,致使催化剂中毒,降低了SO2 的转化率。

2.3活性炭吸咐法处理SO2

针对以上处理方法存在的问题,系统地研究了利用活性碳吸附法处理有色金属冶炼过程中产生的SO2 ,克服了以上治理方法的缺点和局限性。

当含SO2 的废气与活性炭接触时,SO2 即被吸附,当有O2 和水蒸汽存在时,伴随着物理吸附同时发生化学吸附,具体反应如下:

物理吸附：SO2 ——SO2

O2——O2

H2O——H2O

化学吸附：2SO2 + O2——2SO3

SO3 + H2O——H2SO4

H2SO4——H2SO4

当活性炭上吸附了一定量的H2SO4 后,用水洗法再生活性炭,并得到副产品H2SO4 。

SO2 转化为SO3 是在活性炭的催化作用下完成的,传统的活性炭吸附法只是利用了活性炭本身的催化剂性能,催化活性低,反应速度缓慢,设备庞大。而此种活性炭处理法是利用活性炭是催化剂载体的特性,在活性炭上载有某种活性成分,构成了更高活性的活性炭催化剂,使SO2 转化为SO3 的反应速度大大加快,在此基础又研究了影响活性炭吸附法处理SO2 的其它影响因素。

从实验结果看, 在25 ℃时脱硫效果最好,100 ℃次之。虽然25 ℃脱硫效率最高,但脱硫后的烟气温度较低,烟气的热浮力降低,不利于烟气扩散,烟气易返回地面,造成附近地面污染。若采用100 ℃时脱硫,虽然脱硫效果不如25 ℃的好,但脱硫效率已经达到较高的数值,并且脱硫后,烟气温度较高,易于排烟,因此,应采用100 ℃温度下脱硫。

影响脱硫效率的各种因素相互制约,当脱硫温度取100 ℃时,H2O/ SO2 = 1～2 ,O2/ SO2 = 10～14 ,空速为3 600 h - 1时,脱硫效率可达96 %。

3、结论

在有色金属冶炼过程中产生的SO ,是对操作工人身体健康影响最大的有毒气体,必须采取有效的防治措施,以保证工人的身体健康。

用活性炭处理有色金属冶炼过程中产生的SO2 ,具有脱硫效率高、工艺简单、操作易控制、活性炭可再生重复利用、无二次污染等特点,克服了亚铵法,亚硫酸钠法和氧化锌法在应用上的局限性和缺点,也避免了用V2O5 氧化法的催化剂中毒问题,是一种行之有效且应用前景广泛的方法。