地下高硫矿山出风井二氧化硫治理方法及装置

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2021-11-18 15:27:53

权利要求

1.地下高硫矿山出风井二氧化硫治理方法，其特征在于，包括步骤如下：

S1、检测出风井高峰期的SO2总排出量，确定中和碳酸钠用量和需水量；

S2、将原料碳酸钠和水送入碳酸钠碱液制备系统（1），得到中和用的碱液；

S3、将碱液输送至碱液喷淋系统（3），对回风气流进行脱硫净化处理，脱硫原理如下：

Na2CO3+SO2→Na2SO3+CO2

2Na2SO3+O2→2Na2SO4

Na2CO3与SO2反应生成Na2SO3，Na2SO3又与空气中的O2反应生成无害的Na2SO4溶液，同时又不产生二次污染物。

2.地下高硫矿山出风井二氧化硫治理装置，其特征在于，包括：

碳酸钠碱液制备系统（1），设置于主回风巷道（4）附近的废弃调车场或探矿硐室或相邻探矿巷道（2）或其他辅助硐室，所述碳酸钠碱液制备系统（1）包括制备池（11）和储存池（14）；

碱液喷淋系统（3），安装于所述主回风巷道（4）内，所述碱液喷淋系统（3）包括第一雾幕（31）、第二雾幕（32）和第三雾幕（33），所述碱液喷淋系统（3）和所述碳酸钠碱液制备系统（1）之间连接有出水管（6）；

储药间（5），用于存储碳酸钠原料。

3.根据权利要求2所述的地下高硫矿山出风井二氧化硫治理装置，其特征在于：所述制备池（11）和所述储存池（14）之间设置有宽0.4米，高1米的混凝土隔墙，隔墙靠近所述制备池（11）的一侧安装有宽0.25米，高1米的水闸，且水闸的闸口处安装滤网（16）。

4.根据权利要求3所述的地下高硫矿山出风井二氧化硫治理装置，其特征在于：所述制备池（11）和所述储存池（14）的顶面上铺设有网状防护平台（15），所述制备池（11）和所述储存池（14）的高度为1.2米，两池的长度和宽度分别由碱液制备量和碱液存储量决定。

5.根据权利要求4所述的地下高硫矿山出风井二氧化硫治理装置，其特征在于：所述制备池（11）内安装有搅拌器（12），所述制备池（11）的顶部开设有放碱口（17）和进水口（18），所述进水口（18）与进水管（7）相连通，所述进水管（7）上安装有闸阀（13），且所述进水管（7）的另一端连接水泵Ⅱ（9），所述水泵Ⅱ（9）用于为碱液制备供水。

6.根据权利要求4所述的地下高硫矿山出风井二氧化硫治理装置，其特征在于：所述储存池（14）远离所述制备池（11）的一侧设置有宽0.8米，高1.1米的移动台阶（19），所述储存池（14）的底部开设有两个抽水口，抽水口连接水泵Ⅰ（8），且所述水泵Ⅰ（8）的另一端与所述出水管（6）相连。

7.根据权利要求2所述的地下高硫矿山出风井二氧化硫治理装置，其特征在于：所述第一雾幕（31）、第二雾幕（32）和第三雾幕（33）沿回风方向依次排布，相邻的两层雾幕之间的间隔为0.8至1.2米，所述第一雾幕（31）上固定有上下平行的两根喷淋管（36），这两根喷淋管（36）分别距地面0.8至1.2米和2.8至3.2米，所述第二雾幕（32）上设置有一根距地面1.8至2.2米的喷淋管（36），所述第三雾幕（33）上设置有与第一雾幕（31）上布置相同的两根喷淋管（36），所述第一雾幕（31）、第二雾幕（32）和第三雾幕（33）上均安装有独立开关，所述主回风巷道（4）于地表的出风口处安装有SO2检测仪，独立开关和SO2检测仪均连接地面监控中心。

8.根据权利要求7所述的地下高硫矿山出风井二氧化硫治理装置，其特征在于：所述第一雾幕（31）和所述第二雾幕（32）上的所述喷淋管（36）连接4至8个碳化硅扇形微细雾化喷嘴（35），且一半的微细雾化喷嘴（35）朝下，一半的微细雾化喷嘴（35）朝上，朝上和朝下的微细雾化喷嘴（35）交错布置，相邻两个微细雾化喷嘴（35）之间的间隔为0.6至1.2米，所述第三雾幕（33）上的所述喷淋管（36）连接5至9奇数个碳化硅扇形微细雾化喷嘴（35），3至5个朝上，2至4个朝下，朝上和朝下的微细雾化喷嘴（35）交错分布间隔0.6至1.2米。

9.根据权利要求8所述的地下高硫矿山出风井二氧化硫治理装置，其特征在于：所述第三雾幕（33）的后侧设置有尼龙网（34），所述尼龙网（34）通过膨胀螺栓固定于巷道岩壁中，所述微细雾化喷嘴（35）的前端插入预先施工好的巷道壁的岩孔中，微细雾化喷嘴（35）的后端架设于所述出水管（6）上。

10.地下高硫矿山出风井二氧化硫治理装置在一种地下高硫矿山出风井二氧化硫治理方法的应用。

说明书

技术领域

本发明涉及大气污染控制和环境保护相关技术领域，具体为地下高硫矿山出风井二氧化硫治理方法及装置。

背景技术

SO2是一种有刺激性气味的酸性气体，易溶于水，SO2被吸入人体后，会刺激呼吸道粘膜，吸入超过一定量时，会对身体各器官造成严重伤害，甚至危及生命；SO2大量排入大气中，会对植物、生态环境产生很大危害，SO2溶于水后，随降雨落下，使植物表皮受损、枯焦甚至死亡，使土壤肥力下降，导致河流、湖泊中的鱼类等生物死亡。

高硫矿山矿体含硫高，一些开采矿山的矿体含硫品位都在20～30％，个别达到40％左右，在开采过程中，由于硫化物与空气接触发生化学反应，会产生大量的二氧化硫等有毒气体，并伴有大量的热量放出，这些高温有毒气体，恶化了井下作业环境，直接影响工人的身心健康，同时，这些有毒气体经矿井总回风巷道和出风井排至地表，对矿区和风井周围的林地、农田和鱼塘等环境造成了严重的污染，因此矿山在回采矿体的同时，必须采取有效措施对SO2烟气进行治理，一般地治理SO2废气的主要方法有干法和湿法两种，干法或半干法吸收一般是采用以Ca(OH)2为主要成分的干式脱硫法，以及选择性催化还原法也是广泛应用于处理燃料废气的干法之一；通过石灰/石灰石等碱液吸收法是目前烟气SO2废气湿法治理的主要方法，此外还有如氢氧化钠或亚硫酸钠吸收法、碱式氧化铝法、氨法烟气湿法脱硫技术和海水湿法脱硫等。

上述治理的方法中，干法存在运行成本高，明显不适合矿山环境等缺点，采用石灰/石灰石的湿法较好，但其存在易发生结垢和堵塞并且石灰消耗量大等缺点，其他湿法治理方法存在消耗水量大，设备投资大，能耗大，系统复杂的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种地下高硫矿山出风井二氧化硫治理方法及装置，以解决上述背景技术中提出的现有治理方法资源消耗多，实施难度大，投资成本高，不适合矿山的生产实际情况的问题。

本发明提供了一种地下高硫矿山出风井二氧化硫治理方法及装置，采用碳酸钠水溶液对回风气流进行喷淋，回风气流中的二氧化硫被碳酸钠碱液吸收剂吸收，实现回风气流中SO2烟气脱硫，从而达到对回风井出风流净化的目的，治理方法简单易行，技术成熟，适用于矿山环境。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种地下高硫矿山出风井二氧化硫治理方法，包括步骤如下：

S1、检测出风井高峰期的SO2总排出量，确定中和碳酸钠用量和需水量；

S2、将原料碳酸钠和水送入碳酸钠碱液制备系统，得到中和用的碱液；

S3、将碱液输送至碱液喷淋系统，对回风气流进行脱硫净化处理，脱硫原理如下：

Na2CO3+SO2→Na2SO3+CO2

2Na2SO3+O2→2Na2SO4

Na2CO3与SO2反应生成Na2SO3，Na2SO3又与空气中的O2反应生成无害的Na2SO4溶液，同时又不产生二次污染物。

一种地下高硫矿山出风井二氧化硫治理装置，包括：

碳酸钠碱液制备系统，设置于主回风巷道附近的废弃调车场或探矿硐室或相邻探矿巷道或其他辅助硐室，所述碳酸钠碱液制备系统包括制备池和储存池；

碱液喷淋系统，安装于所述主回风巷道内，所述碱液喷淋系统包括第一雾幕、第二雾幕和第三雾幕，所述碱液喷淋系统和所述碳酸钠碱液制备系统之间连接有出水管；

储药间，用于存储碳酸钠原料。

进一步的，所述制备池和所述储存池之间设置有宽0.4米，高1米的混凝土隔墙，隔墙靠近所述制备池的一侧安装有宽0.25米，高1米的水闸，且水闸的闸口处安装滤网。

进一步的，所述制备池和所述储存池的顶面上铺设有网状防护平台，所述制备池和所述储存池的高度为1.2米，两池的长度和宽度分别由碱液制备量和碱液存储量决定。

进一步的，所述制备池内安装有搅拌器，所述制备池的顶部开设有放碱口和进水口，所述进水口与进水管相连通，所述进水管上安装有闸阀，且所述进水管的另一端连接水泵Ⅱ，所述水泵Ⅱ用于为碱液制备供水。

进一步的，所述储存池远离所述制备池的一侧设置有宽0.8米，高1.1米的移动台阶，所述储存池的底部开设有两个抽水口，抽水口连接水泵Ⅰ，且所述水泵Ⅰ的另一端与所述出水管相连。

进一步的，所述第一雾幕、第二雾幕和第三雾幕沿回风方向依次排布，相邻的两层雾幕之间的间隔为0.8至1.2米，所述第一雾幕上固定有上下平行的两根喷淋管，这两根喷淋管分别距地面0.8至1.2米和2.8至3.2米，所述第二雾幕上设置有一根距地面1.8至2.2米的喷淋管，所述第三雾幕上设置有与第一雾幕上布置相同的两根喷淋管，所述第一雾幕、第二雾幕和第三雾幕上均安装有独立开关，所述主回风巷道于地表的出风口处安装有SO2检测仪，独立开关和SO2检测仪均连接地面监控中心。

进一步的，所述第一雾幕和所述第二雾幕上的所述喷淋管连接4至8个碳化硅扇形微细雾化喷嘴，且一半的微细雾化喷嘴朝下，一半的微细雾化喷嘴朝上，朝上和朝下的微细雾化喷嘴交错布置，相邻两个微细雾化喷嘴之间的间隔为0.6至1.2米，所述第三雾幕上的所述喷淋管连接5至9奇数个碳化硅扇形微细雾化喷嘴，3至5个朝上，2至4个朝下，朝上和朝下的微细雾化喷嘴交错分布间隔0.6至1.2米。

进一步的，所述第三雾幕的后侧设置有尼龙网，所述尼龙网通过膨胀螺栓固定于巷道岩壁中，所述微细雾化喷嘴的前端插入预先施工好的巷道壁的岩孔中，微细雾化喷嘴的后端架设于所述出水管上。

一种地下高硫矿山出风井二氧化硫治理装置在一种地下高硫矿山出风井二氧化硫治理方法的应用。

通过采用一种地下高硫矿山出风井二氧化硫治理装置对二氧化硫进行治理。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该地下高硫矿山出风井二氧化硫治理方法及装置，集消烟、脱硫、除尘一体化同时完成的技术设计，结构简单紧凑、工艺流程合理，内部不易结垢堵塞，利用碱液喷淋系统喷淋碱液降低回风气流中的SO2浓度，实现了矿井污风的达标外排，保障了出风井周边环境，利用碳酸钠碱液制备系统制备碳酸钠溶液作为SO2中和反应剂，有效减少了因结垢堵塞而产生的系统暂停与维修的次数与成本，采用碳化硅扇形喷嘴高效喷射雾化，设备内部无易损件设计，使烟气与溶液充分接触，保证最高效的脱硫与除尘。

附图说明

图1为本发明结构的碳酸钠碱液制备系统的正视剖面示意图；

图2为本发明结构的碳酸钠碱液制备系统的俯视示意图；

图3为本发明结构的碱液喷淋系统的立面示意图；

图4为本发明结构的碳酸钠碱液制备系统及喷淋系统的布置示意图；

图5为本发明结构的图4中局部放大示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、碳酸钠碱液制备系统；2、探矿巷道；3、碱液喷淋系统；4、主回风巷道；5、储药间；6、出水管；7、进水管；8、水泵Ⅰ；9、水泵Ⅱ；11、制备池；12、搅拌器；13、闸阀；14、储存池；15、防护平台；16、滤网；17、放碱口；18、进水口；19、移动台阶；31、第一雾幕；32、第二雾幕；33、第三雾幕；34、尼龙网；35、微细雾化喷嘴；36、喷淋管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种地下高硫矿山出风井二氧化硫治理方法，包括步骤如下：

S1、检测出风井高峰期的SO2总排出量，确定中和碳酸钠用量和需水量；

S2、将原料碳酸钠和水送入碳酸钠碱液制备系统1，得到中和用的碱液；

S3、将碱液输送至碱液喷淋系统3，对回风气流进行脱硫净化处理，脱硫原理如下：

Na2CO3+SO2→Na2SO3+CO2

2Na2SO3+O2→2Na2SO4

Na2CO3与SO2反应生成Na2SO3，Na2SO3又与空气中的O2反应生成无害的Na2SO4溶液，同时又不产生二次污染物。

碳酸钠溶液对回风气流进行喷淋，不仅能吸收气流中的SO2,实现烟气脱硫，同时气流中的灰尘被液体沉降，实现消烟除尘作用，避免发生结垢堵塞现象。

请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种地下高硫矿山出风井二氧化硫治理装置，包括：

碳酸钠碱液制备系统1，设置于主回风巷道4附近的废弃调车场或探矿硐室或相邻探矿巷道2或其他辅助硐室，碳酸钠碱液制备系统1包括制备池11和储存池14；

碱液喷淋系统3，安装于主回风巷道4内，碱液喷淋系统3包括第一雾幕31、第二雾幕32和第三雾幕33，碱液喷淋系统3和碳酸钠碱液制备系统1之间连接有出水管6；

储药间5，用于存储碳酸钠原料。

在使用该地下高硫矿山出风井二氧化硫治理装置时，SO2检测仪检测出风井口的SO2浓度，当SO2浓度超过预设浓度后，开启碱液喷淋系统3，根据喷淋时间，将适量碳酸钠投入碳酸钠碱液制备系统1中，经搅拌器12搅拌溶解后得到碱液，碱液溢入储存池14，碱液制备完成后打开水闸，使制备池11中碱液被利用完全，开启水泵Ⅰ8，将储存池14中的碱液泵入喷淋管36进行SO2烟气的吸收喷淋，喷淋结束后，通过蓄水池中浮球液位开关自动停止水泵Ⅱ9工作，吸收后的次生碱液自动流入巷道排水沟，中和沿途酸性水流。

实施例：某高硫铜矿山西风井检测结果表明二氧化硫体积浓度为0.005%，西风井出风量为100m3/s，则二氧化硫质量浓度约为13g/s。

根据上述检测结果，计算中和用碳酸钠碱液量：

碳酸钠＝106*13/64=21.5g/s，即每小时用量为77.4kg/h；

用水量:估算大约31.5m3/h。

碳酸钠碱液制备系统1选择在该矿568米中段23号勘探线废弃的探矿巷道2中，探矿巷道宽3.8米，高3.4米，碱液喷淋系统3设置在23号至24号勘探线间平直的主回风巷道4中，详见图4。

在本实施例中，如图1所示，制备池11和储存池14之间设置有宽0.4米，高1米的混凝土隔墙，隔墙靠近制备池11的一侧安装有宽0.25米，高1米的水闸，且水闸的闸口处安装滤网16，制备池11中的碱液需要经过滤网16过滤后流入储存池14，保证制备碱液品质。

制备池11和储存池14的顶面上铺设有网状防护平台15，制备池11和储存池14的高度为1.2米，两池的长度和宽度分别由碱液制备量和碱液存储量决定，在本实施例中，需要碱液制备量确定碱液制备池11长4米，宽3.8米，依据需要储存量确定储存池14长10米，宽3.8米。

在本实施例中，如图1和图4所示，制备池11内安装有搅拌器12，搅拌叶轮采用耐酸碱材质，制备池11的顶部开设有放碱口17和进水口18，进水口18与进水管7相连通，进水管7上安装有闸阀13，且进水管7的另一端连接水泵Ⅱ9，水泵Ⅱ9用于为碱液制备供水，制备用水可采用风井涌水或在总回风巷道1中拦筑蓄水坝。

在本实施例中，储存池14远离制备池11的一侧设置有宽0.8米，高1.1米的移动台阶19，便于人员对制备系统药剂的添加及系統的维护与管理，储存池14的底部开设有两个抽水口，抽水口连接水泵Ⅰ8，且水泵Ⅰ8的另一端与出水管6相连，两台水泵Ⅰ8一用一备，选用耐碱腐蚀材质，水泵Ⅰ8的流量依据中和液需要确定，微细雾化喷嘴35的水压满足0.4MPa以上。

在本实施例中，如图3所示，第一雾幕31、第二雾幕32和第三雾幕33沿回风方向依次排布，相邻的两层雾幕之间的间隔为0.8至1.2米，第一雾幕31上固定有上下平行的两根喷淋管36，这两根喷淋管36分别距地面0.8至1.2米和2.8至3.2米，第二雾幕32上设置有一根距地面1.8至2.2米的喷淋管36，第三雾幕33上设置有与第一雾幕31上布置相同的两根喷淋管36，采用三层雾幕的排布结构，保证碱液与回风气流充分接触，实现高效脱硫和除尘。

在本实施例中，如图3所示，第一雾幕31和第二雾幕32上的喷淋管36连接4至8个碳化硅扇形微细雾化喷嘴35，且一半的微细雾化喷嘴35朝下，一半的微细雾化喷嘴35朝上，朝上和朝下的微细雾化喷嘴35交错布置，相邻两个微细雾化喷嘴35之间的间隔为0.6至1.2米，第三雾幕33上的喷淋管36连接5至9奇数个碳化硅扇形微细雾化喷嘴35，3至5个朝上，2至4个朝下，朝上和朝下的微细雾化喷嘴35交错分布间隔0.6至1.2米，微细雾化喷嘴35喷出雾化碱液，有效提高碱液的利用率。

在本实施例中，第三雾幕33的后侧设置有尼龙网34，尼龙网34通过膨胀螺栓固定于巷道岩壁中，微细雾化喷嘴35的前端插入预先施工好的巷道壁的岩孔中，微细雾化喷嘴35的后端架设于出水管6上，出水管6和进水管7均采用钢塑复合管，尼龙网34用于将空气中的碱液挂于网格中，与穿过的风流再次进行中和反应。

在本实施例中，第一雾幕31、第二雾幕32和第三雾幕33上均安装有独立开关，主回风巷道4于地表的出风口处安装有SO2检测仪，独立开关和SO2检测仪均连接地面监控中心，独立开关方便系统根据SO2浓度调节喷淋强度与喷淋时间，SO2检测仪实时监测空气中的SO2浓度。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。