小组的硫酸作业

1、方案的设计的基本思路原料选择能量回收“三废”处理干吸工段转化工段净化工段焙烧工段接触法生产硫酸FeS2FeS2接触法生产硫酸的绿色工艺方案接触法生产硫酸的绿色工艺方案 方案以煤硫共生硫铁矿为生产原料，采方案以煤硫共生硫铁矿为生产原料，采用用“二转二吸二转二吸”工艺，工艺，“3+2”流程制硫酸。流程制硫酸。主要介绍生产工艺方案、节能措施及主要介绍生产工艺方案、节能措施及“三废三废”的处理方案，还对主要工艺指标进行了评价。的处理方案，还对主要工艺指标进行了评价。其中采用一些较为先进可行的技术使得生产其中采用一些较为先进可行的技术使得生产过程绿色、节能、环保，例如热管技术，酸过程绿色、节能、环保，例

2、如热管技术，酸洗净化全封闭循环工艺等。洗净化全封闭循环工艺等。全厂工艺流程图全厂工艺流程图精硫铁矿砂富氧鼓风机富氧沸腾炉废热锅炉旋风除尘器电除尘器热渣输送机渣冷却器冷却塔洗涤塔间冷器电除雾器废水处理车间酸冷却器循环酸泵槽干燥塔 第一吸收塔 第二吸收塔排气筒换热器换热器转化器换热器换热器换热器酸冷却器循环酸泵槽主风机热管热管热管原料特点煤硫共生硫铁矿 发热量大发热量大 SO2 浓度低浓度低气量大气量大 原料无需原料无需干燥处理干燥处理 焙烧工段 由于碳的导入,应设置中压废热锅炉,回收高温废热,并作发电或它用,以充分利用能源。为保证净化效果, 应设置静电除尘器, 减小后续净化负荷。 同不含碳原料比

3、,由于增加50 %左右的热量,所以要加大沸腾炉的移热面积,及时移走反应热;控制入炉空气量,实现氧表监控加料自调,磁性焙烧, 尽量干法排渣, 避免二次污染。 为保证转化SO2 浓度要求,减少无效气体量,节约能源,可采取富氧焙烧达到上述目的。富氧焙烧 采用富氧空气焙烧硫铁矿不仅可以加快硫的燃烧速度、减少炉气的排出量、降低能耗,而且可以强化设备的生产能力、提高资源回收率、减轻环境污染。 制氧装置采用变压吸附法,产氧能力1100 m3/h ,产品中(O2) = 93 % ,压力19.6 kPa 、每立方米氧的电耗按0.3 kWh 。生产过程的热量平衡4万t/a沸腾炉制酸的热量平衡表能量回收能量回收-

4、-生产中余热的回收与利用生产中余热的回收与利用余热高温余热：焙烧过程中800-1000的余热，约占总热量的56%中温余热：转化过程中500左右的余热，约占总热量的19%低温余热：吸收过程中100以下的余热，约占总热量的25%高温余热回收利用 现代化大型硫酸厂生产过程中对高温余热利用主要是蒸汽动力系统。 工艺过程为：过热的高压蒸汽（10.00MP级）全部进入高压透平机产生动力,中间抽取中压蒸汽(4.00MP级)驱动若干台中压透平机，其中有若干台为凝汽式透平机，以充分发挥蒸汽的做功能力。还有一些是背压式透平机，排气进入低压管网（0.45MP级）。这样，全厂的动力、工艺蒸汽和供热的需要均由蒸汽动力循

5、环系统来提供， 从而使大型硫酸厂的能耗大幅度降低。中温余热回收利用 SO2的转化过程是在400-600下进行的,其工艺流程中采用了多段转化装置， 段与段之间采用冷却装置移走反应热。 为了提高SO3的吸收率，降低吸收塔进气温度，其出口炉气也采取了冷却措施。为了充分回收利用SO3转化过程中的反应热,可以以低压锅炉代替SO3冷却器, 回收热量产生低压蒸汽。低温余热回收利用 本设计方案中采用美国MEC公司推出的将HRS与联合循环发电实行最佳组合的Super HRS（超级HRS）工艺。原理是用燃气透平的热排放气在热回收蒸汽发生器中使HRS蒸汽过热，后者进入蒸汽透平发电机。 热管技术 本设计方案中的两个吸

6、收塔和转化器中均采用了热管技术来回收热能。热管直接布置在转化器和吸收塔内部，使得结构紧凑，流程管线减少，散热损失小，与普通内部换热器相比，流体阻力也大为减小。生产中的节能措施节能措施 降低能量损耗降低能量损耗 合理选择保温材料和结构沸腾炉合理选择保温材料和结构沸腾炉 采用先进的生产方法和设备降低系统阻力采用先进的生产方法和设备降低系统阻力合理选用风机和酸泵型号合理选用风机和酸泵型号改进阀门改进阀门 “三废”处理废渣处理电除尘器及净化工序沉积物作水泥产原料。废渣来源沸腾炉渣、旋风分离器的渣：其中W（铁）45%时，可用于炼铁等。废渣处理矿渣特点：除含有较高的铁外，还含有一定的铜、锌、钴等金属元素。

7、当含铁60%以上时，可直接用于炼铁。对较低品位者可采用磁化焙烧，磁选富集。利用情况：目前许多企业将矿渣尘送钢铁厂炼铁或送水泥厂作水泥掺和料, 对于含硫48% 50% 的高含硫硫铁矿的烧渣和尘, 除了作为钢铁厂炼铁原料外, 还用硫铁矿渣制成铁系产品, 综合利用。净化工段斜管沉降器排出的酸泥经中和后的中和沉渣中要含CaSO 4、矿尘等, 也可送水泥厂作水泥掺和料。回收有色金属氯化焙烧法综合回收是比较成熟的方法。其分高温、中温两种方法。高温氯化焙烧是将烧渣与氯化剂（CaCl2）等均匀混合，制成干燥球团，在回转窑或立窑内经10001250焙烧，使有色金属以氯化物形式挥发，湿法处理回收，同时获得优质球团

8、供高炉炼铁。回收有色金属中湿氯化法将矿渣、硫铁矿和食盐混合，使混合料含硫67%及食盐4%左右，然后投入沸腾炉内，在600650下进行氯化、硫酸化焙烧，使矿渣中有色金属由不溶物转为可溶的氯化物或硫酸盐，然后用水或稀酸把可溶性有色金属氯化物浸出并回收，除去了有色金属的氧化铁可作为炼铁原料。高品位硫铁矿烧渣处理该烧渣物化性能特殊，质地疏松，矿物质相互渗透和包裹。烧渣含铁高，杂质含量低，可直接用于炼铁和生产海绵铁。采用分级浮选化学处理氧化焙烧联合工艺回收处理，可得到系列高品质氧化铁产品。把高品位硫铁矿烧渣用硫酸分解处理，可制备聚合硫酸铁和硫酸亚铁，对硫酸亚铁进一步处理，经过不同的化学方法，制备生产出软

9、、硬磁用氧化铁，还原铁以及铁系列颜料。国外对硫铁矿烧渣综合利用的方法主要有残硫燃烧烧结法、磁化焙烧磁选球团法、硫酸化焙烧水浸烧结法、高温氯化回转窑团球法（日本光和法）等数十种处理方法。1、烧渣直接用作炼铁原料高品位硫铁矿烧渣中的铁一般都大于50.00%，达到一般铁矿的要求。实际上入炉硫铁矿的品位45，烧渣中的铁55，可作为商品直接出售；由于含硫及二氧化硅较高，并且经高温焙烧后形成的烧渣拒水性强，成球性较差，不能作为主体矿使用，可与原生铁矿搭配使用。2、选矿提高烧渣品位，生产高品质氧化铁烧渣主要化学成分为铁、硅、钙、硫等化合物，铁是可回收利用的主要元素。根据烧渣的工艺矿物学特点，采用分级-浮选-

10、化学处理-氧化焙烧联合工艺回收处理，可得到系列高品位氧化铁产品。2、选矿提高烧渣品位，生产高品质氧化铁在200 目以上粒径的烧渣中主要杂质SiO2含量占总量的5%，因此，首先采用简单的分级工艺脱除仅占烧渣总量9%的200 目以上粒径的烧渣，脱除大部分的硅化物杂质，对200 目以下的烧渣细磨至200400 目，脱除炭、硫、硅等杂质，得到铁精矿；或细磨至400 目以下的物料采用超细凝聚反浮选工艺脱除炭、硫、硅等杂质，获得高品质铁化铁，最后进一步细磨和化学处理、氧化焙烧，可获得更高纯度的氧化铁。3、烧渣制取海绵铁和还原铁粉当烧渣铁品位达到50%后，可采用直接还原法生产海绵铁、还原铁粉。直接还原法是铁

11、矿石直接还原成金属铁的一种方法，产品称为直接还原铁或海绵铁。海绵铁95用于炼钢，也用于处理废水。还原铁粉是粉末冶金工业的重要原料，用于制造机械零件，生产摩擦材料，制备高效焊条，在化工中用作还原剂、催化剂的制备等。我国主要以轧钢铁磷生产还原铁粉，还原铁粉质量和产量有限，高品位硫铁矿烧渣制备还原铁粉有巨大的优势。4、烧渣制备硫酸亚铁用硫酸分解烧渣，发生下列反应：用铁或硫铁矿作还原剂，待反应液中无Fe3+ 时停止反应，过滤得硫酸亚铁溶液。过滤后冷却结晶得到绿矾，烧渣生产的绿矾有色金属杂质含量少、质量稳定。5、烧渣制备聚合硫酸铁聚合硫酸铁是一种红褐色液体，无沉淀，属无机高分子化合物。主要用作净水剂，具

12、有脱色、除臭、破乳及污泥脱水等功能。国内一般使用硫酸法钛白生产中副产的硫酸亚铁和硫酸为原料，以水为介质，在催化剂（如氮氧化物）存在条件下，用氧气、空气或臭氧在一定温度、压力下氧化制得。这种生产方法是在气液两相中进行，还原时产生大量的氮氧化物，其与空气接触后产生红棕色NO2 气体，严重污染空气，尾气难于处理且增加了生产成本。5、烧渣制备聚合硫酸铁硫铁矿烧渣制备聚合硫酸铁工艺简单、产品质量稳定、生产成本低。方法：将烧渣溶于浓度为4050%的硫酸溶液中，烧渣溶于硫酸的过程中必须控制好硫酸的用量，然后经分离得到含亚铁的硫酸铁酸浸液，在一定的温度下，加入催化剂进行催化氧化，经过水解、氧化、聚合等系列反应

13、即可合成聚合硫酸铁。6、烧渣制备磁用氧化铁利用烧渣制备磁材用氧化铁主要有碳铵沉淀法和水热法。碳铵沉淀法是将硫铁矿烧渣制备得到的绿矾与碳铵反应制备得到碳酸亚铁，经过过滤、洗涤、干燥、粉碎、高温煅烧得到- Fe2O3，其反应原理为：为了降低产品中Si、Ca、Al、Mn 等杂质的含量，制Fe2O3的工艺过程中需经过净化和除杂。6、烧渣制备磁用氧化铁（水热法）水热法是在烧渣酸浸液中加入氨水，则发生如下反应：6、烧渣制备磁用氧化铁（水热法）由于产物为不定形态胶状沉淀物，控制一定的反应温度、反应时间、n(Fe2+)/n(Fe3+)的摩尔比、pH 为7.0 的条件下，通过升温、加压，使e(OH)3 和Fe(

14、OH)2 胶状沉淀物脱水转化为晶体，所得反应粗产品在800下高温煅烧得到高纯-Fe2O3。水热法制备的- Fe2O3 可用于制备硬磁铁氧体，该技术工艺流程短、反应速度快、无污染。7、烧渣制备氧化铁系列颜料氧化铁颜料主要有铁红、铁黄、铁黑、铁棕。由于铁系颜料具有颜色多、色谱广、无毒、价廉等优点，用途极为广泛，用量极大。颜料的表面状况、形貌、粒径以及成分对颜料的性能如颜色、着色力、吸油量、遮盖力有很大影响。烧渣经过浮选、球磨、煅烧可得到铁红，但是球磨不能从根本上改变烧渣结构及矿物特性，因此这种方法制备得到的是低性能铁红。8、高性能铁红的制备利用烧渣制备得到的绿矾，采用加氨法可制备得到铁红（铁黄）。

15、第一步是制备铁红（铁黄）晶种。氢氧化亚铁氧化成三价铁是一个较为复杂的化学过程，控制不同的酸度、温度和氧化方式，可得到不同颜色、不同晶形的晶种，其原理为：8、高性能铁红的制备第二步是产品的制备。晶种稀释后将pH 值调整为34，加热到8085后通空气氧化，同时滴加硫酸亚铁和氨水，保持pH 值和Fe2+ 浓度，直到产品色光接近标准样品。9、铁黑的制备烧渣经过酸浸、还原制备得到绿矾，将绿矾和氢氧化钠投入反应桶，生成氢氧化亚铁溶胶，控制pH 值，通入蒸气，控制温度为80，同时通入空气进行氧化，反应制得铁黑。烧渣利用小结 硫铁矿为矿产资源，不可再生。硫铁矿制酸，硫得到充分利用；为了提高硫铁矿利用价值和有利

16、于环境保护 ，“硫铁”并举是必经之路。由于硫铁矿烧渣特殊的物理化学性质及矿物特性，铁资源的开发利用有较大的难度。高品位硫铁矿烧渣综合利用前景广阔，可作为我国铁资源的重要补充，是一种二次资源，既解决了环境治理问题，又开发了新的资源。三废处理废气的治理废气的治理 废气的来源废气的来源：硫铁矿制酸生产中产生的废气主要来自二吸塔排出的含SO 2 尾气和原料干燥机排出的含尘尾气。如何治理呢？如何治理呢？1、对于吸收塔排出的含、对于吸收塔排出的含SO 2？2、对于原料干燥机排出的含尘尾气？、对于原料干燥机排出的含尘尾气？废气的治理废气的治理- -吸收塔排出的含吸收塔排出的含SO 2 SO 2 ？ （一）采

17、用更高催化性能的催化剂（一）采用更高催化性能的催化剂铯钒催化剂铯钒催化剂 硫酸生产过程,关键是SO2 经催化氧化成SO3 ,再用水或稀硫酸吸收而制成硫酸。SO3 吸收工艺已经成熟，但SO2借助催化剂氧化成SO3工艺,虽经多年的努力,仍达不到完全的程度,残余SO2 排入大气,造成污染。 由于含铯催化剂低温活性高,可显著提高SO2 转化率,迅速地被国外大多数硫酸企业采用。对我国现有酸厂,增加一段低温含铯触媒层,可使尾气排放的SO2 降至286 mg/ m3 (220 10- 6 ) 。 废气的治理废气的治理- -含尘尾气？含尘尾气？ 增设和改造尾气吸收装置增设和改造尾气吸收装置 传统的工艺流程传统

18、的工艺流程废气的治理废气的治理- -含尘尾气？含尘尾气？ 1、 塔内装的是简易环形喷淋装置，水喷淋不均匀，常出现尾气塔堵塞，影响生产的连续性。 2 、气体与钙石发生的中和反应较慢，很难达到排放标准。 3、 每年需用水1200多m3 ,要用10t 石灰才能将污水中和，造成硫酸生产成本上升。 4、SO2 未得到充分回收利用，造成硫损失。废气的治理废气的治理- -含尘尾气？含尘尾气？ 新型的工艺流程废气的治理废气的治理- -含尘尾气？含尘尾气？ 1、清除原尾气塔内部的钙石，放入适量瓷环，把原喷淋装置改装成螺旋喷淋，解决亚硫酸钠结晶后堵塞问题。 2、 增加一个循环槽，将晶体碳酸钠与水混合成碳酸钠溶液，

19、在槽内搅拌均匀，用泵将溶液输送到尾气塔内进行喷淋。溶液与SO2 气体中和，循环到要求浓度，产出亚硫酸钠成品，输送至成品槽供浮选使用，取代原使用的晶体亚硫酸钠。废气的治理废气的治理- -含尘尾气？含尘尾气？ 3、为达到SO2排放国家标准，需大量投入碳酸钠中和SO2，亚硫酸钠产量过剩，难以贮存。为消除这一问题，工艺中增加了浓硫酸槽、中和槽、反应槽、硫酸钠成品槽、浓缩槽、输送泵等，建成了硫酸钠生产工艺。将浓硫酸与亚硫酸钠混合搅拌均匀，达到要求浓度后产出液体硫酸钠。为方便贮存，又利用蒸汽升温的办法浓缩，把水分蒸发后，生产出晶体硫酸钠，供电锌厂的浸出车间使用。废气的治理废气的治理 改造后效果：改造后效果

20、：1、 每年节约用水1200多m3 ，减少处理污水1200多m3 ，节约石灰10t。2 、得到充分利用，减少了硫损失，生产出来的亚硫酸钠和硫酸钠可供本单位使用，不需外购，降低了硫酸和电锌生产成本，与改造前相比较，每年可创造经济效益6.8 万元。3、 保证了SO2 达标排放，实际平均排放量为525mg/dm3，减少了污染，生态环境得到保护。废水的治理废水的治理 来源：来源：硫铁矿制酸装置工艺过程中产生的酸性废水主要来源于净化系统净化系统, 各工段设备、地坪冲洗水以及矿渣增湿器气体洗涤废水洗涤废水, 脱盐水站离子交换再生时产生的少量酸性废水。 废水的治理废水的治理以硫铁矿和冶炼烟气为原料进行硫酸生

21、产时,炉气含有大量固态及气态有害杂质,必须采用干法和湿法捕集设备来进行净化处理。湿法净化过程会产生一定量的酸性废水,需要外排。目前,绝大部分硫铁矿和冶炼烟气制酸企业采用了稀酸循环洗涤净化工艺,从而大大减少了新鲜水用量,同时也降低了废水排放量。 废水的治理废水的治理 治理：治理：硫酸工业废水处理通常采用中和法,中和法系统的设计,一般分为三个组成部分:中和药剂的制备和投配;中和反应及沉降;污泥处置。 中和硫酸废水的药剂有生石灰、石灰石、电石渣等,最常用的是生石灰。 中和反应根据废水的水质来选定处理工艺：中和反应根据废水的水质来选定处理工艺： 1、当砷含量低于40mg/L 时,可采用一般石灰法： 2、 当砷含量高于40mg/L 低于200mg/L时,采用石灰铁盐法： 3、当砷含量高于200mg/L时,采用石灰氧化法： 4、硫化法废水的治理废水的治理- -净化工段工艺流程净化工段工艺流程 下面介绍一种较先进的已被广泛采用的稀酸稀酸封闭循环生产工艺封闭循环生产工艺 废水的治理废水的治理- -净化工段净化工段 流程为: 30左右的冷却水先进入泡沫塔与二氧化硫气体逆流接触,给二