專利名稱：熱再生廢酸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱再生廢酸的方法，該廢酸是洗滌在高溫冶煉生產(chǎn)金屬過(guò)程中所產(chǎn)生的含二氧化硫的廢氣時(shí)形成的。根據(jù)該方法，該廢酸被濃縮并給送到一級(jí)熔煉爐的氣體空間內(nèi)，其中熱再生該廢酸所需要的能量來(lái)自熔煉過(guò)程中所產(chǎn)生煙氣的熱容量。
硫化礦和精礦熔煉過(guò)程中所產(chǎn)生的煙氣主要含有二氧化硫、重金屬、砷、鹵素和其他化合物。由于廢氣內(nèi)氧含量高時(shí)導(dǎo)致三氧化硫生成量增加并進(jìn)一步造成洗滌氣體中產(chǎn)生廢酸，所以重要的是上述精礦盡可能完全燃燒并且在熔煉過(guò)程中所產(chǎn)生廢氣的氧含量盡可能低?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，灰塵，尤其是含銅灰塵，能催化SO3的形成。SO3很可能是在廢熱鍋爐內(nèi)生成的，為了避免這種情況發(fā)生，必須使廢氣的氧含量低并且廢空氣的數(shù)量盡可能小。
所產(chǎn)生氣體的洗滌可分為干式分離法和濕式分離法。干式分離法是通過(guò)一個(gè)熔煉爐實(shí)現(xiàn)的，其中由爐體氣體空間排出的廢氣一般首先進(jìn)入一個(gè)廢熱鍋爐以回收氣體的熱含量。然后該氣體進(jìn)入一個(gè)電除塵器。氣體中所含有的很大比例的重金屬化合物，除了汞及其化合物之外，業(yè)已通過(guò)冷卻分離。所產(chǎn)生的氣體常常用來(lái)生產(chǎn)硫酸，這種情況下，在硫酸廠、洗滌器、洗滌塔和濕式電除塵器內(nèi)進(jìn)行氣體的濕式分離。
氣體濕式洗滌的目的是通過(guò)直接水冷進(jìn)一步把所說(shuō)的氣體冷卻到一個(gè)適宜的溫度，并從氣體中分離出固體和揮發(fā)性雜質(zhì)，例如重金屬、鹵素、砷和硒。利用濕式洗滌，當(dāng)SO3與水接觸時(shí)也能把SO3從氣體中分離出來(lái)成為廢酸。所產(chǎn)生廢酸的數(shù)量在給送到濕式洗滌內(nèi)的二氧化硫數(shù)量的2～4％數(shù)量級(jí)，其H2SO4含量在10～30％的數(shù)量級(jí)。
由于廢酸內(nèi)含有廢氣中的重金屬和砷，故據(jù)認(rèn)為它是一種有害廢物。如果該廢酸不能給送到任何其他工藝，例如生產(chǎn)鋅或者化肥，或者礦物濃縮，則一般用石灰中和該廢酸并引入池塘，然而廢酸中和以及石膏貯存的方法對(duì)于處理廢酸問(wèn)題來(lái)說(shuō)很昂貴。即使該措施也進(jìn)而受到新的更嚴(yán)格的環(huán)保要求的限制。
一種用來(lái)處理廢酸的方法是在特別專門(mén)建造的單獨(dú)爐體內(nèi)進(jìn)行廢酸再生。這種方法不但特別適用于化學(xué)工程，而且適用于冶金工業(yè)。Sander,U．和Daradimos,G．發(fā)表在“化學(xué)工程進(jìn)展”(1978),74,p57～67的文章“再生廢酸”描述了這種方法。該文章認(rèn)為把廢酸再生為二氧化硫和水是一個(gè)巨大的吸熱反應(yīng)，該反應(yīng)所需的能量為至少275KJ/mol，并且在1000℃以上的溫度下進(jìn)行最好。利用一些燃料把再生爐內(nèi)的溫度升高到一個(gè)充足的水平。該文章也認(rèn)為最好在燃燒之前把廢酸濃縮到H2SO4含量為70％。
根據(jù)本發(fā)明的方法，把要從硫化礦或精礦熔煉過(guò)程所產(chǎn)生廢氣中分離的廢酸濃縮并給送回到一級(jí)熔煉爐內(nèi)進(jìn)入該熔煉爐的氣體空間，在這里它根據(jù)下述反應(yīng)再生為二氧化硫、水和氧氣
從該方程可看出，廢酸被再生為二氧化硫、水和氧氣。這時(shí)廢酸再生中生成的二氧化硫和其余二氧化硫一起回收以便制備硫酸或者單質(zhì)硫。
該方法的一個(gè)基本特征是廢酸被給送到一級(jí)熔煉爐的氣體空間內(nèi)，這種情況下可利用廢氣的高熱容量。當(dāng)廢酸被給送到一級(jí)熔煉爐的氣體空間內(nèi)時(shí)，廢氣的溫度很高，通常在1000～1600℃的數(shù)量級(jí)(該廢氣從氣體空間進(jìn)一步被排放到廢熱鍋爐內(nèi))。廢酸返回到廢氣內(nèi)能降低廢氣的溫度，由于更低的溫度能延長(zhǎng)鍋爐的使用壽命并降低鍋爐應(yīng)變，故從廢熱鍋爐的角度來(lái)看溫度降低是有利的。術(shù)語(yǔ)“一級(jí)熔煉爐”是指硫化礦或精礦被給送到的熔煉爐。例如在熔煉銅鎳精礦時(shí)，一級(jí)熔煉爐是一種懸浮熔煉爐例如一種閃速熔煉爐、一種反射爐或一種轉(zhuǎn)爐。在懸浮熔煉爐中，廢酸有利地被給送到上升煙道內(nèi)，通過(guò)上升煙道把熱廢氣排放到廢熱鍋爐中，然而廢氣也可給送到下一級(jí)熔煉爐的氣體空間內(nèi)，或者在偶爾情況下甚至給送到反應(yīng)豎爐內(nèi)。本發(fā)明基本的新穎特征通過(guò)所附權(quán)利要求書(shū)更顯而易見(jiàn)。
一般認(rèn)為如果廢酸被給送到熔煉爐的氣體空間本身(在這里精礦和氧氣反應(yīng))內(nèi)，則廢酸再生所需的能量應(yīng)單獨(dú)供給到熔煉爐內(nèi)，因?yàn)槔玢~鎳精礦的熱容量在精礦與氧氣的反應(yīng)中被消耗掉，不足以用來(lái)再生廢酸。在精礦熱容量高的特殊情況下，可以把濃縮廢酸給送到反應(yīng)豎爐內(nèi)，該情況下可顯著提高所產(chǎn)生工業(yè)廢氣內(nèi)的富氧程度。這種情況能降低從懸浮熔煉爐排放的氣體數(shù)量，并提高由廢熱鍋爐和氣體洗滌設(shè)備的銅生產(chǎn)所決定的容量。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，由于在較低的溫度下?tīng)t喉內(nèi)積聚的灰塵數(shù)量可保持更少，故把廢酸給送到一級(jí)爐-熔煉爐-的氣體空間內(nèi)可產(chǎn)生有利的結(jié)果，即連接熔煉爐與廢熱鍋爐的風(fēng)道或者說(shuō)爐喉比以前更干凈。實(shí)驗(yàn)證明廢酸給送到氣體空間內(nèi)可以把進(jìn)入鍋爐的氣體溫度平均降低30～100℃。由于溫度降低而造成的唯一缺點(diǎn)是廢熱鍋爐內(nèi)所產(chǎn)生的蒸汽量變小，即減小量對(duì)應(yīng)于溫度的降低，但通過(guò)該方法所達(dá)到的優(yōu)點(diǎn)數(shù)倍于所說(shuō)的缺點(diǎn)。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，幾乎所有的廢酸都在氣體空間溫度下再生，故把廢酸給送到廢氣內(nèi)并沒(méi)有提高鍋爐內(nèi)所產(chǎn)生的SO3數(shù)量。
下文參閱附

圖1進(jìn)一步描述本發(fā)明，其中一級(jí)熔煉爐1是一種懸浮熔煉爐，緊隨其后連接有廢熱鍋爐2和一個(gè)電除塵器3。精礦、反應(yīng)氣體和所需的補(bǔ)充材料給送到反應(yīng)豎爐4內(nèi)，熔融顆粒由反應(yīng)豎爐落到下一級(jí)熔煉爐5內(nèi)。廢氣和煙塵通過(guò)上升煙道排放到廢熱鍋爐。根據(jù)該圖所示的布置，濃縮廢酸沿箭頭7的方向給送到一級(jí)熔煉爐的氣體空間內(nèi)，該情況下是給送到懸浮熔煉爐的上升煙道6頂部，在這里它根據(jù)如上所述的反應(yīng)立即再生。
在現(xiàn)有技術(shù)的描述中業(yè)已指出，廢酸在給送到熔煉爐氣體空間之前首先進(jìn)行濃縮是有利的。一般地，實(shí)施廢酸濃縮的工藝為，首先通過(guò)間接真空蒸發(fā)法蒸發(fā)該廢酸，使廢酸濃度達(dá)到約50％，然后通過(guò)直接浸沒(méi)蒸發(fā)法達(dá)到所要的廢酸濃度70～80％。在濃縮過(guò)程中，廢酸內(nèi)所含的鹵素和砷被蒸發(fā)到廢氣中并從廢氣被洗滌成為冷凝物，廢酸內(nèi)所含的重金屬(Cu、Zn和Cd)硫酸鹽以一水合物的形式析出。從沉淀池把廢酸以金屬硫酸鹽晶體上面的溢液形式排出，其中要再生的廢酸已除掉大部分雜質(zhì)。濃縮廢酸中的重金屬總量在每升幾克的數(shù)量級(jí)，鹵素含量在每升幾十毫克的數(shù)量級(jí)。
濃縮廢酸中所含的重金屬和鹵素在循環(huán)中仍存留，但它們只稍微提高了從熔煉爐進(jìn)入氣體洗滌的廢氣和煙塵內(nèi)的雜質(zhì)水平。如果煙塵不給送到熔煉爐而是單獨(dú)處理，就要有重金屬和砷的單獨(dú)排放途徑。在其他情況下，金屬硫酸鹽一水合物晶體泥糊及其母液可作為重金屬的排放途徑并作為部分砷的排放途徑，蒸發(fā)冷凝物可作為鹵素和其余砷的排放途徑。重金屬(Cu、Zn和Cd等)硫酸鹽晶體泥糊可以例如用作電解鋅過(guò)程中的原材料。
下文參閱實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明，其中在銅閃速熔煉爐和鎳閃速熔煉爐運(yùn)行的生產(chǎn)規(guī)模試驗(yàn)中對(duì)廢酸熱再生進(jìn)行研究。然而，該方法也適用于其它金屬的熔煉過(guò)程，例如高溫熔煉鋅。
實(shí)施例1把濃縮廢酸(72％H2SO4)以整個(gè)熔煉爐的廢酸生成速率即約20升/min給送到銅閃速熔煉爐的上升煙道內(nèi)。通過(guò)耐酸噴嘴利用壓縮空氣分散把該廢酸以細(xì)霧的形式噴進(jìn)閃速熔煉爐的上升煙道。廢酸壓力為5巴，噴射空氣壓力為3巴。試驗(yàn)進(jìn)行4小時(shí)。閃速熔煉爐的進(jìn)料速度為80噸/小時(shí)，進(jìn)入廢熱鍋爐的廢氣流量為約20000Nm3/h。在鍋爐后面相連的電除塵器之后測(cè)量氣體的SO3含量。鍋爐內(nèi)的氣體溫度降低約25℃。SO3的再生率為90％。
實(shí)施例2對(duì)鎳閃速熔煉爐進(jìn)行上述類似試驗(yàn)布置。試驗(yàn)進(jìn)行約55小時(shí)。閃速熔煉爐的進(jìn)料速度為25噸/小時(shí)，進(jìn)入廢熱鍋爐的廢氣流量為約12000Nm3/h。在鍋爐后面相連的電除塵器之后測(cè)量氣體的SO3含量。鍋爐內(nèi)的氣體溫度降低約60℃。
試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。
從上述實(shí)施例的試驗(yàn)結(jié)果可明顯看到，在廢酸的給送過(guò)程中SO3含量沒(méi)有顯著增大；如果廢酸沒(méi)有再生，則將導(dǎo)致在電除塵器之后測(cè)量的從銅閃速熔煉爐排出的廢氣中SO3含量增加約50g/Nm3，從鎳閃速熔煉爐排出的廢氣中SO3含量增加約60g/Nm3。
從技術(shù)角度來(lái)講，廢酸噴入閃速熔煉爐上升煙道內(nèi)的給送實(shí)施平穩(wěn)，噴嘴內(nèi)沒(méi)有檢測(cè)到磨損或者腐蝕的跡象。
權(quán)利要求
1一種熱再生廢酸的方法，所說(shuō)的廢酸是洗滌在高溫冶煉生產(chǎn)金屬過(guò)程中所產(chǎn)生的含二氧化硫的廢氣時(shí)形成的，使所說(shuō)的廢酸被濃縮并且在廢酸再生之前除掉廢酸中所含有的大部分重金屬、鹵素和砷，該方法的特征在于通過(guò)把所說(shuō)的廢酸給送到一級(jí)熔煉爐的氣體空間內(nèi)而實(shí)現(xiàn)該廢酸的熱再生。
2根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于該一級(jí)熔煉爐是一種懸浮熔煉爐。
3根據(jù)權(quán)利要求1和2的方法，其特征在于該廢酸給送到所說(shuō)的懸浮熔煉爐的上升煙道內(nèi)。
4根據(jù)權(quán)利要求1和2的方法，其特征在于該廢酸給送到懸浮熔煉爐下部爐的氣體空間內(nèi)。
5根據(jù)權(quán)利要求1和2的方法，其特征在于該廢酸給送到所說(shuō)的懸浮熔煉爐的反應(yīng)豎爐內(nèi)。
6根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于該一級(jí)熔煉爐是一種閃速熔煉爐。
7根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于該一級(jí)熔煉爐是一種反射爐。
8根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于該一級(jí)熔煉爐是一種轉(zhuǎn)爐。
9根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于該廢酸被濃縮到H2SO4含量為70～80％。
10根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于廢酸再生所需的能量來(lái)自熔煉過(guò)程中所產(chǎn)生煙氣的熱容量。
11根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于該一級(jí)熔煉爐內(nèi)的溫度為1000～1600℃。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種熱再生廢酸的方法,所說(shuō)的廢酸是洗滌在高溫冶煉生產(chǎn)金屬過(guò)程中所產(chǎn)生的含二氧化硫廢氣時(shí)形成的。根據(jù)該方法,該廢酸被濃縮并給送到一級(jí)熔煉爐的氣體空間內(nèi),從而該廢酸熱再生所需要的能量來(lái)自熔煉過(guò)程中所產(chǎn)生煙氣的熱容量。
文檔編號(hào)C01B17/90GK1223168SQ9812308
公開(kāi)日1999年7月21日 申請(qǐng)日期1998年12月9日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月9日
發(fā)明者J·潑加偉, A·加洛恩, J·霍爾米, J·奧杰拉 申請(qǐng)人:奧托庫(kù)姆普聯(lián)合股份公司