铅锌冶炼烟气制酸转化工艺流程

铅锌冶炼烟气制酸转化工艺流程

刘世聪

摘要：本文主要介绍了铅锌冶炼烟气制酸转化工序的工艺流程，并讨论了为实现两转两吸制酸的自热平衡，该制酸装置该采用怎样的技术和措施。

关键词：铅锌冶炼烟气；制酸；自然平衡；工艺流程；

1 引言

1.1 二氧化硫的性质及危害

二氧化硫是无色气体。有强烈刺激性气味。分子式SO2。分子量64.07。相对密度 2.264(0℃)。熔点-72.7℃。沸点-10℃。蒸气压338.32kPa(2538mmHg 21.11℃)。在水中溶解度8.5%(25℃)。易溶于甲醇和乙醇; 溶于硫酸、乙酸、氯仿和乙醚等。潮湿时,对金属有腐蚀作用。

二氧化硫是是大气中一种主要的气态污染物（形成酸雨的根源），燃烧煤或燃料、油类时均产生相当多的SO2。还有二氧化硫的空气不仅对人类（最大允许浓度5 mg/L）及动、植物有害，还会腐蚀建筑物，金属制品、损坏油漆颜料、织物和皮革等。目前如何将SO2对环境的危害减小到最低限度已引起人们的普遍关注[1]。

1.2 铅锌冶炼烟气产生和处理

铅锌冶炼烟气及其污染物的产生随冶炼过程和原材料种类不同而有很大差异。按其含硫与不含硫可分为两大类：一类为含硫烟气，除含有一般物质燃烧生成的正常组分外，主要含有二氧化硫和三氧化硫；另一类为不含硫烟气，主要含有二氧化碳、一氧化碳、氮气等。目前，在各铅锌冶金炉窑之后根据不同情况几乎全都采用不同的收尘方法，设置了收尘装置回收烟尘；同时，对含硫烟气也进行了不同程度的净化和利用。对于不含硫烟气，多采用借助外力作用的分离法，将气溶胶污染物从烟气中分离出来；而对于含硫烟气，除分离其中的气溶胶污染物外，烟气还应采取转化法制取硫酸，以回收其中的硫。我厂采用处理进口矿，而进口矿进口矿产地不一，化学成分复杂，粒度两极分化严重，进而会产生大量

的烟气。

铅鼓风炉熔炼烟气中含硫氧化物(SOχ)可达0．05％～0．5％，按环保要求必须处理后才能排放。我厂由于采用109m2沸腾焙烧炉强化了熔炼过程，烟气中的含尘量、烟气温度和二氧化硫浓度都比较高，出炉烟气温度可达1300℃，烟气含尘量高达250 g／m3，二氧化硫浓度达8％～9％，烟气可直接制酸。采用余热锅炉降温并回收其中的余热，收尘装置采用涡旋收尘、电除尘器。然后通过排烟机送至硫酸车间制酸。

1.3 硫酸生产史上的方法

在硫酸生产历史上,出现过三种生产方法,即塔式法、铅室法和接触法。

(1)塔式法和铅式法是古老的生产方法。在中间装填瓷圈的塔型结构的设备或中空的铅室中进行,所用催化剂是二氧化氮,氧化过程可用下列反应式表示: SO2＋NO2＋H2O＝H2SO4＋NO

SO2＋N2O3＋H2O＝H2SO4＋２NO

2NO＋O2＝2NO2

NO2＋NO＝N２O３

由此制得的硫酸浓度只有65%～75%,仅用作生产肥料(如过磷酸钙等),工业应用因浓度不高而受到限制。而且含硝化物硫酸对设备的腐蚀相当严重。

(2)接触法在20世纪50年代后建厂,现在基本上取代了塔式法和铅室法。该法是将焙烧制得的SO2与固体催化剂(开始是铂,后改用V2O5,现为含铯钒催化剂)接触,在焙烧炉气中剩余氧的参与下(通常还需配入适当空气或富氧以控制

O2/SO2值恒定),SO2被氧化成SO3,后者与水作用可制得浓硫酸(98.5%)和发烟硫酸(含游离SO3 20%左右)。

2 接触法制酸的工艺流程

2.1 接触法生产硫酸经过以下四个工序

a 焙烧矿石(或硫磺)制备SO2化学反应式如下:

2ZnS＋3O2＝2ZnO＋2SO2↑(锌精矿焙烧)

S＋O2→SO2↑(硫磺焙烧)

b 炉气精制目的是除去各种杂质,如三氧化二砷、二氧化硒、氟化氢、矿尘、水蒸气和酸雾等。其中三氧化二砷使钒催化剂中毒和催化剂中的钒逃逸,二

氧化硒使钒催化剂中毒和使成品酸带色,氟化氢(由SiF4水解产生)则会腐蚀设备。它们在低温下(30～60℃)很容易用水或酸洗涤炉气而除去。

c 转化精制后的炉气,借助钒催化剂,利用炉气中剩余的氧气(或补充少许空气)将二氧化硫氧化为三氧化硫。通常,SO2的转化率可达99%以上。

d 吸收用硫酸(浓度为98.5%)吸收三氧化硫制得商品级浓硫酸或发烟硫酸。用浓硫酸吸收比用水吸收SO3更容易,而且不会产生酸雾(一种悬浮在气流中的含酸微小水滴)。若工厂需生产工业级(98.5%)硫酸,只需将吸收后的浓硫酸加水稀释到98.5%,一部分用作吸收剂返回吸收塔,一部分作商品出售。若生产发烟硫酸(硫酸浓度104.5%,含游离SO320%),则将SO3气先通入发烟硫酸塔,用浓硫酸吸收,达到产品所需求的游离SO3量后,排出作产品出售,吸收尾气再送去制98.5%浓硫酸。

2.2 转化系统工艺流程

3 结语

该硫酸装置运行多年来，虽然烟气浓度有所波动，但转化系统仍能维持自热平衡，转化率长期稳定在99．6％左右。为了实现两转两吸制酸的自热平衡，该制酸装置应采用如下的技术和措施[2]。

a．采用高温吸收技术，将一吸循环酸温度提高到95℃，以使进二次转化的烟气温度提高到100℃，减少一吸过程中烟气的热量损失，提高系统自热平衡能

力。干吸工序选用RAC1—1铸铁合金管道和高温浓酸循环泵，以适应高温吸收工艺。

b．采用内蓄热式转化器，提高转化器的蓄热能力和热稳定性(停车14 h，一段温降最高为28℃；二段最小，仅有l℃)，以适应气量和浓度的波动。内蓄热式转化器的主要结构特点是采用耐火砖球拱作为每层隔板以支撑柱梁框架，柱梁框架上放置箅子板及催化剂。这种结构使得转化器内件与简体之间全部由耐火砖相隔离，因而具有良好的隔热性，减小了热损失和热应变量。

c．转化器四段采用VK38催化剂，确保转化率在99．5％以上。

d．采用高效空心环管网支撑缩放管换热器，减少系统阻力损失，并有利于转化系统的温度调节。

参考文献

[1] 北京师范大学. 无机化学（下册）. 北京, 高等教育出版社, 2006, 500~501.

[2]朱秉彦，魏世发．铅锌烧结机烟气两转两吸制酸装置的设计与试生产总结[J]．硫酸工业，2001(4)：2O～23