硫铁矿制酸工艺解读

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第一章概述 (1)

第一节装置概况 (1)

第二节硫酸及硫氧化物的性质 (2)

第三节工艺流程及其控制特点 (14)

第二章硫铁矿制酸主要工艺原理 (23)

第一节沸腾焙烧工艺原理 (23)

第二节炉气净化工艺原理 (31)

第三节三氧化硫吸收工艺原理 (40)

第四节二氧化硫转化的工艺原理 (47)

第五节循环水工艺原理 (50)

第一章概述

第一节装置概况

江西铜业集团化工有限公司老系统硫酸装置设计生产能力为10万吨／年，以德兴铜矿副产硫精矿为原料，采用氧化焙烧，干法除尘，稀酸酸洗净化和两转两吸接触法制酸工艺。

本装置还具有高回收率和低“三废”排放等优点。总硫回收率期望值可达97％（保证值为96.0％以上），工艺流程采用了二转二吸制酸工艺，“3+1”四段转化，提高硫的利用率，使尾气中SO2及硫酸雾的排放指标低于《大气污染物综合排放标准》，净化工段20％稀酸外运到大山厂和泗州厂做为选矿药剂使用，不外排；硫酸钡烧渣是优质铁精矿，直接销售给钢铁厂，达到综合利用的目的。鼓风机噪音采用消声、隔声及不设固定岗位等有效措施。

本装置技术新、可靠性高，采用以下具有成功业绩的最新技术：DCS 控制系统；阳极保护管壳式酸冷器；二吸塔用高效除雾器控制尾气排放带出酸沫等。

现在建设的江西铜业（德兴）60万吨/年硫铁矿循环经济项目一期工程规模为30万吨/年，项目建成后，年产98%工业硫酸25万吨，105%发烟硫酸15万吨，优质铁精粉18.2万吨，余热发电量7800万度。计划于2012年6月竣工投产。

第二节硫酸及硫氧化物的性质

1 硫酸的物理性质

硫酸的分子量为98.078，分子式为H2SO4。从化学意义上讲，是三氧化硫与水的等摩尔化合物，即SO3·H2O。

在工艺技术上，硫酸是指SO3与H2O以任何比例结合的物质，当SO3与H2O的摩尔比≤1时，称为硫酸，它们的摩尔比﹥1时，称为发烟硫酸。

硫酸的浓度有各种不同的表示方法，在工业上通常用质量百分比浓度表示。

硫酸的主要物理性质为：

20℃时密度g/cm3 1.8305

熔点℃10.37+0.05

沸点℃

100% 275+5

98.479%(最高) 326+5

气化潜热(326.1℃时),KJ/mol 50.124

熔解热(100%), KJ/mol 10.726

比热容(25℃), J/(g k)

98.5% 1.412

99.22% 1.405

100.39% 1.394

1.1 外观特性

浓硫酸是无色透明液体，能与水或乙醇混合，暴露在空气中迅速吸收空气中的水份。

发烟硫酸是无色或微有颜色的粘稠状液体，敞口则挥发窒息性三氧化硫烟雾。

1.2化学组成

分子量：98.08

O

分子式：H2SO4‖

分子结构：HO－S －OH

‖

O

1.3密度

100%H2SO4在20℃时的密度为1.8305g/cm3，同一温度下，硫酸溶液的密度首先随它的浓度增加而增加，当浓度达到98.3％时其密度达到最大值。当酸浓由98.3％到100％，随酸浓增大而下降，当为100%浓度时，出现密度的最小值（附表于后）。

发烟硫酸的密度随其中游离的SO3含量的增加而增加，达到62％时密度为最大，以后随SO3含量增加密度减小，直到100%液体SO3。（附表于后）

随着温度的升高，硫酸密度减小、体积增大，硫酸密度于是成为函数变量，其密度与浓度的关系见附表。

表1-1：硫酸溶液的密度（20℃时）

表1-2硫酸密度与温度的关系

图1-1 SO3水溶液在40℃时的密度变化趋势图

密度g/cm3

2.2

2.0

1.8

1.6

1.4

1.2

1.0

0.8

0 20 40 60 80 100 120 40 60 80 100

硫酸浓度％H2SO4。发烟硫酸浓度％SO3游离

1.4粘度

硫酸的粘度随温度的升高而降低。硫酸溶液与发烟硫酸的粘度随其浓度增加而升高，随温度提高而降低。

表1-3 硫酸粘度与温度的关系数据

1.5结晶温度

硫酸溶液的结晶温度随硫酸含量的不同而在一个较大的范围内波动。由于硫酸的结晶湿度随其浓度的不同有很大变化，为储存和运输方便，避免在冬季冻结或结晶，商品硫酸的浓度都规定为结晶浓度低的浓度,如化工公司的主产品硫酸为98%酸，其结晶浓度为-0.7 ℃左右。

1.6 二氧化硫在硫酸及发烟硫酸中的溶解度

二氧化硫在同一浓度的硫酸中其溶解度随温度的升高而降低。在不同浓度的硫酸中随浓度增高而降低，直到硫酸浓度83.3%最低。此后，酸浓增加时，则二氧化硫溶解度又逐渐增加。

表1-5二氧化硫在硫酸及发烟硫酸中的溶解度

1.7 三氧化硫和水混合热

硫酸溶解于水释放的热量称为溶解热。硫酸溶解于水，也可看作被水稀释，从这个意义上讲，这一过程产生的热效应也可称为稀释热。可以利用积分溶解热和微分溶解热计算硫酸稀释过程的热效应。在25℃条件下，将1 kgH2SO4溶解于n kg水中，生成(n＋1)kg浓度为C 的溶液，此过程放出的热量称为C浓度H2SO4的积分溶解热。微分溶解热是指将1kg水加到无限多浓度为C的硫酸中所放出的热量。由于硫酸的数量为无限多，加水后，可以认为其浓度不变。三氧化硫和水混合时，放出热量。此热效应称为三氧化硫和水的混合热。它与

生成硫酸的浓度，混合温度有关。硫酸越稀，混合热越大。混合温度越高，混合热越大。

表1-6 三氧化硫和水的混合热单位：kJ／mol SO3

2硫酸的化学性质

硫酸是一种强酸。作为二元酸，它有中性盐（硫酸盐）和酸式盐（硫酸氢盐）。

硫酸中的硫原子具有最高原子价+6价，由于硫的原子价趋向于降低，所以硫酸具有氧化剂的性质。同时，依还原剂的不同，硫酸可以还原到SO2、S和H2S。根据硫酸浓度的不同，在生成ZnSO4的同时，或者生成SO2，或者S，或者H2S。浓硫酸与碳反应时，碳被氧化为CO2, H2SO4被还原为SO2。H2SO4与元素硫反应时，H2SO4被还原为SO2，元素硫也被氧化为SO2。

稀硫酸中的硫原子通常不具有强烈的氧化性。稀硫酸只能氧化按电动序排列在氢左面的金属。例如，稀硫酸与锌反应，生成硫酸锌和氢。在这个反应中，锌是依靠氢离子的还原而氧化的，不是依靠硫原子价的改变。

浓硫酸的强脱水剂，对于有机物和人的皮肤有强烈的破坏使用。浓硫酸与硝酸混合，组成硝化剂，广泛应用于有机化合物的硝化衍生物，广泛用于炸药、医药、染料和食品等工业生产。