硫酸概述、净化和综合利用

2 余热的回收
焙烧时放出大量的热，炉气温度850~950 C ，若直 接通入净化系统，设备要求高。直接冷却后净化也 是能量的极大浪费。通常设置废热锅炉来回收热量， 或产蒸汽发电或直接推动动力机械作功。
硫铁矿废热锅炉的特殊性：1.含尘量大，不要直接冲 击锅炉管，注意炉管排列间距要大，防止积灰。2. 含S量大，腐蚀性强，注意防止SO3在壁内冷凝。所 以应采用较高压力以提高SO3露点，防止腐蚀。3.防 止炉气泄漏和空气进入炉内。一种沸腾焙烧和废热 回收流程如图。
生产方法
塔式法：直接用SO2,H2O,O2反应生成硫酸。
接触法：SO2
SO3 +H2O
硫酸
接触法主要步骤：
含硫原料
原料气的制备 含二氧化硫炉气
炉气净制
净化炉气
二氧化硫转化
含三氧化硫气体
吸收成酸 硫酸
生产硫酸的原料
硫铁含矿S量：越主高要，成锻份烧是时F放eS热2。越磁多硫。铁两矿种：矿主含要S成量份相为同F时e7，S8。 磁硫铁矿锻烧放热量比普通硫铁矿高30%左右。自然
一般采用二级粉碎，先用腭式压碎机粗碎，再用辊式压 碎机细碎，要求粒度<4mm.
配料 原则：贫富搭配、含煤与不含煤的矿搭配、高砷矿与低
通常采用二段焙烧流程，一段主要脱砷，二段主要烧尽 硫铁矿。
图 3.4
一段焙烧温度控制为900 C ，炉气含20%SO2，经 除尘后与渣同进入二段焙烧。二段温度为800 C ， 出二段炉气SO2含量约10%。
焙烧前矿石原料的预处理和炉气除尘
1 矿石原料的预处理 主要有3步：粉碎、配料、干燥。 粉碎
H>0 H<0 H<0
4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 +8SO2 H= -3411kJ/mol
若氧气不足，还有生成Fe3O4的反应： 3FeS2 + 8O2 = Fe3O4 +6SO2
H= -2435kJ/mol
此外，由于Fe2O3的催化作用，SO2可再氧化成SO3，高 温下盐类分解成金属氧化物，同时再生成各种硫酸盐的 副反应。焙烧阶段生成SO3是有害的，会给后续净化工 序产生很多问题。
2. 减小硫铁矿粒度。可以减小扩散阻力，增加接触面积， 对第三阶段速度增加有利。
3. 增加空气与矿粒的相对运动。
4. 提高入炉空气氧含量。
沸腾焙烧
1 沸腾焙烧炉的结构和操作
典型沸腾焙烧炉结构如图。下 部为沸腾区，中部为扩散区， 上部为焙烧空间。沸腾区耐火 砖较厚。而上部耐火砖较薄， 这是为了减小炉内与钢壁的温 度差，减小二氧化硫在壁上凝 结，从而减小腐蚀。沸腾焙烧 的空气流速是重要因素，操作 速度范围应在uf<u<ut之间。上 部面积大是为了降低流速，增 加沉降机会。
硫 酸概述、净化和综合 利用
概述 从硫铁矿制二氧化硫炉气 炉气的净化与干燥 二氧化硫的催化氧化 三氧化硫的吸收 三废治理与综合利用
概述
硫酸是重要的基本化学工业原料。在化肥、冶金、国防、有 机合成、石油炼制等工业都有广泛用途。
硫酸的性质
硫酸与水的二组分体系最高恒沸点组成为98.4%。硫酸浓度 可大于100％，称为发烟硫酸，其中含溶解在100％硫酸 中的游离SO3。
开采的硫铁矿都含有很多杂质，使矿呈灰、褐、黄铜 等不同颜色。通常含硫量只有30%~50%。
硫磺：使用天然硫磺生产硫酸最好，但我国矿少。
其它原料：硫酸盐、冶炼烟气、含硫工业废料等。
从硫铁矿制二氧化硫炉气
硫铁矿的焙烧
1 硫铁矿的焙烧反应
2FeS2 = 2FeS + S2 S2 + O2 = SO2 4FeS + 7O2 = 2Fe2O3 +4SO2 上述反应的总反应式：
4 脱砷焙烧
脱砷焙烧主要用于含砷量大的硫铁矿。 除了主要反应外，还发生下列反应：
4FeAsS = 4FeS + As4 4FeAsS + 4FeS2 = 8FeS + As4S4
As4 + 3O2 = 2As2O3 若炉气中氧气过多，会发生以下反应
As2O3 + O2 = As2O5 As2O5 + Fe2O3 = 2FeAsO4 所以脱砷焙烧要求低氧高二氧化硫。
1 氧化焙烧 氧过量，使硫铁矿完全氧化，主要反应为
4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2
焙烧过程为：
硫铁矿＋空气
沸腾焙烧炉 废热锅炉
电除尘 炉气去精制
旋风除尘
炉床温度约 炉底压力 出炉气SO2
800~850 C 炉顶温度 900~950 C 10-15kPa 13%~13.5%
2 磁性焙烧 控制进氧量，使过量氧较少，反应为
源自文库 3.3
3 沸腾焙烧炉的特点 生产强度大 硫的烧出率高 传热系数高 产生的炉气二氧化硫浓度高 适用的原料范围广 结构简单、维修方便 不足： 炉尘量大，炉尘占总烧渣的60%-70%，除尘净化
系统负荷大。
需将硫铁矿粉碎至较小粒度，需高压鼓风机，动力 消耗大。
几种焙烧方法
焙烧方法主要由硫铁矿成份和渣的处理方式决定。一般硫铁 矿多采用氧化焙烧。
3FeS2+8O2 = Fe3O4 + 6SO2 3Fe7S8 +38O2 = 7Fe3O4 + 24SO2 焙烧后使渣中主要为磁性铁，以作炼铁的原料。
特点：炉气中二氧化硫含量高，三氧化硫含量低，低品位硫 铁矿也可得到较好的炼铁原料。其焙烧温度约900C左右。 3 硫酸化焙烧 控制焙烧条件，使钴铜镍等金属生成硫酸盐，然后用水或稀 硫酸浸取焙烧物，分离出硫酸盐，从而获得某种金属。控制 条件：温度(600-700 C), 空气过剩量1.5-2.0%, 获得SO3组成 较高。
2 硫铁矿焙烧的焙烧速度
硫铁矿焙烧是非均相反应，反应平衡常数很大，通常认 为可进行到底。所以生产中关键是反应速度决定了生产 能力。焙烧反应的反应速率与温度的关系如图。
在460~560 C范围为第一阶
段，斜率大，活化能大。温
度升高，反应速率增加很快。
化学反应动力学控制。
lgk
441 560 1/T 727 977
560720C范围为过渡阶段，反应速度受温度影响较 小。> 720C为第三阶段，反应速度随温度升高再增 加，但增加幅度小。
实验证明，焙烧反应第三阶段活化能较小，受氧的扩 散控制。
提高焙烧速率的途径：
1. 提高操作温度。但不宜太高，温度太高会使炉内结疤， 焙烧反而不能顺利进行。通常温度范围为850950C.