CN103693670A - 二水硫酸钙的生产方法及其生产装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种二水硫酸钙的生产方法及装置，其将含废硫酸的酸液与含氢氧化钙的碱液混合，加入中和池、在旋桨的充分搅拌下进行中和结晶，控制加入的酸液中硫酸浓度、及加入的碱液中氢氧化钙的浓度都在0.05-0.4mol/L范围，同时，控制中和池中混合液体的pH值为中性、及控制中和池中混合液体的留池时间在20分钟--2小时；中和结晶后的混合液体，通过中和池后段的下部所设的出液口，输出作过滤除水。本发明由控制液相酸碱的中和条件、使生成更有利于后续过滤的片状晶体、并保持晶体以片状形式长大，从而为后续过滤提供能有效减少滤后含水率的片晶，既能提高过滤效率、降低烘干成本，还能进一步降低运输成本，提高运输效率，有力促进再生资源的循环再利用。

Description

二水硫酸钙的生产方法及其生产装置

技术领域

本发明涉及工业废硫酸液体的循环回收方法及设备，更具体地说，本发明尤其涉及一种采用中和结晶工艺循环回收工业废硫酸液体的方法及设备。

背景技术

一些生产企业会排出含有较高浓度硫酸和较低浓度盐酸和金属离子的废液。与处理磷酸厂的废酸产生废渣的过程相似，工业废硫酸液体经过中和处理，也生产出大量的硫酸钙（石膏）废渣。随着国家深入推行可持续发展的国策，环保意识在广大公民中引起的高度重视，有关环境保护、资源再生及工业废品废料的循环再利用等课题得到了全面重视和广泛展开，此方面很多成果已经用于生产并获得了很好的经济效益和环境效益。其中包括对二水硫酸钙（石膏）的开发利用也越来越广泛，例如磷石膏，氟石膏，脱硫石膏等资源再生产品已经摆脱填埋的方式，开始得到再利用。这些石膏再利用方法中较为简单方便、且需求量大的是做为水泥中的缓凝剂。

与磷酸厂副产石膏废渣类似，工业废硫酸液体传统的中和处理所得石膏基本都带水分，水含量可高达40%，并且晶体较小，不利于烘干。由于副产品价值较低，出厂前的水分含量高导致石膏纯度低、运输成本高的问题，在没有低成本余热进行烘干处理的情况下，上述问题直接影响到再生资源的有效循环再利用，也难以解决环境污染问题。

发明内容

针对现有技术的上述缺点，本发明的目的是要提供一种二水硫酸钙的生产方法及其生产装置，其具有如下优点：由控制液相酸碱的中和条件、使生成更有利于后续过滤的片状晶体、并保持晶体以片状形式长大，从而为后续过滤提供能有效减少滤后含水率的片晶，既能提高过滤效率、降低烘干成本，还能进一步降低运输成本，提高运输效率，有力促进再生资源的循环再利用。

为此，本发明的技术解决方案之一是一种二水硫酸钙的生产方法，其将含废硫酸的酸液与含氢氧化钙的碱液混合，通过中和反应生成二水硫酸钙，而所述酸液与碱液都加入中和池、在旋桨的充分搅拌下进行中和结晶，控制加入的酸液中硫酸浓度、及加入的碱液中氢氧化钙的浓度都在0.05-0.4mol/L范围，同时，控制中和池中混合液体的pH值为中性、及控制中和池中混合液体的留池时间在20分钟--2小时；中和结晶后的混合液体，通过中和池后段的下部所设的出液口，输出作过滤除水。

本发明人独特地意识到：控制液相酸碱的中和条件，可以有效控制石膏结晶过程中晶体的形状及大小，进而可以控制过滤后石膏的含水率；而且如果能够得到大尺寸石膏晶片，石膏就易于过滤除水，可使过滤后的附着水含量保持在较低水平，从而有望大幅降低运输的成本、降低工业废硫酸液体处理的成本，有效减少环境污染。因此，本发明二水硫酸钙的生产方法，包括控制加入中和池的酸液中硫酸浓度、及加入的碱液中氢氧化钙的浓度都处在适当低值范围、且保持中和池中混合液体pH值为中性的情况下，实施中和结晶反应；加之采用旋桨实施充分搅拌，并且采用中和池后段的下部的阻尼式出液口控制出液流速，使得混合液体在池中停留20分钟--2小时，让已生成晶体可充裕地接受旋桨充分搅拌均匀的混合液体中不断产生的晶粒，以生成更有利于后续过滤的片状晶体、并保持晶体以片状形式持续长大，从而为后续过滤分离提供能有效减少滤后含水率的片晶物料，总之，本发明方法能为后续过滤提供能有效减少滤后含水率的片晶，既能提高过滤效率、降低烘干成本，还能进一步降低运输成本，提高运输效率，从而有力促进再生资源的循环再利用。

为进一步提高晶体片状率、减少片晶物料的滤后含水率，本发明二水硫酸钙生产方法包括如下工艺条件改进：

控制进入中和池的酸液中硫酸的实时浓度及碱液中氢氧化钙的实时浓度都在0.15-0.3mol/L范围。

为进一步调控中和池中混合液体的浓度均匀性、增加片晶含量，本发明二水硫酸钙生产方法包括如下工艺条件改进：

所述生产方法控制所述中和池中混合液体流向所述出液口的水平流速为0.05-0.5m/s。

所述生产方法控制所述后段处的混合液体还部分地回流到中和池的前段，该回流量为进液总量的1-30%。

相应地，本发明的另一技术解决方案是一种如上所述二水硫酸钙的生产方法采用的生产装置，其包括容纳所述酸液的混酸池、容纳氢氧化钙溶液的碱液池、中和结晶用的中和池，混酸池出口连接有向中和池输送酸液的酸液泵，碱液池出口连接有向中和池输送碱液的碱液泵，而且：

所述中和池前段上部双侧设有交错排布的酸液导流槽、碱液导流槽，所述酸液泵、碱液泵的出口分别连通各自的导流槽，在酸液导流槽、碱液导流槽底部规律分布有2根以上竖直深入池中的喷淋管，喷淋管周边自上而下开设有2个以上喷淋孔；酸液与碱液喷淋管之间也双侧排列地设有搅拌用的旋桨；中和池后段的下部设有出液口，该出液口连通后续的沉淀池；

所述生产装置还包括探测所述中和池中酸碱度的pH仪P1、控制碱液泵的变频器A1、处理器；该pH仪P1的输出端连接处理器的相应输入端，所述处理器的相应输出端连接该变频器A1的受控端，而变频器A1的控制端连接所述碱液泵的电源电路。

（本申请所述器件相应接口或相应端口是表示：该器件具有2以上多个接口或端口；而与某功能电路连接的该器件的某接口或端口，即为与该功能电路相对应的该器件的相应接口或相应端口。）

本发明二水硫酸钙的生产装置，采用探测中和池中酸碱度的pH仪P1、控制碱液泵的变频器A1、处理器三者构成的自动控制环路，从而有效控制加入中和池的酸液中硫酸浓度、及加入的碱液中氢氧化钙的浓度都处在适当低值范围、且保持中和池中混合液体pH值为中性的情况下，实施中和结晶反应。加之采用酸液导流槽、碱液导流槽、以及导流槽底部的喷淋管、搅拌旋桨获得充分混匀，以中和池后段的下部的阻尼式出液口结构控制出液流速，使得混合液体在池中停留足够时间，让已生成晶体可充裕地接受旋桨充分搅拌均匀的混合液体中不断产生的晶粒，以生成更有利于后续过滤的片状晶体、并保持晶体以片状形式持续长大，从而为后续过滤分离提供能有效减少滤后含水率的片晶物料；因此，本发明装置能为后续过滤提供能有效减少滤后含水率的片晶，既能提高过滤效率、降低烘干成本，还能进一步降低运输成本，提高运输效率，从而有力促进再生资源的循环再利用，有效减少环境污染。

为进一步提前有效控制进入中和池的酸液碱液的实时浓度，提高晶体片状率、减少片晶物料的滤后含水率，本发明二水硫酸钙生产装置包括如下结构改进：

所述生产装置还包括探测所述混酸池中酸碱度的pH仪P2、控制酸液泵的变频器A2；该pH仪P2输出端连接所述处理器的相应输入端，而处理器的相应输出端连接所述变频器A2的受控端，变频器A2的控制端连接所述酸液泵的电源电路。

为进一步控制进入中和池的酸液碱液的均匀程度，提高晶体片状率、减少片晶物料的滤后含水率，本发明二水硫酸钙生产装置包括如下结构改进：

所述生产装置还包括连接在所述酸液泵输出管路中的流量传感器、连接在中和池后段向其前段输送混合液体的回流泵、控制回流泵的变频器A3；该流量传感器的输出端连接所述处理器的相应输入端，该变频器A3的受控端连接所述处理器相应输出端，该变频器A3的控制端连接回流泵的电源电路。

为进一步提高中和池、沉淀池的沉淀分离的自动性、连贯性和整体性，提高沉淀分离效率，本发明二水硫酸钙生产装置包括如下结构改进：

所述生产装置还包括吸入口深入所述沉淀池中的料浆泵、控制该料浆泵的变频器A4、压滤机、设在压滤机上的压力传感器；料浆泵出口连接该压滤机入口，压滤机的压力传感器输出端连接所述处理器相应输入端，该变频器A4的受控端连接所述处理器相应输出端，该变频器A4的控制端连接料浆泵的电源电路。

为进一步提高中和池、沉淀池之间的阻尼结构合理性，提高晶体片状率、减少片晶物料的滤后含水率，本发明二水硫酸钙生产装置包括如下结构改进：

所述中和池后段出液口的过水截面积不大于其所在立面面积的10%，出液口位置不超过其所在立面高度的15%。

生产装置还包括连接在所述混酸池入口上游的酸液缓冲池、连接在所述沉淀池后段的溢流口后的滤液储存池。

试生产表明：本发明二水硫酸钙的生产方法及装置，能够使得二水硫酸钙的含水率由原来的40%以上降到20%以下，每吨产品的烘干成本可以降低20元，节省产品成本30%以上。

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为传统生产方法及装置生产的二水硫酸钙在显微镜下的晶体照片。

图2为本发明生产方法及装置生产的二水硫酸钙在显微镜下的晶体照片。

图3为本发明二水硫酸钙的生产装置实施例结构的主视示意图。

图4为图3实施例中和池的俯视结构示意图。

如图1，所示为传统生产方法及装置生产的二水硫酸钙在显微镜下的晶体照片。用显微镜在500倍下观察，可见传统生产方法及装置生产的二水硫酸钙晶体形状及大小如图1，其晶体形状为40微米左右细小的针状，滤出的物料发粘，测得含水率约45%。

具体实施方式

生产方法实施例：

如图2，所示为本发明生产方法及装置生产的二水硫酸钙在显微镜下的晶体照片。本发明二水硫酸钙的生产方法实施例，其将含废硫酸的酸液与含氢氧化钙的碱液混合，通过中和反应生成二水硫酸钙，而所述酸液与碱液都加入中和池、保持低剪切力和缓慢均匀搅拌，在旋桨的充分搅拌下进行中和结晶，控制加入的酸液中硫酸浓度、及加入的碱液中氢氧化钙的浓度都在0.15-0.3mol/L范围，同时，控制中和池中混合液体的pH值为中性、及控制中和池中混合液体的留池时间在20分钟--2小时；控制所述中和池中混合液体流向所述出液口的水平流速为0.2m/s。控制所述中和池后段处的混合液体还部分地回流到前段作为原始晶种参与结晶反应，该回流量为进液总量的1-30%。

中和池后段不设搅拌和导流槽，利于悬浮液的结晶沉淀；中和结晶后的混合液体，通过中和池后段的下部所设的出液口，输出作压滤除水。压滤除水所得本发明晶体产品，同样用显微镜500倍下观察其形状及大小，如图2可见晶体形状为聚合片状晶体，尺寸更大至120微米，含水率测试为12.5%，含水率大幅下降。

生产装置实施例：

如图3-4，所示分别为本发明二水硫酸钙的生产装置实施例不同视角的结构示意图。生产装置实施例包括容纳所述酸液的混酸池11、连接在所述混酸池11入口上游的酸液缓冲池10、配制氢氧化钙溶液的配碱池20、容纳氢氧化钙溶液的碱液池21、中和结晶用的中和池30，混酸池11出口连接有向中和池30输送酸液的酸液泵12，碱液池21出口连接有向中和池30输送碱液的碱液泵22，而且：

所述中和池30前段上部双侧设有交错排布的酸液导流槽13、碱液导流槽23，所述酸液泵12、碱液泵22的出口分别连通各自的导流槽13、23，在酸液导流槽13、碱液导流槽23底部规律分布有2根以上竖直深入池中的喷淋管14、24，喷淋管14、24周边自上而下开设有2个以上喷淋孔（未予详示）；酸液与碱液喷淋管14、24之间也双侧排列地设有搅拌用的旋桨31；中和池30后段的下部设有出液口32，该出液口32连通后续的沉淀池40；在所述沉淀池40后段的溢流口44后连接有滤液储存池50。所述中和池30后段出液口32的过水截面积不大于其所在立面面积的10%，出液口32位置不超过其所在立面高度的15%（池中箭头表示液体流向）。

所述生产装置还包括探测所述中和池30中酸碱度的pH仪P1、控制碱液泵22的变频器A1、PLC类型的处理器33；该pH仪P1的输出端连接处理器33的相应输入端，所述处理器33的相应输出端连接该变频器A1的受控端，而变频器A1的控制端连接所述碱液泵22的电源电路（未予示出）。

所述生产装置还包括探测所述混酸池中酸碱度的pH仪P2、控制酸液泵12的变频器A2；该pH仪P2输出端连接所述处理器33的相应输入端，而处理器33的相应输出端连接所述变频器A2的受控端，变频器A2的控制端连接所述酸液泵12的电源电路（未予示出）。

所述生产装置还包括连接在中和池30后段向其前段输送混合液体的回流泵34、连接在所述酸液泵12输出管路中的流量传感器15、控制回流泵34的变频器A3；流量传感器15的输出端连接所述处理器33的相应输入端，该变频器A3的受控端连接所述处理器33相应输出端，该变频器A3的控制端连接回流泵34的电源电路（未予示出）。

所述生产装置还包括吸入口深入所述沉淀池40中的料浆泵41、控制该料浆泵41的变频器A4、压滤机42、设在压滤机42上的压力传感器43；料浆泵41出口连接该压滤机42入口，压滤机42的压力传感器43输出端连接所述处理器33相应输入端，该变频器A4的受控端连接所述处理器33相应输出端，该变频器A4的控制端连接料浆泵41的电源电路（未予示出）。

Claims (10)

1.一种二水硫酸钙的生产方法，其将含废硫酸的酸液与含氢氧化钙的碱液混合，通过中和反应生成二水硫酸钙，其特征在于：所述酸液与碱液都加入中和池、在旋桨的充分搅拌下进行中和结晶，控制加入的酸液中硫酸浓度、及加入的碱液中氢氧化钙的浓度都在0.05-0.4mol/L范围，同时，控制中和池中混合液体的pH值为中性、及控制中和池中混合液体的留池时间在20分钟--2小时；中和结晶后的混合液体，通过中和池后段的下部所设的出液口，输出作过滤除水。

2.如权利要求1所述二水硫酸钙的生产方法，其特征在于：控制进入中和池的酸液中硫酸的实时浓度及碱液中氢氧化钙的实时浓度都在0.15-0.3mol/L范围。

3.如权利要求1所述二水硫酸钙的生产方法，其特征在于：所述生产方法控制所述中和池中混合液体流向所述出液口的水平流速为0.05-0.5m/s。

4.如权利要求1所述二水硫酸钙的生产方法，其特征在于：所述生产方法控制所述后段处的混合液体还部分地回流到中和池的前段，该回流量为进液总量的1-30%。

5.一种如权利要求1-4之一所述二水硫酸钙的生产方法采用的生产装置，其包括容纳所述酸液的混酸池、容纳氢氧化钙溶液的碱液池、中和结晶用的中和池，混酸池出口连接有向中和池输送酸液的酸液泵，碱液池出口连接有向中和池输送碱液的碱液泵，其特征在于：

所述中和池前段上部双侧设有交错排布的酸液导流槽、碱液导流槽，所述酸液泵、碱液泵的出口分别连通各自的导流槽，在酸液导流槽、碱液导流槽底部规律分布有2根以上竖直深入池中的喷淋管，喷淋管周边自上而下开设有2个以上喷淋孔；酸液与碱液喷淋管之间也双侧排列地设有搅拌用的旋桨；中和池后段的下部设有出液口，该出液口连通后续的沉淀池；

所述生产装置还包括探测所述中和池中酸碱度的pH仪P1、控制碱液泵的变频器A1、处理器；该pH仪P1的输出端连接处理器的相应输入端，所述处理器的相应输出端连接该变频器A1的受控端，而变频器A1的控制端连接所述碱液泵的电源电路。

6.如权利要求5所述二水硫酸钙的生产装置，其特征在于：所述生产装置还包括探测所述混酸池中酸碱度的pH仪P2、控制酸液泵的变频器A2；该pH仪P2输出端连接所述处理器的相应输入端，而处理器的相应输出端连接所述变频器A2的受控端，变频器A2的控制端连接所述酸液泵的电源电路。

7.如权利要求5所述二水硫酸钙的生产装置，其特征在于：所述生产装置还包括连接在所述酸液泵输出管路中的流量传感器、连接在中和池后段向其前段输送混合液体的回流泵、控制回流泵的变频器A3；该流量传感器的输出端连接所述处理器的相应输入端，该变频器A3的受控端连接所述处理器相应输出端，该变频器A3的控制端连接回流泵的电源电路。

8.如权利要求5所述二水硫酸钙的生产装置，其特征在于：所述生产装置还包括吸入口深入所述沉淀池中的料浆泵、控制该料浆泵的变频器A4、压滤机、设在压滤机上的压力传感器；料浆泵出口连接该压滤机入口，压滤机的压力传感器输出端连接所述处理器相应输入端，该变频器A4的受控端连接所述处理器相应输出端，该变频器A4的控制端连接料浆泵的电源电路。

9.如权利要求5所述二水硫酸钙的生产装置，其特征在于：所述中和池后段出液口的过水截面积不大于其所在立面面积的10%，出液口位置不超过其所在立面高度的15%。

10.如权利要求5所述二水硫酸钙的生产装置，其特征在于：生产装置还包括连接在所述混酸池入口上游的酸液缓冲池、连接在所述沉淀池后段的溢流口后的滤液储存池。

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