CN110116991A - 一种冶炼烟气制酸净化污酸的回收工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种冶炼烟气制酸净化污酸的回收工艺，属于冶金化工环保领域，本发明工艺无石灰中和过程，无石膏废渣产生；有价金属铜回收利用，减少危废渣量，创造经济效益和环保效益；对熔炼高温烟气余热进行余热利用，降低净化工序循环水消耗；活化硫磺加入量少，运行成本低；污水处理过程无石灰或石灰石加入，无石膏固废产生，是一种节能降耗减排的净化污酸处理技术；净化工序洗涤产生的污酸，通过活化硫磺和高温SO2烟气，选择性分步分离沉淀出铜、砷，分离后的污酸通过熔炼系统产生的高温烟气分级蒸发出其中的氟和氯，通过沉淀和蒸发，分离污酸中的有害杂质，满足污酸直接回用的要求。

Description

一种冶炼烟气制酸净化污酸的回收工艺
技术领域
本发明属于冶金化工环保领域，具体涉及一种冶炼烟气制酸净化污酸的回收工艺。
背景技术
铜、铅、锌、黄金等火法冶炼过程中产生的SO2烟气，含有铜、砷、氟、氯等杂质，温度为150～380℃，该烟气通过硫酸净化工序洗涤冷却后去硫酸转化干吸生产硫酸产品。为保证洗涤效率及物料和水平衡，需要外排一定量的污酸，该污酸中含有1～20％的硫酸、0.5～5g/L铜、0.5～15g/L砷、0.5～5g/L氟和氯。
目前污酸的处理方法主要采用硫化法，在污酸中加入硫化钠，与污酸中的砷、铜等重金属元素反应生成固体沉淀物，压滤后的含砷滤渣交由有资质的危废处理公司处理，含硫酸的清液用石灰或石灰石粉中和生成硫酸钙沉淀，据相关统计，一个普通的铜冶炼项目的石膏量每年达到5万吨以上，而产生的石膏一般经压滤后外卖或作为一般固体废物堆存，清液再用石灰铁盐法深度除砷后回用或降钙后回用。该处理工艺污酸中的铜等有价金属不能回收，并产生大量的含砷危废渣和石膏渣，同时消耗大量的石灰或石灰石资源，投资及生产成本极高。同时采用硫化钠作为硫化剂，回用水中带入了大量的钠离子，影响回用水的使用。
另外，150～380℃的SO2烟气在净化工序洗涤冷却中需要通过循环水冷却，使净化出口烟气温度降低到40℃以下，消耗大量的冷却水，投资及运行成本较高，浪费大量的水资源。
发明内容
为解决目前净化污酸硫化法工艺存在的缺点以及高温烟气余热回收等问题，本发明的目的在于提供一种冶炼烟气制酸净化污酸的回收工艺，采用活化硫磺作为硫化剂，分步沉淀出污酸中的铜、砷，采用冶炼过程产生的高温烟气加热污酸脱除污酸中的氟、氯，同时对污酸进行浓缩，避免产生大量的石膏固废，以节约能耗，降低成本。
为了达到上述目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供一种冶炼烟气制酸净化污酸的回收工艺，包括以下步骤：
(1)沉铜反应：硫酸净化工序产生的污酸，首先进入缓冲池进行缓存，缓存后的污酸泵送到沉铜反应器，在沉铜反应器中同时加入活化硫磺和高温SO2烟气，以控制反应器内的温度、酸度、电位参数，反应结束后，固液分离出硫化铜沉淀渣，滤液去下一级沉砷反应；
(2)沉砷反应：在沉砷反应器中同时加入活化硫磺和高温SO2烟气，以控制反应器内的温度、酸度、电位参数，反应结束后，固液分离出砷滤渣，滤液去脱氟工序；
(3)脱氟工序：利用熔炼系统的高温烟气作为热源，在一级蒸发器蒸发步骤(2)所得滤液，蒸发出氟化氢气体，用石灰乳吸收反应生成氟化钙，固液分离后得到氟化钙产品，剩余污酸去脱氯工序；
(4)脱氯工序：在二级蒸发器蒸发出氯化氢气体，用循环水冷凝生成盐酸溶液，经过两级蒸发的污酸，硫酸浓度可以浓缩到30～50％；
(5)浓缩工序：对步骤(5)所得污酸进行三级蒸发，使硫酸浓度浓缩到50～60％，作为硫酸干吸工序的补水，最终产93～98％的硫酸。
优选的，步骤(1)中，在沉铜反应器中同时加入活化硫磺和高温SO2烟气，以控制反应器内的温度为50～80℃、酸度pH<3、电位参数为0.15～0.2V，使活化硫磺变成S2-，SO2生成SO4 2-。
硫化铜的溶度积远远小于硫化砷(KspCuS＝6×10-36<<KspAs2S3＝2.1×10-22)，因此优先沉淀出硫化铜；反应过程中，根据污酸中的含铜量调整活化硫磺和SO2烟气的加入量，使铜完全沉淀而砷不沉淀；通过定时取样，利用化学分析方法，监测滤液中铜离子浓度，铜离子浓度降低至30mg/L以下，滤液去沉砷反应。
优选的，步骤(2)中，在沉砷反应器中同时加入活化硫磺和高温SO2烟气，以控制反应器内的温度为50～80℃、酸度为pH<3、电位参数为0.15～0.2V，使活化硫磺变成S2-，SO2生成SO4 2-；反应过程中，根据污酸中的含砷量调整活化硫磺和SO2烟气的加入量，使As完成沉淀生成As2S3；通过定时取样，利用化学分析方法，监测滤液中砷离子浓度，砷离子浓度降低到50mg/L以下，滤液去脱氟工序。
优选的，步骤(1)中，污酸进入缓冲池进行缓存3h以上，以保证后续反应的稳定性。
优选的，步骤(1)中，所述铜滤渣外卖或返回熔炼配料。
优选的，步骤(1)、(2)中，所述高温SO2烟气的温度为150～380℃，未反应完的低温SO2烟气返回净化工序。
优选的，步骤(1)、(2)中，所述高温SO2烟气中SO2的浓度为8～50％；同时可用SO2气体和蒸汽加热替代高温SO2烟气。
优选的，步骤(3)、(4)中，所述蒸发器采用石墨材质。
优选的，所述固液分离采用压滤机或者离心机。
因氟、氯在污酸中以氢氟酸和盐酸的形态存在，并且沸点不同，通过蒸发器分别蒸发出氟化氢气体、氯化氢气体。
本发明所指的反应器，是一种带搅拌的反应器，保证硫磺和SO2气体分散均匀，加速反应，同时，反应器设置温度、压力、酸度、电位等检测仪表，实时监控污酸参数。
本发明所指的反应，即可以是连续反应，也可以是间断反应。
本发明蒸发采用的高温烟气，是指熔炼系统产生的150～380℃烟气，余热利用后去硫酸净化工序，蒸发系统不会对烟气成分产生影响，只利用其中的余热。
本发明产生的污酸产品，可返回硫酸干吸工序作为补水用，可以直接作为产品。
本发明涉及的主要反应过程：
H2O+SO2→SO3 2-+2H+；
S+SO3 2-+H2O→SO4 2-+S2-+2H+；
S2-+Cu2+→CuS↓；
3S2-+2As3+→As2S3↓；
Ca(OH)2+2HF→CaF2+2H2O。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果为：
1)净化工序洗涤产生的污酸，通过活化硫磺和高温SO2烟气，控制污酸中的温度、酸度和电位，选择性分步分离沉淀出铜、砷，分离后的污酸通过熔炼系统产生的高温烟气分级蒸发出其中的氟和氯，通过沉淀和蒸发，分离污酸中的有害杂质，满足污酸直接回用的要求。
2)本发明工艺无石灰中和过程，无石膏废渣产生，对环保来说，是一个很有前途的工艺；有价金属铜回收利用，减少危废渣量，创造经济效益和环保效益；对熔炼高温烟气余热进行余热利用，降低净化工序循环水消耗；活化硫磺加入量少，运行成本低；是一种节能降耗减排的净化污酸处理技术。
3)本发明工艺无钠离子带入，不会对污酸回用产生影响，可直接把污酸除杂浓缩进行回用。
4)本发明除氟的优点是利用熔炼的高温烟气对污酸进行一级蒸发，产出氟化氢气体，利用了熔炼烟气的余热，降低了烟气温度，从而使后续硫酸净化工序的循环冷却水用量减少，为使产出的氟化氢具有高附加值、便于堆存和运输，本发明采用石灰乳吸收氟化氢，产出高附加值的氟化钙产品。
5)本发明除氯的优点是利用熔炼的高温烟气对污酸进行二级蒸发，产出氯化氢气体；利用了熔炼烟气的余热，降低了烟气温度，从而使后续硫酸净化工序的循环冷却水用量减少，为使产出的氯化氢具有价值，减少二次处理的成本，本发明采用循环冷却水冷凝氯化氢产出稀盐酸。
附图说明
图1为本发明实施例的工艺流程图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明。
实施例
某铜冶炼厂日产600m3净化污酸，污酸含硫酸15％、含铜1.6g/L，含砷6g/L、含氟1.2g/L、含氯0.8g/L。污酸首先泵入到缓冲池缓存，通过缓冲池泵送到带搅拌的沉铜反应器，同时加入活化硫磺和SO2烟气，控制反应器内的温度为50～80℃、酸度pH<3、电位参数为0.15～0.2V，使活化硫磺变成S2-，SO2生成SO4 2-，使污酸中的铜生成硫化铜沉淀，脱铜效率为98.5％，滤液中的铜浓度降低到30mg/L以下，用压滤机压滤出硫化铜，滤清自流到清液缓冲槽后泵入到沉砷反应器，同时加入活化硫磺和SO2烟气，控制反应器内的温度为50～80℃、酸度为pH<3、电位参数为0.15～0.2V，使活化硫磺变成S2-，SO2生成SO4 2-，沉淀出硫化砷，压滤出硫化砷，滤液中的砷离子浓度降低到50mg/L以下，分离出硫化砷渣，清液去蒸发器。
在一级蒸发器中通入熔炼系统产生的350℃的SO2烟气，加热污酸到90℃左右，大部分的氟化氢以气体型式挥发出来，进入洗涤塔同时喷淋石灰乳浆液，生成氟化钙沉淀物，分离出沉淀。一级蒸发器出来的污酸进入二级蒸发器蒸发，加热污酸到120℃以上，使氯化氢挥发出来，进入到水冷器中冷凝生成稀盐酸。二级蒸发器出来的污酸进入三级蒸发器蒸发，使污酸中硫酸浓度>50％。
通过上述步骤的分离和蒸发，去除了污酸中的重金属元素，并使污酸浓缩，满足污酸回用的要求。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种冶炼烟气制酸净化污酸的回收工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)沉铜反应：硫酸净化工序产生的污酸，首先进入缓冲池进行缓存，缓存后的污酸泵送到沉铜反应器，在沉铜反应器中同时加入活化硫磺和高温SO2烟气，以控制反应器内的温度、酸度、电位参数，反应结束后，固液分离出硫化铜沉淀渣，滤液去下一级沉砷反应；
(2)沉砷反应：在沉砷反应器中同时加入活化硫磺和高温SO2烟气，以控制反应器内的温度、酸度、电位参数，反应结束后，固液分离出砷滤渣，滤液去脱氟工序；
(3)脱氟工序：利用熔炼系统的高温烟气作为热源，在一级蒸发器蒸发步骤(2)所得滤液，蒸发出氟化氢气体，用石灰乳吸收反应生成氟化钙，固液分离后得到氟化钙产品，剩余污酸去脱氯工序；
(4)脱氯工序：在二级蒸发器蒸发出氯化氢气体，用循环水冷凝生成盐酸溶液，经过两级蒸发的污酸，硫酸浓度可以浓缩到30～50％；
(5)浓缩工序：对步骤(5)所得污酸进行三级蒸发，使硫酸浓度浓缩到50～60％，作为硫酸干吸工序的补水，最终产93～98％的硫酸。
2.根据权利要求1所述的冶炼烟气制酸净化污酸的回收工艺，其特征在于，步骤(1)中，在沉铜反应器中同时加入活化硫磺和高温SO2烟气，以控制反应器内的温度为50～80℃、酸度pH<3、电位参数为0.15～0.2V，使活化硫磺变成S2-，SO2生成SO4 2-。
3.根据权利要求2所述的冶炼烟气制酸净化污酸的回收工艺，其特征在于，沉铜反应过程中，根据污酸中的含铜量调整活化硫磺和SO2烟气的加入量，使铜完全沉淀而砷不沉淀；通过定时取样，利用化学分析方法，监测滤液中铜离子浓度，铜离子浓度降低至30mg/L以下，滤液去沉砷反应。
4.根据权利要求1所述的冶炼烟气制酸净化污酸的回收工艺，其特征在于，步骤(2)中，在沉砷反应器中同时加入活化硫磺和高温SO2烟气，以控制反应器内的温度为50～80℃、酸度为pH<3、电位参数为0.15～0.2V，使活化硫磺变成S2-，SO2生成SO4 2-；沉砷反应过程中，根据污酸中的含砷量调整活化硫磺和SO2烟气的加入量，使As完成沉淀生成As2S3；通过定时取样，利用化学分析方法，监测滤液中砷离子浓度，砷离子浓度降低到50mg/L以下，滤液去脱氟工序。
5.根据权利要求1所述的冶炼烟气制酸净化污酸的回收工艺，其特征在于，步骤(1)中，污酸进入缓冲池进行缓存3h以上，以保证后续反应的稳定性。
6.根据权利要求1所述的冶炼烟气制酸净化污酸的回收工艺，其特征在于，步骤(1)中，所述铜滤渣外卖或返回熔炼配料。
7.根据权利要求1所述的冶炼烟气制酸净化污酸的回收工艺，其特征在于，步骤(1)、(2)中，所述高温SO2烟气的温度为150～380℃，未反应完的低温SO2烟气返回净化工序。
8.根据权利要求1所述的冶炼烟气制酸净化污酸的回收工艺，其特征在于，步骤(1)、(2)中，所述高温SO2烟气中SO2的浓度为8～50％；同时可用SO2气体和蒸汽加热替代高温SO2烟气。
9.根据权利要求1所述的冶炼烟气制酸净化污酸的回收工艺，其特征在于，步骤(3)、(4)中，所述蒸发器采用石墨材质。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的冶炼烟气制酸净化污酸的回收工艺，其特征在于，所述固液分离采用压滤机或者离心机。
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