CN110813089A - 用于锌冶炼系统的亚硫酸锌清液循环脱硫装置、方法及应用 - Google Patents

用于锌冶炼系统的亚硫酸锌清液循环脱硫装置、方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了用于锌冶炼系统的亚硫酸锌清液循环脱硫装置、方法及应用，根据亚硫酸锌（ZnSO3）的物性特征，本发明采用高pH、高吸收活性的ZnSO3与Na2SO3混合清液吸收烟气中SO2，反应生成的产物为可溶性的NaHSO3与Zn(HSO3)2，避免吸收塔系统产生沉淀物，本发明的有益效果是采用清液循环代替原有浆液循环系统，采用ZnSO3与Na2SO3混合清液脱除烟气中SO2，并产生NaHSO3、Zn(HSO3)2清液，替代现有氧化锌脱硫工艺采用ZnO浆液吸收烟气中SO2的浆液循环系统，彻底解决了吸收塔、循环泵的结垢、堵塞及磨损问题。

Description

用于锌冶炼系统的亚硫酸锌清液循环脱硫装置、方法及应用
技术领域
本发明涉及烟气脱硫技术领域，尤其涉及用于锌冶炼系统的亚硫酸锌清液循环脱硫装置、方法及应用。
背景技术
随着烟气脱硫技术不断发展，目前烟气脱硫工艺主要有钠碱法、石灰石(石 灰)-石膏法、循环流化床法、氧化镁法、氧化锌法、氨法、活性焦吸附法、有 机胺吸附解吸法(离子液法)等。烟气脱硫作为环保治理设施，不产生直接经 济效益，因此对脱硫工艺的选择在满足达标排放的前提下需综合比较投资及运 行成本，影响脱硫成本的主要因素有脱硫剂成本、脱硫产物的处置、电耗等因 素。对于锌冶炼企业来说，火法冶炼系统自产次氧化锌(氧化锌≥60％)可以作 为锌法脱硫的脱硫剂，脱硫产物亚硫酸锌或硫酸锌可返回锌冶炼系统回收锌， 且氧化锌脱硫投资较适中，因此锌冶炼系统采用氧化锌脱硫相比其他工艺具有 成本优势。现有传统氧化锌脱硫的基本工艺流程是：固态氧化锌粉末与水混合 制备成氧化锌浆液在吸收塔内与含二氧化硫烟气接触发生吸收反应，生成难溶 的亚硫酸锌(ZnSO3)晶体，含亚硫酸锌的脱硫外排浆液经过固液分离脱水后滤 渣送焙烧车间回收锌；或有向吸收塔浆液池鼓入空气将部分亚硫酸锌氧化成硫 酸锌(ZnSO4)，含有ZnSO4、ZnSO3、ZnO及杂质的混合浆液送过滤设备进行固液 分离，滤液主要成分为硫酸锌(ZnSO4)，送湿法系统的浸出工段，滤渣送焙烧工 段。主要反应如下：
ZnO+SO2+2.5H2O→ZnSO3·2.5H2O
ZnO+2SO2+H2O→Zn(HSO3)2
ZnO+SO2+1/2O2→ZnSO4
传统氧化锌脱硫为浆液循环系统，循环液中含大量ZnSO3、ZnO，亚硫酸锌 (ZnSO3)粘度比较大，循环液中的ZnSO3很容易在设备、管路中沉积，引起管路 结垢堵塞，为了保证脱硫效率，循环液量大导致动力消耗大。
中国发明专利公告号CN101972593B公开了一种钠-锌法烟气脱硫联产二氧化硫工艺，待处理烟气从脱硫塔的底部进入，同时在脱硫塔上部向脱硫塔内喷入Na2CO3溶液，烟气中的SO2被Na2CO3溶液吸收生成NaHSO3溶液，烟气中沉 淀下来的固体颗粒排出脱硫塔；处理后的烟气从脱硫塔的顶部排出；2)生成的NaHSO3溶液进入循环槽，与循环槽内的ZnO固体发生反应， 生成ZnSO3·2.5H2O沉淀物和Na2SO3溶液，利用循环泵将Na2SO3溶液从脱硫塔上部送回脱硫塔进行SO2的循环吸收过程，循环槽内的气体产物送回脱硫塔进行再次处理； 循环槽内的气体产物主要是CO2。该工艺虽然能够解决氧化锌浆液结垢的问题，但是需要不断的向脱硫塔内通入Na2CO3溶液，因为亚硫酸钠多了，那我们的循环液中带入的钠离子多了，那到后面析出固体的时候带出的钠离子比较多，等于是对锌冶炼系统引入了杂质，会对锌冶炼系统造成影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有的氧化锌烟气脱硫工艺容易造成氧化锌或亚硫酸锌结垢，或者用碳酸钠溶液代替氧化锌导致循环液中钠离子超标，为此提供一种适用于锌冶炼系统的亚硫酸锌清液循环脱硫方法、装置及应用。
本发明的技术方案是：用于锌冶炼系统的亚硫酸锌清液循环脱硫方法，它包括以下步骤：（1）、氧化锌浆液制备：将水与氧化锌粉末在氧化锌制备槽内搅拌混合制成浆液，利用火法冶炼系统自产次氧化锌，浆液制备含固量为15～25%，制备好的浆液通过泵输送至浆液储槽备用，浆液储槽内的浆液通过泵送至再生反应槽；（2）、脱硫塔烟气吸收：含二氧化硫烟气从脱硫塔中部进气口进入脱硫塔，烟气自下而上与自上而下的循环喷淋液逆向接触并发生吸收反应，脱除二氧化硫的烟气继续往上经过除雾器除雾后进烟囱排放，脱硫塔采用空塔喷淋，下部为循环积液槽，吸收二氧化硫的循环清液由循环积液槽通过泵送至再生反应槽；（3）、中和再生反应：吸收二氧化硫的循环清液与氧化锌浆液在再生反应槽内经过搅拌发生反应，并加入氢氧化钠作为反应助剂，反应后产生的过量的亚硫酸锌在溶液中结晶析出，含有亚硫酸钠与亚硫酸锌固体的反应后浆液通过泵送至浓密机澄清，浓密机上清液即为再生出的脱硫清液，再生出的脱硫清液溢流至清液槽，经过泵输送至脱硫塔喷淋液进口；（4）、亚硫酸锌氧化：浓密机底流浆液主要成分为结晶出的亚硫酸锌固体，通过泵送至氧化罐，通过鼓入压缩空气将亚硫酸锌部分氧化成硫酸锌，氧化后混合浆液泵送至压滤机脱水，产出的压滤渣主要为亚硫酸锌及烟尘中的其他杂质，经过干燥后送焙烧系统回收锌及其他有价金属，产出的滤液主要成分为硫酸锌，经过滤液槽缓存后利用泵输送至湿法系统的浸出工段回收锌。
用于锌冶炼系统的亚硫酸锌清液循环脱硫装置，它包括脱硫塔，与脱硫塔上部依次连通的泵、清液槽和浓密机，与脱硫塔底部依次连通的泵和再生反应槽，所述浓密机底部通过泵依次连通有氧化罐、泵、压滤机和滤液槽，所述再生反应槽一端依次连通有泵、氧化锌储槽、泵和氧化锌制备槽，所述再生反应槽另一端通过泵与浓密机连通。
用于锌冶炼系统的亚硫酸锌清液循环脱硫方法的应用，它用于处理SO2浓度范围0～7000mg/Nm3的烟气。
本发明的有益效果是针对氧化锌脱硫工艺采用清液循环代替原有浆液循环系统，主要解决传统氧化锌脱硫工艺管道、设备堵塞问题，并减少循环量从而降低动力消耗；采用ZnSO3与Na2SO3混合清液脱除烟气中SO2，并产生NaHSO3、Zn (HSO3)2清液，替代现有氧化锌脱硫工艺采用ZnO浆液吸收烟气中SO2的浆液循环系统，彻底解决了吸收塔、循环泵的结垢、堵塞及磨损问题，同时采用清液循环降低吸收塔内液气比，减少能耗；针对锌冶炼系统采用自产的ZnO作为脱硫剂，降低脱硫剂成本，脱硫产出的含锌渣及硫酸锌溶液均返回冶炼系统，实现锌资源的综合利用，减少废物处置成本。
附图说明
图1是本发明的适用于锌冶炼系统的亚硫酸锌清液循环脱硫方法工艺流程图。
图中，1、脱硫塔，2、清液槽，3、浓密机，4、再生反应槽，5、氧化罐，6、压滤机，7、滤液槽，8、氧化锌储槽，9、氧化锌制备槽。
具体实施方式
下面结合附图 ，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明的工艺原理如下：根据亚硫酸锌(ZnSO3)的物性特征，微溶于水， 常温(20℃)下溶解度为0.16g/100g水，本发明采用高pH、高吸收活性的ZnSO3与Na2SO3混合清液吸收烟气中SO2，反应生成的产物为可溶性的NaHSO3与Zn (HSO3)2，避免吸收塔系统产生沉淀物，吸收单元主要工艺反应原理如下：
Na2SO3+SO2+H2O→2NaHSO3
ZnSO3+SO2+H2O→Zn(HSO3)2
吸收烟气中SO2后的NaHSO3与Zn(HSO3)2溶液通过泵送再生反应槽，在再生 反应槽内加入ZnO浆液，ZnO与NaHSO3、Zn(HSO3)2反应，生成Na2SO3与ZnSO3， 过量的ZnSO3沉淀析出，沉淀混合物经过浓密机澄清，分离出的清液成分为ZnSO3与Na2SO3混合溶液，泵送吸收塔吸收烟气中SO2，分离出底流主要成分为ZnSO3沉淀物，采用氧化罐鼓空气氧化，氧化后混合液采用压滤设备进行固液分离， 滤液主要成分为硫酸锌(ZnSO4)，送湿法系统的浸出工段，滤渣送焙烧工段。
再生反应原理如下：
Figure 1
ZnO+2NaHSO3→ZnSO3↓+Na2SO3+H2O
氧化反应原理如下：
ZnSO3+1/2O2→ZnSO4
本发明的创新点在于采用亚硫酸钠作为辅助活化剂，基本上只有压滤亚硫 酸锌的时候带走一点，在循环液里面的浓度基本恒定，因为亚硫酸钠是强电解 质，亚硫酸根更容易形成，由于脱硫塔内的烟气分布式不均匀的，烟气的浓度 有波动，吸收反应是气相和液相接触的反应，短时间内少量亚硫酸钠气液反应 的效率更高，会提高反应的速度，吸收效果更好，在气液两相接触反应中是亚 硫酸根离子的浓度对反应速率起到作用，当反应完了之后生产亚硫酸氢钠，到 循环液中离子分布就均匀了，到塔底溶液中可以和亚硫酸锌变成亚硫酸氢锌， 真正决定烟气处理容量的还是这个亚硫酸锌的溶解量，为了保证清液循环，不存在亚硫酸锌固体在循环液中的，根据亚硫酸锌微溶的量，算过了吸收二氧化 硫的浓度范围，所以处理的烟气量只能是SO2浓度0-7000mg/Nm3范围。
如图1所示，用于锌冶炼系统的亚硫酸锌清液循环脱硫方法，它包括以下步骤：（1）、氧化锌浆液制备：将水与氧化锌粉末在氧化锌制备槽内搅拌混合制成浆液，利用火法冶炼系统自产次氧化锌，浆液制备含固量为15～25%，制备好的浆液通过输送泵输送至浆液储槽备用，浆液储槽内的浆液通过输送泵送至再生反应槽；（2）、脱硫塔烟气吸收：含二氧化硫烟气从脱硫塔中部进气口进入脱硫塔，烟气自下而上与自上而下的循环喷淋液逆向接触并发生吸收反应，循环喷淋液包括质量比为1：5的亚硫酸钠和亚硫酸锌，脱除二氧化硫的烟气继续往上经过除雾器除雾后进烟囱排放，脱硫塔采用空塔喷淋，下部为循环积液槽，吸收二氧化硫的循环清液由循环积液槽通过排出泵送至再生反应槽；（3）、中和再生反应：吸收二氧化硫的循环清液与氧化锌浆液在再生反应槽内经过搅拌发生反应，并加入氢氧化钠作为反应助剂，反应后产生的过量的亚硫酸锌在溶液中结晶析出，含有亚硫酸钠与亚硫酸锌固体的反应后浆液通过浆液泵送至浓密机澄清，浓密机上清液即为再生出的脱硫清液，再生出的脱硫清液溢流至清液槽，经过喷淋泵输送至脱硫塔喷淋液进口；（4）、亚硫酸锌氧化：浓密机底流浆液主要成分为结晶出的亚硫酸锌固体，通过底流泵送至氧化罐，通过鼓入压缩空气将亚硫酸锌部分氧化成硫酸锌，氧化后混合浆液通过压滤泵送至压滤机脱水，产出的压滤渣主要为亚硫酸锌及烟尘中的其他杂质，经过干燥后送焙烧系统回收锌及其他有价金属，产出的滤液主要成分为硫酸锌，经过滤液槽缓存后利用滤液泵输送至湿法系统的浸出工段回收锌。
本发明使用的用于锌冶炼系统的亚硫酸锌清液循环脱硫装置，它包括脱硫塔1，与脱硫塔上部依次连通的喷淋泵、清液槽2和浓密机3，与脱硫塔底部依次连通的排出泵和再生反应槽4，所述浓密机底部通过底流泵依次连通有氧化罐5、压滤泵、压滤机6和滤液槽7，所述再生反应槽一端依次连通有输送泵、氧化锌储槽8、输送泵和氧化锌制备槽9，所述再生反应槽另一端通过浆液泵与浓密机连通。

Claims (3)

1.用于锌冶炼系统的亚硫酸锌清液循环脱硫方法，其特征是：它包括以下步骤：（1）、氧化锌浆液制备：将水与氧化锌粉末在氧化锌制备槽内搅拌混合制成浆液，利用火法冶炼系统自产次氧化锌，浆液制备含固量为15～25%，制备好的浆液通过泵输送至浆液储槽备用，浆液储槽内的浆液通过泵送至再生反应槽；（2）、脱硫塔烟气吸收：含二氧化硫烟气从脱硫塔中部进气口进入脱硫塔，烟气自下而上与自上而下的循环喷淋液逆向接触并发生吸收反应，脱除二氧化硫的烟气继续往上经过除雾器除雾后进烟囱排放，脱硫塔采用空塔喷淋，下部为循环积液槽，吸收二氧化硫的循环清液由循环积液槽通过泵送至再生反应槽；（3）、中和再生反应：吸收二氧化硫的循环清液与氧化锌浆液在再生反应槽内经过搅拌发生反应，并加入氢氧化钠作为反应助剂，反应后产生的过量的亚硫酸锌在溶液中结晶析出，含有亚硫酸钠与亚硫酸锌固体的反应后浆液通过泵送至浓密机澄清，浓密机上清液即为再生出的脱硫清液，再生出的脱硫清液溢流至清液槽，经过泵输送至脱硫塔喷淋液进口；（4）、亚硫酸锌氧化：浓密机底流浆液主要成分为结晶出的亚硫酸锌固体，通过泵送至氧化罐，通过鼓入压缩空气将亚硫酸锌部分氧化成硫酸锌，氧化后混合浆液泵送至压滤机脱水，产出的压滤渣主要为亚硫酸锌及烟尘中的其他杂质，经过干燥后送焙烧系统回收锌及其他有价金属，产出的滤液主要成分为硫酸锌，经过滤液槽缓存后利用泵输送至湿法系统的浸出工段回收锌。
2.用于锌冶炼系统的亚硫酸锌清液循环脱硫装置，其特征是：它包括脱硫塔（1），与脱硫塔上部依次连通的泵、清液槽（2）和浓密机（3），与脱硫塔底部依次连通的泵和再生反应槽（4），所述浓密机底部通过泵依次连通有氧化罐（5）、泵、压滤机（6）和滤液槽（7），所述再生反应槽一端依次连通有泵、氧化锌储槽（8）、泵和氧化锌制备槽（9），所述再生反应槽另一端通过泵与浓密机连通。
3.如权利要求1所述的用于锌冶炼系统的亚硫酸锌清液循环脱硫方法的应用，其特征是：它用于处理SO2浓度范围0～7000mg/Nm3的烟气。
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