冶金百科 | 銅冶金 - 制酸工藝

2023-09-06 10:02:23 來源：中冶有色技術(shù)網(wǎng)

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簡介：常見的制酸工藝有哪些? 答：(1)硫化礦冶煉煙氣制酸。以硫鐵礦或者硫精礦為原料，經(jīng)原料處理沸騰爐焙燒制取二氧化硫、爐氣凈化、二氧化硫轉(zhuǎn)化成三氧化硫、吸收制成硫酸。(2)利用硫黃制硫酸。以硫黃為原料，經(jīng)皮帶運(yùn)輸?shù)娇焖偃哿虿廴刍毫蛲ㄟ^機(jī)因甲制酸的硅度然燒藝流程是燜后經(jīng)轉(zhuǎn)化、吸收制硫酸。過機(jī)因用酸的硅要燃燒藝流程是熵后經(jīng)。答：焙燒產(chǎn)生的煙氣制硫酸主要有7個(gè)工序：原料工序、焙燒工序、凈化工序、轉(zhuǎn)化工序、干吸工序、排渣工序和成品工序。

制酸工藝

常見的制酸工藝有哪些?

答：(1)硫化礦冶煉煙氣制酸。以硫鐵礦或者硫精礦為原料，經(jīng)原料處理沸騰爐焙燒制取二氧化硫、爐氣凈化、二氧化硫轉(zhuǎn)化成三氧化硫、吸收制成硫酸。

(2)利用硫黃制硫酸。以硫黃為原料，經(jīng)皮帶運(yùn)輸?shù)娇焖偃哿虿廴刍?，液硫通過機(jī)因甲制酸的硅度然燒藝流程是燜后經(jīng)轉(zhuǎn)化、吸收制硫酸。過機(jī)因用酸的硅要燃燒藝流程是熵后經(jīng)

答：焙燒產(chǎn)生的煙氣制硫酸主要有7個(gè)工序：原料工序、焙燒工序、凈化工序、轉(zhuǎn)化工序、干吸工序、排渣工序和成品工序。

煙氣凈化的目的及原則是什么?

答：焙燒工序產(chǎn)生的爐氣中，含有氮?dú)狻⒍趸?、氧氣、固態(tài)和氣態(tài)的有害物質(zhì)。爐氣凈化的目的是除去這些有害物質(zhì)，減輕對(duì)后續(xù)工序的影響。

爐氣凈化的原則有以下3點(diǎn)：

(1)爐氣中懸浮微粒的粒徑分布范圍廣，在凈化時(shí)應(yīng)該分級(jí)逐段地進(jìn)行，先大后小，先易后難;

(2)爐氣中懸浮微粒是以固、液、氣三種狀態(tài)存在，質(zhì)量相差比較大，在凈化過程中按照微粒的輕重程度來進(jìn)行，先固、液，后氣體，先重后輕;

(3)對(duì)不同大小粒徑的微粒，應(yīng)選擇相適應(yīng)的有效的設(shè)備。

動(dòng)力波洗滌的原理及作用是什么?

答：動(dòng)力波洗滌的原理是：氣體自上而下高速進(jìn)入洗滌管，洗滌液經(jīng)過特殊裝置的噴嘴自下而上逆向噴入氣流，氣液兩相高速逆向碰撞，形成一個(gè)高速湍流的泡沫區(qū)。由于兩相高速湍流接觸，接觸表面積大，可以達(dá)到很高的洗滌效果。

動(dòng)力波洗滌的作用：(1)進(jìn)一步使?fàn)t氣降溫，部分水蒸氣在酸霧表面冷凝，使得酸霧易脫除，有利于成品酸濃度的維持和提高;(2)可以提高電除霧的效

率;(3)脫除煙氣中的有害雜質(zhì)，有利于回收煙塵中的有價(jià)成分。

動(dòng)力波洗滌工藝的特點(diǎn)是什么?

答：(1)采用動(dòng)力波設(shè)備可以獲得比空塔設(shè)備更高的效率，而且投資也更少;

(2)對(duì)微粒的捕集率高，可以有效地進(jìn)行分級(jí)洗滌，用較低的費(fèi)用得到較高的效率;

(3)允許氣量波動(dòng)范圍大，對(duì)總的除塵效率影響不大;

(4)采用開孔噴嘴，減少噴出液體的霧化程度，有利于脫除煙氣中的固體雜質(zhì)。

什么是污酸，污酸的主要成分是什么?

答：在銅冶煉的制酸工藝流程中，經(jīng)電收塵后的熔煉爐、轉(zhuǎn)爐煙氣，經(jīng)過兩段動(dòng)力波洗滌器，產(chǎn)生的酸為污酸。污酸中主要成分有：硫酸、砷、鐵、鋅、銅、鉛、鈣、硒、鉍、銻、鎘、錸等元素。

污酸的性質(zhì)是什么?

答：(1)成分復(fù)雜。污酸中含有銅、鉛、鈣、硒、鉍、銻、鎘等金屬、非金屬雜質(zhì)，含量高低依礦物成分而定;

(2)酸度高。酸中硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大多超過5%,部分甚至達(dá)到30%;

(3)砷含量高，大多以亞砷酸形式存在，脫除較為麻煩，經(jīng)濟(jì)效益不高。

目前污酸的處理方法有什么不足之處?

答：(1)污酸酸度高，中和劑消耗量大，同時(shí)產(chǎn)生大量的石膏渣，綜合利用較困難;

(2)用石灰中和，污酸中的酸不能得到充分的利用，經(jīng)濟(jì)效益不高;

(3)有價(jià)金屬難回收，污酸中有價(jià)金屬品位不高，回收困難，白白浪費(fèi)了資源;

(4)處理過程中產(chǎn)生砷酸鈣和亞砷酸鈣不穩(wěn)定，易分解，容易對(duì)環(huán)境造成污染，不利于環(huán)境保護(hù)。

污酸中錸的回收現(xiàn)狀是什么?

答：錸是一種極其稀缺而且分散的金屬元素，多伴生于鉬、銅、鋅、鉛等礦物中。錸能與鎢、鉬、鉑、鎳、釷、鐵、銅等多種金屬形成一系列合金，其中錸鎢、錸鉬、錸鎳系高溫合金是錸的最重要的合金，被廣泛應(yīng)用到航空航天、電子等工業(yè)部門。

銅冶煉過程中錸隨高溫?zé)煔?，?jīng)動(dòng)力波洗滌，以高錸酸的形式賦存于污酸中。目前，針對(duì)污酸中錸的回收方式可分為兩種：第一種是利用特定的靶向沉錸劑定向沉淀錸，得到錸精礦，再利用氧化浸出的方式分離制備得到錸產(chǎn)品;第種是利用樹脂吸附污酸中的錸，經(jīng)過洗脫得到富錸液，再經(jīng)過一系列的分離提純方法得到目標(biāo)錸產(chǎn)品。

什么是砷濾餅、鉛濾餅，要如何處理?

答：銅冶煉煙氣主要成分為SO₂氣體，另外夾帶氧化鉛、氧化砷等低熔點(diǎn)金屬氧化物。煙氣傳輸過程中，少部分SO2被氧化生成SO?,在動(dòng)力波洗滌過程溶于水形成稀酸，煙氣中的鉛微粒轉(zhuǎn)化為硫酸鉛沉淀，經(jīng)斜板沉降、壓濾得到鉛濾餅。斜板沉降上清液繼續(xù)進(jìn)入硫化沉淀槽，通過硫化沉淀，污酸中砷、錸及其他少量重金屬離子以硫化物形態(tài)沉淀，經(jīng)壓濾生成砷濾餅。

鉛濾餅經(jīng)過球團(tuán)之后，可以作為煉鉛廠提鉛原料，生產(chǎn)出鉛鉍合金，回收其中的有價(jià)成分。

砷濾餅處理比較麻煩。砷是劇毒物，不同廠家對(duì)砷濾餅處理方法不一樣。如紫金銅業(yè)，處理方法是將生產(chǎn)的砷濾餅出售給有資質(zhì)處理砷的廠家，進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)資源化;江西銅業(yè)，將砷濾餅作為原料生產(chǎn)白砷(砒霜)后出售。砷濾餅是制酸過程中較難處理的一個(gè)產(chǎn)品，更好的處理方法有待進(jìn)一步研究。

轉(zhuǎn)化工序的原理及使用的催化劑是什么?

答：一般情況下，二氧化硫僅少量轉(zhuǎn)化成三氧化硫，必須借助于催化劑起催化作用，被氧氣氧化，生成三氧化硫，再用水吸收，即可得到硫酸。其反應(yīng)式如下：

SO? + 1/20? = S0? (3-38)

SO? + H?O = H?SO₄ (3-39)

一般用催化劑V?O?作為該反應(yīng)的催化劑。

干吸工序的原理和反應(yīng)步驟是什么?

答：在化工生產(chǎn)中的吸收過程，一種是不明顯的化學(xué)反應(yīng)，為單純的物理過程，稱為物理吸收;另一種具有明顯的化學(xué)反應(yīng)的吸收過程，稱為化學(xué)吸收。在生產(chǎn)硫酸的過程中，這兩種吸收過程都存在，統(tǒng)稱為三氧化硫的吸收。按式(3-40反應(yīng)進(jìn)行：

nSO₃+ H_?O= H?SO? + (n-1)S0₃ (3-40)

此吸收過程按以下五個(gè)步驟進(jìn)行：(1)氣體中SO?從氣相主體向界面擴(kuò)散;

(2)穿過界面SO?在液相中向反應(yīng)區(qū)擴(kuò)散;(3)與SO?反應(yīng)的水，在液相中向反

應(yīng)區(qū)擴(kuò)散;(4)SO3與水發(fā)生反應(yīng);(5)生成的硫酸向液相主體擴(kuò)散。

干吸工藝的特點(diǎn)是什么?

答：(1)低位高效;

(2)串酸方式的設(shè)計(jì)，省去了成品酸脫吸系統(tǒng)，減少尾氣中SO?的濃度;

(3)泵槽加水型設(shè)計(jì)，使混酸更加均勻，減輕對(duì)設(shè)備的腐蝕;

(4)濃酸冷卻器放在泵后，提高了傳熱效果，減小換熱面積，縮短酸管道，降低工程造價(jià)。

什么是"二轉(zhuǎn)二吸",它有什么優(yōu)缺點(diǎn)?

答："二轉(zhuǎn)二吸"是指在SO?大部分氧化為SO?以后，在一個(gè)中間吸收塔內(nèi)先將SO?吸收除去，然后使氣體再一次通過催化劑床層，讓尚未氧化的SO?，進(jìn)一步氧化為SO₃。最后，使氣體通過最終吸收塔，將新生成的SO?吸收除去。SO₂轉(zhuǎn)化為SO?是可逆反應(yīng)。由于在第一階段轉(zhuǎn)化以后即將生成的SO?吸收除去，有利于殘余SO?的進(jìn)一步轉(zhuǎn)化，從而使最終轉(zhuǎn)化率可提高到99.7%以上。

二轉(zhuǎn)二吸法的優(yōu)點(diǎn)是保證了轉(zhuǎn)化率和吸收率，降低物料消耗、污染排放。其缺點(diǎn)是工藝流程較復(fù)雜，層間換熱、兩次吸收增加了眾多設(shè)備，設(shè)備和觸媒投入比一轉(zhuǎn)一吸高，成本較大。

影響吸收率的主要因素有哪些?

答：影響吸收率的因素主要有：用作吸收劑的硫酸濃度、吸收溫度、循環(huán)酸量、設(shè)備結(jié)構(gòu)和氣流速度等。

(1)硫酸濃度。硫酸濃度過高，會(huì)使吸收塔內(nèi)SO?分壓與進(jìn)塔氣體中SO?分壓相當(dāng)，使吸收過程減緩甚至停止;濃度過低，SO₃與水反應(yīng)生成硫酸的同時(shí)放出大量的熱，形成酸霧，影響吸收效率，易造成設(shè)備的損壞。

(2)吸收溫度。影響吸收溫度的主要因素是酸溫和氣溫。要選擇合適的酸溫及氣溫，提高SO?吸收率。

(3)循環(huán)酸量。若酸量不足，填料表面不能充分濕潤，影響傳質(zhì)，導(dǎo)致吸收率下降;若酸量過多，使得流體阻力變大，增加動(dòng)力消耗。因此，需要選擇合適的循環(huán)酸度。

(4)氣流速度。若氣體流速過快，動(dòng)力的消耗增加，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生液泛現(xiàn)象，使氣體中夾雜大量液體;氣速過小，會(huì)使得設(shè)備利用率下降。

(5)吸收設(shè)備。要有足夠的傳質(zhì)面積和性能優(yōu)越的填料，按照規(guī)定流程操作，提高設(shè)備利用率，借以提高吸收率。

采用循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的弊端有哪些，如何解決?

答：采用循環(huán)冷卻水后，會(huì)產(chǎn)生一系列的水質(zhì)障礙，如水垢腐蝕、沉積物、菌藻類等，降低了換熱效率，縮短了設(shè)備的使用壽命，增加維護(hù)工作量。

為解決這個(gè)問題，需要加入緩蝕劑、阻垢劑，加入后可以破壞垢體晶體的增長;吸附微小顆粒，避免析出;增大成垢化合物的溶解度;降低沉降速度;抑制陰、陽極過程，減少電腐蝕;在金屬設(shè)備表面形成難溶性的膜，減少氧化腐蝕。利用此方法清潔水質(zhì)，提高換熱效率，延長設(shè)備使用壽命。