一種富含CaSO4物料的高溫熔融鹽處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種富含化s〇4物料的高溫烙融鹽處理方法，屬于冶金和化工環(huán)保技 術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的富含化s〇4的物料憐石膏、脫硫石膏、石灰鐵鹽法廢 水污泥等都屬于固體廢棄物，其中部分還是屬于危險(xiǎn)廢棄物。
[0003] 富含化S〇4的物料大都屬于工業(yè)固體廢棄物，冶金工業(yè)每年都產(chǎn)生大量的固廢物， 據(jù)相關(guān)報(bào)告顯示，我國截止目前堆存的工業(yè)固體廢棄物高達(dá)20億噸，僅我國有色金屬冶煉 行業(yè)每年就要產(chǎn)生超過7000萬噸的固體廢物。
[0004]W銅冶煉企業(yè)為例，我國是銅冶煉生產(chǎn)大國，由于近年來銅產(chǎn)量持續(xù)快速增長(zhǎng)，導(dǎo) 致銅火法冶煉企業(yè)每年需要處理大量含重金屬及含神的酸性廢水，大量含重金屬的酸性 廢水經(jīng)廢水處理工藝處理后產(chǎn)生大量的固體廢渣，稱為銅污泥，而銅污泥就屬于一種富含 CaS〇4的物料。還有，在憐化工領(lǐng)域，2014年全國憐石膏產(chǎn)生量約7500萬噸，堆存量已達(dá)2. 5 億噸。在國家與行業(yè)已出臺(tái)市場(chǎng)準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)圖集、施工、技術(shù)規(guī)程等情況下，20余年來 全國20多個(gè)省市都大力開發(fā)應(yīng)用憐石膏。但是，2014年憐石膏的利用率仍只有25%左右， 并且僅用于水泥緩凝劑和建筑石膏等。隨著全球工業(yè)持續(xù)快速的發(fā)展，人們對(duì)生態(tài)環(huán)境保 護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，因此，如何有效、合理、科學(xué)地處理運(yùn)些富含CaS〇4物料已引起相關(guān)行業(yè)和環(huán) 保部口的重點(diǎn)關(guān)注，將其無害化和資源化處理必將成為國內(nèi)外冶金與環(huán)保工作者研究的重 點(diǎn)。本專利探求出一種新的富含化S〇4物料的處置方法一高溫烙融鹽處理法，有理由相信， 運(yùn)不僅會(huì)產(chǎn)生一定經(jīng)濟(jì)效益，更重要的在于其帶來的環(huán)保效益和社會(huì)效益。

【發(fā)明內(nèi)容】
陽〇化]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題及不足，本發(fā)明提供一種富含化s〇4物料的高溫烙 融鹽處理方法。本發(fā)明在烙融鹽體系下，用碳質(zhì)還原劑(煤、焦炭、天然氣等）作為還原劑來 還原分解化S〇4制取so2與化0,so2可用于制酸，CaO可作化工原料。烙融鹽起到反應(yīng)介質(zhì) 和儲(chǔ)放熱的功能，既可達(dá)到節(jié)能降耗的目的，又能避免反應(yīng)過程熱點(diǎn)和=廢的產(chǎn)生，用于處 理富含化S〇4物料可W避免結(jié)渣，有利于連續(xù)性生產(chǎn)。本發(fā)明的系統(tǒng)充分利用了化SO4物料 中化元素和S元素，使得化S〇4物料的處理成本得到較大降低，本發(fā)明通過W下技術(shù)方案 實(shí)現(xiàn)。
[0006] 一種富含化s〇4物料的高溫烙融鹽處理方法，其具體步驟如下： (1)處理富含化S〇4物料的高溫烙融鹽處理裝置包括烙融鹽反應(yīng)器、CaO分離器、烙融 鹽儲(chǔ)存罐和烙融鹽儲(chǔ)存加熱系統(tǒng)； (2)首先將烙融鹽體系加熱到1323K~1423K放入到烙融鹽反應(yīng)器中，從烙融鹽反應(yīng)器 頂部加入富含化S04物料，然后從烙融鹽反應(yīng)器底部通入流量為100~80(Mcm3 ? min 1的氮 氣，碳質(zhì)還原劑W氮?dú)鉃檩d氣從底部進(jìn)入烙融鹽反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)0. 5~lOh，制備得到S〇2和 c〇2混合氣W及化0,生成的so2和CO2混合氣從烙融鹽反應(yīng)器頂部流出，經(jīng)冷凝器冷凝、凈 化后得到富S〇2尾氣最后進(jìn)行制酸； (3)步驟（2)制備得到的CaO逐漸沉向底部，當(dāng)反應(yīng)完成后將CaO和烙融鹽一同導(dǎo)入CaO分離器（由于兩者的密度不一樣，上層為烙融鹽，下層為氧化巧，通過現(xiàn)有分離器即能將 烙融鹽和氧化巧分離）得到將CaO和烙融鹽，烙融鹽經(jīng)烙融鹽清理系統(tǒng)處理后(清理即將漂 浮在烙融鹽上面的顯而易見的殘?jiān)謇淼簦┻M(jìn)入第一個(gè)烙融鹽儲(chǔ)罐，然后通過烙融鹽循環(huán) 系統(tǒng)進(jìn)入到加熱器中加熱，最后進(jìn)去到第二個(gè)烙融鹽儲(chǔ)罐從而流進(jìn)烙融鹽反應(yīng)器(選擇兩 個(gè)烙融鹽儲(chǔ)存罐是為了便于控制生產(chǎn)過程，提高安全系數(shù)，烙融鹽主要儲(chǔ)存在兩個(gè)罐子里， 一個(gè)高溫，一個(gè)低溫，一旦出現(xiàn)漏液或者其他狀況，兩個(gè)罐子可W將整個(gè)流程的烙融鹽儲(chǔ)存 起來)。
[0007] 所述步驟（1)中的富含化s〇4物料為銅污泥或憐石膏。富含化so4物料占烙融鹽 質(zhì)量的比例為5~40%。
[0008] 所述步驟（2)中烙融鹽體系為化2CO3、K2CO3、LizCOs中的一種、兩種或S種的混合 物，兩種混合物時(shí)質(zhì)量比為0. 5~1. 5:0. 5~1. 5,S種混合物時(shí)質(zhì)量比為0. 5~1. 5 :0. 5~1. 5 : 0? 5~1. 5。
[0009] 所述步驟（2)中碳質(zhì)還原劑為煤、焦炭或天然氣，碳質(zhì)還原劑的加入量為富含CaS〇4物料中化SO4與碳質(zhì)還原劑中碳的摩爾比為1. 5~2. 0 :1。
[0010] 本發(fā)明的有益效果是： (1) 反應(yīng)在烙融鹽體系中進(jìn)行，反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)條件和熱力學(xué)條件極其優(yōu)越，使得反應(yīng)十 分容易控制，留給工程設(shè)計(jì)和實(shí)際生產(chǎn)環(huán)節(jié)的自由量十分寬裕； (2) 反應(yīng)在烙融鹽體系中進(jìn)行，通過烙融鹽優(yōu)越的熱傳導(dǎo)性能使反應(yīng)溫度場(chǎng)更加均勻， 避免熱點(diǎn)問題的產(chǎn)生，使反應(yīng)更易進(jìn)行； (3) 利用烙融鹽的儲(chǔ)熱功能，使反應(yīng)過后的余熱大部分儲(chǔ)存于烙融鹽中，烙融鹽循環(huán)使 用，同時(shí)提高混合氣及化0的系統(tǒng)熱利用率，達(dá)到節(jié)能降耗的目的； (4) 該烙融鹽處置方法與傳統(tǒng)的還原分解化S〇4物料相比，反應(yīng)尾廢氣極其容易控制， 不會(huì)向大氣排放有毒有害的污染物，是環(huán)境友好的富含化S〇4物料的處置方法； (5) 整個(gè)工藝流程短，可W避免固定床或者回轉(zhuǎn)害反應(yīng)過程中存在的結(jié)渣等問題。
【附圖說明】
[0011] 圖1是本發(fā)明工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。 陽〇1引 實(shí)施例1 如圖1所示，該富含化S〇4物料的高溫烙融鹽處理方法，其具體步驟如下： (1)處理富含化S〇4物料的高溫烙融鹽處理裝置包括烙融鹽反應(yīng)器、CaO分離器、烙融 鹽儲(chǔ)存罐和烙融鹽儲(chǔ)存加熱系統(tǒng)；其中富含化S〇4物料為憐石膏，其質(zhì)量百分比成分如表1 所示； 表1
(2) 首先將烙融鹽體系加熱到1323K放入到烙融鹽反應(yīng)器中，從烙融鹽反應(yīng)器頂部加 入富含化S〇4物料，然后從烙融鹽反應(yīng)器底部通入流量為lOONcm3 ?min1的氮?dú)猓假|(zhì)還 原劑W氮?dú)鉃檩d氣從底部進(jìn)入烙融鹽反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)化，制備得到S〇2和C02混合氣W及 化0,生成的S〇2和C02混合氣從烙融鹽反應(yīng)器頂部流出，經(jīng)冷凝器冷凝、凈化后得到富SO2尾 氣最后進(jìn)行制酸；其中富含化S〇4物料與烙融鹽體系的質(zhì)量比為2 :5 ;烙融鹽體系為質(zhì)量比 為1:1的胞2〇)3和K2CO3;碳質(zhì)還原劑為煤，碳質(zhì)還原劑的加入量為富含CaSO4物料中化SO4 與碳質(zhì)還原劑中碳的摩爾比為1. 5 :1 ; (3) 步驟（2)制備得到的CaO逐漸沉向底部，當(dāng)反應(yīng)完成后將CaO和烙融鹽一同導(dǎo)入 CaO分離器得到將CaO和烙融鹽，烙融鹽經(jīng)烙融鹽清理系統(tǒng)處理后進(jìn)入第一個(gè)烙融鹽儲(chǔ)罐， 然后通過烙融鹽循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)入到加熱器中加熱，最后進(jìn)去到第二個(gè)烙融鹽儲(chǔ)罐從而流進(jìn)烙 融鹽反應(yīng)器(為了安全和便于控制生產(chǎn)流程)。
[0014] 上述生成的S〇2和C02混合氣中so2體積百分比為1〇%~25%，C02百分比5%~13%，絕 大部分硫元素已經(jīng)被還原為S〇2。 陽〇1引實(shí)施例2 如圖1所示，該富含化S〇4物料的高溫烙融鹽處理方法，其具體步驟如下： (1) 處理富含化S〇4物料的高溫烙融鹽處理裝置包括烙融鹽反應(yīng)器、CaO分離器、烙融 鹽儲(chǔ)存罐和烙融鹽儲(chǔ)存加熱系統(tǒng)；其中富含化S〇4物料為憐石膏，其質(zhì)量百分比成分如表2 所示； 表2
(2)首先將烙融鹽體系加熱到1323K放入到烙融鹽反應(yīng)器中，從烙融鹽反應(yīng)器頂部加 入富含化S〇4物料，然后從烙融鹽反應(yīng)器底部通入流量為lOONcm3?min 1的氮?dú)?，碳質(zhì)還 原劑W氮?dú)鉃檩d氣從底部進(jìn)入烙融鹽反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)化，制備得到S〇2和C02混合氣W及 化0,生成的S〇2和C02混合氣從烙融鹽反應(yīng)器頂部流出，經(jīng)冷凝器冷凝、凈化后得到富SO2尾 氣最后進(jìn)行制酸；其中富含CaS〇4物料與烙融鹽體系的質(zhì)量比為1:20;烙融鹽體系為質(zhì)量 比為1:1:1的Na2C〇3、K2C〇3和Li2CO3;碳質(zhì)還原劑為焦炭，碳質(zhì)還原劑的加入量為富含化SO4 物料中化SO4與碳質(zhì)還原劑中碳的摩爾比為2.0:1; (3) 步驟（2)制備得到的CaO逐漸沉向底部，當(dāng)反應(yīng)完成后將CaO和烙融鹽一同導(dǎo)入 CaO分離器得到將CaO和烙融鹽，烙融鹽經(jīng)烙融鹽清理系統(tǒng)處理后進(jìn)入第一個(gè)烙融鹽儲(chǔ)罐， 然后通過烙融鹽循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)入到加熱器中加熱，最后進(jìn)去到第二個(gè)烙融鹽儲(chǔ)罐從而流進(jìn)烙 融鹽反應(yīng)器(便于安全生產(chǎn)，便于控制整個(gè)生產(chǎn)流程)。
[0016] 上述生成的S〇2和C02混合氣中so2體積百分比為9%~23%。
[0017]實(shí)施例3 如圖1所示，該富含化S〇4物料的高溫烙融鹽處理方法，其具體步驟如下： (1)處理富含化S〇4物料的高溫烙融鹽處理裝置包括烙融鹽反應(yīng)器、CaO分離器、烙融 鹽儲(chǔ)存罐和烙融鹽儲(chǔ)存加熱系統(tǒng)；其中富含化S〇4物料為石灰鐵鹽法廢水銅污泥，其質(zhì)量百 分比成分如表3所示； 表3
(2) 首先將烙融鹽體系加熱到1323K放入到烙融鹽反應(yīng)器中，從烙融鹽反應(yīng)器頂部加 入富含化S〇4物料，然后從烙融鹽反應(yīng)器底部通入流量為lOONcm3 ?min1的氮?dú)?，碳質(zhì)還 原劑W氮?dú)鉃檩d氣從底部進(jìn)入烙融鹽反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)化，制備得到S〇2和C02混合氣W及 化0,生成的S〇2和C02混合氣從烙融鹽反應(yīng)器頂部流出，經(jīng)冷凝器冷凝、凈化后得到富SO2 尾氣最后進(jìn)行制酸；其中富含化S〇4物料與烙融鹽體系的質(zhì)量比為23 :100 ;烙融鹽體系為 質(zhì)量比為0. 5:1. 5的胞2〇)3和Li2CO3;碳質(zhì)還原劑為天然氣，碳質(zhì)還原劑的加入量為富含 CaS〇4物料中CaS〇4與碳質(zhì)還原劑中碳的摩爾比為1.8 :1 ; (3) 步驟（2)制備得到的CaO逐漸沉向底部，當(dāng)反應(yīng)完成后將CaO和烙融鹽一同導(dǎo)入 CaO分離器(密度差）得到將C