艾薩法鉛冶煉煙氣制硫酸脫色方法的研究

劉小豐，陸占清，張 威

(云南馳宏資源綜合利用有限公司，云南 曲靖 655000)

引言

硫酸作為重要基礎(chǔ)化工原料之一，被稱為“工業(yè)之母”，主要用作無機(jī)化肥和化工生產(chǎn)的基礎(chǔ)原料，廣泛應(yīng)用于金屬加工、有色冶煉、化學(xué)制造、石油工業(yè)、日用品生產(chǎn)以及國防軍工、醫(yī)藥制造等領(lǐng)域。

云南馳宏資源綜合利用有限公司(以下簡稱公司)采用艾薩法煉鉛，產(chǎn)生的鉛冶煉煙氣通過接觸法制酸。艾薩熔煉法由芒特·艾薩礦業(yè)有限公司與澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)組織共同開發(fā)，并于1983年，經(jīng)過3年時(shí)間實(shí)踐，開創(chuàng)了艾薩法煉鉛的新紀(jì)元。公司自引進(jìn)艾薩爐后，于2005年7月31日產(chǎn)出第一錠粗鉛，成為國內(nèi)第一座產(chǎn)業(yè)化運(yùn)行成功的鉛冶煉艾薩爐。其工藝經(jīng)過優(yōu)化改造后于2019年重新開產(chǎn)，熔煉過程中SO2煙氣經(jīng)過處理制成硫酸產(chǎn)品出售，硫酸產(chǎn)量 90 kt/a。但新工藝生產(chǎn)的硫酸經(jīng)常出現(xiàn)發(fā)黑現(xiàn)象，對(duì)比國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 534-2014《工業(yè)硫酸》質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(表1)，對(duì)發(fā)黑硫酸進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)色度、透明度均不達(dá)標(biāo)。因此，本文針對(duì)硫酸產(chǎn)品外觀質(zhì)量問題進(jìn)行了硫酸脫色的實(shí)驗(yàn)研究。

表1 濃硫酸產(chǎn)品質(zhì)量要求

1 發(fā)黑硫酸脫色實(shí)驗(yàn)研究

1.1 硫酸發(fā)黑的原因分析

本文中工業(yè)硫酸的生產(chǎn)，由于多段工藝結(jié)合，帶來收塵系統(tǒng)雜質(zhì)的引入、噴槍柴油不完全燃燒、煤焦油揮發(fā)等問題，常常導(dǎo)致硫酸產(chǎn)品發(fā)黑的現(xiàn)象發(fā)生[1]。

ISA爐采用富氧頂吹的方式進(jìn)行煉鉛，冶煉過程中SO2煙氣在引風(fēng)機(jī)作用下通過管道進(jìn)入煙氣制酸系統(tǒng)中。因?yàn)樵V中含有部分浮選劑、原煤和礦物的燃燒產(chǎn)生的有機(jī)物和爐子噴槍瞬時(shí)給油量大，來不及充分燃燒的油滴隨著蒸發(fā)的水分一起進(jìn)入到上升煙道中，最終來到煙氣制酸的干燥、吸收環(huán)節(jié)，隨著與濃硫酸的接觸將這些有機(jī)物中帶有的“生色團(tuán)”碳化，造成了鉛系統(tǒng)硫酸的發(fā)黑現(xiàn)象。

1.2 凈化脫色的原理

鑒于硫酸發(fā)黑原因?yàn)橛袡C(jī)物造成，理論上可以使用高錳酸鉀飽和液作為強(qiáng)氧化劑以此破壞有機(jī)物中生色的碳碳鍵。對(duì)于高錳酸鉀過量會(huì)造成硫酸呈現(xiàn)Mn7+的紫色，過少則硫酸脫色不完全的問題[2]，選擇加入雙氧水作為兩性氧化物，其氧化電位略低于高錳酸鉀，要得到最佳脫色效果，需要加入高錳酸鉀至微過量，再用雙氧水進(jìn)行還原。

具體采用加入高錳酸鉀溶液直至硫酸呈現(xiàn)紫色，然后再加入雙氧水至紫色消失。在高錳酸鉀溶液環(huán)境中，雙氧水作為還原劑使用。在這個(gè)過程中，過量的Mn7+被還原為Mn4+(產(chǎn)生沉淀)或Mn2+(無色)，達(dá)到脫色的目的[3-4]。至于多余的雙氧水，則與煙氣進(jìn)行反應(yīng)形成硫酸，反應(yīng)式如下：

2 硫酸脫色實(shí)驗(yàn)方法對(duì)比

2.1 高錳酸鉀脫色實(shí)驗(yàn)

固定發(fā)黑硫酸加入量，在常溫下加入高錳酸鉀飽和液并不斷攪拌，反應(yīng)時(shí)間 1 h，觀察硫酸顏色變化情況。

由表2、表3可以直觀看出當(dāng)發(fā)黑硫酸顏色越深時(shí)，需加入的高錳酸鉀的量越多，當(dāng)高錳酸鉀加入過量，引入的Mn7+會(huì)重新造成硫酸的色度下降；另一方面高錳酸鉀能一定程度改善發(fā)黑硫酸的外觀顏色，但不能從本質(zhì)上提高硫酸的色度質(zhì)量以及透明度。

表2 高錳酸鉀脫色實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) (A組)

表3 高錳酸鉀脫色實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) (B組)

2.2 雙氧水脫色實(shí)驗(yàn)

固定發(fā)黑硫酸加入量，在常溫下加入w(H2O2)=27.5%的工業(yè)一級(jí)雙氧水并不斷攪拌，反應(yīng)時(shí)間 1 h，觀察硫酸顏色變化情況。

從表4中可以看出雙氧水的加入可以改善發(fā)黑硫酸的外觀顏色，但雙氧水加入過量也會(huì)造成酸濃度下降，同時(shí)造成硫酸微發(fā)黃；另一方面當(dāng)硫酸發(fā)黑問題嚴(yán)重時(shí)，雙氧水脫色效果不明顯。

表4 雙氧水脫色實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.3 高錳酸鉀+雙氧水脫色實(shí)驗(yàn)

固定發(fā)黑硫酸加入量，在常溫下按照V(高錳酸鉀)∶V(雙氧水)=10∶1，加入高錳酸鉀飽和液至硫酸呈現(xiàn)淺紫色，然后再加入雙氧水至紫色消失，反應(yīng)時(shí)間 1 h，觀察硫酸顏色變化情況。

從表5中可以看出在常溫條件下，通過加入高錳酸鉀飽和液至硫酸呈現(xiàn)淺紫色，然后再加入雙氧水的方式可以有效提高硫酸色度質(zhì)量和透明度。并且在發(fā)黑現(xiàn)象嚴(yán)重的情況下，也能解決硫酸呈醬油色的問題。

表5 高錳酸鉀+雙氧水脫色實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

3 高錳酸鉀與雙氧水配比對(duì)硫酸脫色效果的影響

通過改變高錳酸鉀與雙氧水配比，在保證酸濃度條件下探究其對(duì)硫酸顏色的影響情況，結(jié)果見表6。

表6 高錳酸鉀與雙氧水配比對(duì)硫酸脫色效果的影響

結(jié)果表明，硫酸顏色穩(wěn)定情況下，高錳酸鉀與雙氧水的配比比例將直接影響硫酸外觀顏色的脫色效果。高錳酸鉀溶液過量，酸濃降低明顯；雙氧水使用過量，硫酸呈黃色。實(shí)際過程中，應(yīng)加入高錳酸鉀溶液至硫酸剛好呈淺紫色時(shí)，加入10%體積的雙氧水(工業(yè)一級(jí)27.5%)，待其靜置褪色后則可保證硫酸濃度和良好的脫色效果。

4 結(jié)語

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看高錳酸鉀結(jié)合雙氧水的硫酸脫色技術(shù)對(duì)于艾薩法鉛冶煉煙氣制酸工藝非常有效，發(fā)黑硫酸經(jīng)脫色后能變?yōu)闇\黃色甚至是亮白色，并在一定程度上能提高色度質(zhì)量以及透明度，增加的生產(chǎn)成本僅3元/t。經(jīng)過優(yōu)化改進(jìn)后，此技術(shù)有一定的工業(yè)應(yīng)用前景。