硫铁矿制酸工艺

概述江铜化工（JTHG）第一章概述第一节装置概况江西铜业集团化工有限公司老系统硫酸装置设计生产能力为10万吨／年，以德兴铜矿副产硫精矿为原料，采用氧化焙烧，干法除尘，稀酸酸洗净化和两转两吸接触法制酸工艺。本装置还具有高回收率和低“三废”排放等优点。总硫回收率期望值可达97％（保证值为96.0％以上），工艺流程采用了二转二吸制酸工艺，“3+1”四段转化，提高硫的利用率，使尾气中SO2及硫酸雾的排放指标低于《大气污染物综合排放标准》，净化工段20％稀酸外运到大山厂和泗州厂做为选矿药剂使用，不外排；硫酸钡烧渣是优质铁精矿，直接销售给钢铁厂，达到综合利用的目的。鼓风机噪音采用消声、隔声及不设固定岗位等有效措施。本装置技术新、可靠性高，采用以下具有成功业绩的最新技术：DCS控制系统；阳极保护管壳式酸冷器；二吸塔用高效除雾器控制尾气排放带出酸沫等。现在建设的江西铜业（德兴）60万吨/年硫铁矿循环经济项目一期工程规模为30万吨/年，项目建成后，年产98%工业硫酸25万吨，105%发烟硫酸15万吨，优质铁精粉18.2万吨，余热发电量7800万度。计划于2012年6月竣工投产。第二节硫酸及硫氧化物的性质1硫酸的物理性质硫酸的分子量为98.078，分子式为H2SO4。从化学意义上讲，是三氧化硫与水的等摩尔化合物，即SO3·H2O。在工艺技术上，硫酸是指SO3与H2O以任何比例结合的物质，当SO3与H2O的摩尔比≤1时，称为硫酸，它们的摩尔比﹥1时，称为发烟硫酸。概述江铜化工（JTHG）硫酸的浓度有各种不同的表示方法，在工业上通常用质量百分比浓度表示。硫酸的主要物理性质为：20℃时密度g/cm31.8305熔点℃10.37+0.05沸点℃100%275+598.479%(最高)326+5气化潜热(326.1℃时),KJ/mol50.124熔解热(100%),KJ/mol10.726比热容(25℃),J/(gk)98.5%1.41299.22%1.405100.39%1.3941.1外观特性浓硫酸是无色透明液体，能与水或乙醇混合，暴露在空气中迅速吸收空气中的水份。发烟硫酸是无色或微有颜色的粘稠状液体，敞口则挥发窒息性三氧化硫烟雾。1.2化学组成分子量：98.08O分子式：H2SO4‖分子结构：HO－S－OH‖O1.3密度100%H2SO4在20℃时的密度为1.8305g/cm3，同一温度下，硫酸溶液的密度首先随它的浓度增加而增加，当浓度达到98.3％时其密度达到概述江铜化工（JTHG）最大值。当酸浓由98.3％到100％，随酸浓增大而下降，当为100%浓度时，出现密度的最小值（附表于后）。发烟硫酸的密度随其中游离的SO3含量的增加而增加，达到62％时密度为最大，以后随SO3含量增加密度减小，直到100%液体SO3。（附表于后）随着温度的升高，硫酸密度减小、体积增大，硫酸密度于是成为函数变量，其密度与浓度的关系见附表。表1-1：硫酸溶液的密度（20℃时）H2SO4含量密度克/厘米3SO3含量%总重量%重量克/升10106.61.06618.1620227.91.139416.3330365.51.218524.4940521.11.302832.6550697.61.395140.8060898.91.498248.957011271.610557.148013821.727265.319016331.814473.479517421.833777.559617621.835578.379717811.836479.189817991.836580.009918161.843280.8110018301.830581.63104.519811.90285.31概述江铜化工（JTHG）表1-2硫酸密度与温度的关系重量%密度g/cm3温度℃110203040506070809093959697989910001.00751.07351.15101.23261.31791.41101.51541.62931.74821.83611.84901.85441.85601.85681.85681.85511.8517101.00691.07001.14531.22551.31031.40001.50671.61981.73761.82521.83841.84391.84571.84651.84551.84451.8409201.00561.06611.13911.21851.30281.39511.49821.61051.72021.81441.82791.83371.83551.83641.83651.83421.8305301.00221.6171.13351.21151.29631.38721.48981.60411.71701.80881.81761.82361.82581.82681.82651.82421.8205400.99861.06701.12751.20461.28781.37951.48161.59251.70691.79331.80741.81371.815711651.81671.81451.8108500.99441.05171.12151.119781.28061.37191.47351.58381.69711.78291.79741.80401.80601.80701.80721.80501.8015600.98951.04601.11531.19091.27321.36441.46561.57501.68731.77291.78761.79441.79561.79761.79781.79581.7926800.97791.03381.10211.77101.25981.13941.44971.55821.66801.75251.76811.77511.77731.77841.77871.77781.77651000.96451.02041.08851.16301.24461.33481.43441.54171.64031.73311.74851.75611.75861.76061.76091.76091.7607硫铁矿制酸主要工艺原理江铜化工（JTHG）图1-1SO3水溶液在40℃时的密度变化趋势图密度g/cm32.22.01.81.61.41.21.00.8020406080100120406080100硫酸浓度％H2SO4。发烟硫酸浓度％SO3游离1.4粘度硫酸的粘度随温度的升高而降低。硫酸溶液与发烟硫酸的粘度随其浓度增加而升高，随温度提高而降低。表1-3硫酸粘度与温度的关系数据硫酸浓度%粘度（帕.秒）15℃20℃30℃40℃50℃930.03170.02310.01560.01210.0084980.03490.02580.01710.01290.0094104.50.04740.03660.02880.02080.01281.5结晶温度硫酸溶液的结晶温度随硫酸含量的不同而在一个较大的范围内波动。由于硫酸的结晶湿度随其浓度的不同有很大变化，为储存和运输方便，避免在冬季冻结或结晶，商品硫酸的浓度都规定为结晶浓度低的浓度,如化工公司的主产品硫酸为98%酸，其结晶浓度为-0.7℃左右。硫铁矿制酸主要工艺原理江铜化工（JTHG）表1-4不同浓度硫酸结晶温度硫酸浓度%92.5939797.59898.5100104.5结晶温度℃-22-29-6.9-3.7-1.1+1.8+10.9+2.51.6二氧化硫在硫酸及发烟硫酸中的溶解度二氧化硫在同一浓度的硫酸中其溶解度随温度的升高而降低。在不同浓度的硫酸中随浓度增高而降低，直到硫酸浓度83.3%最低。此后，酸浓增加时，则二氧化硫溶解度又逐渐增加。表1-5二氧化硫在硫酸及发烟硫酸中的溶解度硫酸浓度%H2SO4SO2溶解度(克/100克H2SO4)102030405080100755.702.462.041.501.150.560.42854.601.381.291.000.730.370.30904.723.041.961.491.160.620.37955.803.022.231.661.380.750.421006.993.822.722.021.720.990.54100.410.875.944.313.262.712.071.241.7三氧化硫和水混合热硫酸溶解于水释放的热量称为溶解热。硫酸溶解于水，也可看作被水稀释，从这个意义上讲，这一过程产生的热效应也可称为稀释热。可以利用积分溶解热和微分溶解热计算硫酸稀释过程的热效应。在25℃条件下，将1kgH2SO4溶解于nkg水中，生成(n＋1)kg浓度为C的溶液，此过程放出的热量称为C浓度H2SO4的积分溶解热。微分溶解热是指将1kg水加到无限多浓度为C的硫酸中所放出的热量。由于硫酸的数量为无限多，加水后，可以认为其浓度不变。三氧化硫和水混合时，放出热量。此热效应称为三氧化硫和水的混合热。它与硫铁矿制酸主要工艺原理江铜化工（JTHG）生成硫酸的浓度，混合温度有关。硫酸越稀，混合热越大。混合温度越高，混合热越大。表1-6三氧化硫和水的混合热单位：kJ／molSO3温度℃生成硫酸浓度80909810015123.9108.992.5087.8040129.0113.997.6092.9060132.7117.6101.396.7080136.4121.4105.1100.52硫酸的化学性质硫酸是一种强酸。作为二元酸，它有中性盐（硫酸盐）和酸式盐（硫酸氢盐）。硫酸中的硫原子具有最高原子价+6价，由于硫的原子价趋向于降低，所以硫酸具有氧化剂的性质。同时，依还原剂的不同，硫酸可以还原到SO2、S和H2S。根据硫酸浓度的不同，在生成ZnSO4的同时，或者生成SO2，或者S，或者H2S。浓硫酸与碳反应时，碳被氧化为CO2,H2SO4被还原为SO2。H2SO4与元素硫反应时，H2SO4被还原为SO2，元素硫也被氧化为SO2。稀硫酸中的硫原子通常不具有强烈的氧化性。稀硫酸只能氧化按电动序排列在氢左面的金属。例如，稀硫酸与锌反应，生成硫酸锌和氢。在这个反应中，锌是依靠氢离子的还原而氧化的，不是依靠硫原子价的改变。浓硫酸的强脱水剂，对于有机物和人的皮肤有强烈的破坏使用。浓硫酸与硝酸混合，组成硝化剂，广泛应用于有机化合物的硝化衍生物，广泛用于炸药、医药、染料和食品等工业生产。硫铁矿制酸主要工艺原理江铜化工（JTHG）浓硫酸与发烟硫酸、三氧化氯磺酸都是磺化剂，它们可以反磺酸基引入有机化合物。许多种医药、农药和染料的生产都是基于芳香族有机化合物的磺化。2.1与金属反应，生成该金属的硫酸盐，故而硫酸对金属具有强烈的腐蚀性。Zn十H2SO4＝ZnSO4十H2Fe十H2SO4＝FeSO4十H22.2与金属氧化物直接作用，生成该金属盐，利用此法可以制取相应的金属盐。Fe2O3十3H2SO4＝Fe2（SO4）3十3H2OCuO十H2SO4＝CuSO4十H2O2.3与其他酸类的盐相互作用，生成新的酸类2NaCl十H2SO4＝NaSO4十2HClCa3(PO4)十H2SO4=2H3PO4十3CaSO42.4与氨作用，生成硫酸铵2NH3十H2SO4=（NH4）2SO42.5与有机化合物反应。如磺化反应因硫酸性质活泼，故对生产过程中的设备、管道的材质要求耐腐蚀性要好，同时也考虑它们的机械强度，加工难易程度，以及耐热性等。2.6接触法生产硫酸以硫铁矿或硫精矿为原料，经原料处理、沸腾焙烧制取SO2、炉气净化、SO2接触氧化成SO3、SO3吸收制成浓度不同的硫酸，其主要的化学反应如下：焙烧反应：2FeS2＝2FeS+S2–Q（1）S2十O2＝2SO2＋Q（2）硫铁矿制酸主要工艺原理江铜化工（JTHG）4FeS十7O2＝4SO2十2Fe2O3十Q（3）3FeS十5O2＝3SO2十Fe3O4十Q（4）二氧化硫接触氧化：SO2十1/2O2=SO3十Q（5）三氧化硫吸收：SO3十H2O=H2SO4十Q（6）如果焙烧过程中床层温度低（400～450℃），氧过量则会生成硫酸盐和三氧化硫