[发明专利]一种硫酸制酸系统中废硫酸回收利用的装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种废硫酸回收的装置及其回收方法，尤其是一种高污染低浓度硫酸制酸系统中对废硫酸的回收装置及其回收方法，适用于硫铁矿、有色金属冶炼烟气制酸系统中稀酸洗涤净化装置排出的废硫酸的硫资源、有色金属资源、水资源回收利用装置及方法。

背景技术

硫铁矿制酸、有色金属冶炼烟气制酸是将含硫化合物转化为用途广泛的硫酸过程。然而，含尘、砷化合物、氟化物的二氧化硫气体多采用稀酸洗涤湿法工艺净化，装置中产生了大量的含有低浓度H₂SO₄以及As、Pb、Hg、Cd、Zn、Cu、Fe等污染物废水，如果直接排放不仅会浪费宝贵的硫、有色金属、水等资源，还会带来严重的环境污染。因此，酸性废水这里称稀硫酸的综合处理回收利用，成为硫酸工业、有色冶金全产业绿色化的关键。

按照硫酸制酸系统稀硫酸的处理目的划分，分为达标排放型、全回收利用型以及部分达标排放部分回收利用型。将稀硫酸处理后达到国家污水排放标准排出生产界区即为达标排放型；而将稀硫酸处理后满足硫酸产品国家标准要求以工艺水补充到干吸系统称为回收利用型。达标排放型稀硫酸处理方法有多种，主要有：中和法、 硫化法、 离子交换法、镁盐沉淀法、生物处理法等。但单一的方法，已满足不了现在环保的要求，往往是成本太高、难以产业化。得到广泛应用的方法是中和法—铁盐法、中和—硫化法； 对含砷浓度较低的废水一般采用石灰中和。硫化法去除As、重金属离子的反应原理为：2Mⁿ⁺ + nS^2- = M₂Sn ↓。由金属硫化物的溶解度数据可知，硫化物的溶度积要小得多，这意味着硫化法能够获得更高的去除率，而且可以在较高的酸性条件下也能达到很高的净化率；而中和法需要在稀硫酸中加入较高量的碱性物质，使溶液中的OH^-浓度达到较高的水平，才能达到理想的去除率。由稀硫酸的达标排放要求可知，达到日益严格的污水排放标准，必须将稀硫酸中的SO₄^2-、As^x-、F^-及重金属离子几乎全部沉淀除去，这样的话，需消耗大量的碱性物质。一般为了减小碱消耗成本，多使用石灰乳或电石渣。为了达到较高的金属离子排放标准，多采用中和—硫化—中和的工艺。无论采用中和—铁盐法、中和—硫化法，都存在一系列严重问题，如，设备庞大、流程较长、投资较高；都需要消耗大量的生石灰或熟石灰，需建立庞大的石灰乳生产装置、污水沉淀装置；反应形成的大量石膏由于销路问题，常常需要较大的堆放场地，由于含有一定量的As、F及有毒重金属离子，石膏形成了新的污染。而且价值较高的重金属得不到利用，不能实现废物资源化。

稀硫酸回收利用的净化工艺主要有硫化—浓缩工艺。所谓回收利用就是将酸洗净化排出的稀酸经过净化返回到干吸系统，充分利用排放稀酸的硫和水资源。但这里需将As、F、金属离子控制在一定的水平，使之不会导致产品酸的As、F金属离子的含量超标。这要面对两个问题，一是，高酸性条件的脱除As、F、金属离子，二是，控制返回稀酸的水含量（或者酸浓度），维系干吸系统的水平衡，使不同产品酸的产量满足市场要求。一般，在高浓度硫酸中要使各种金属离子的含量达到污水排放标准很困难，但是达到返回利用的要求还是可能的，这一点已得到工业化实验的证明。但是，要使返回的稀酸带回的水量不影响干吸系统的水平衡。

硫化过程硫化剂如果采用盐类物质，如最常用的是价廉易得的Na₂S，则会在稀酸中形成硫酸钠溶液，这种物质在40℃温度下溶解度最高，但随温度进一步升高溶解度有所下降，有可能在蒸发过程中在传热壁面上结晶形成固体Na₂SO₄·10H₂O，恶化设备操作条件。采用H₂S能够避免浓缩过程形成硫酸盐的可能。所以，在制酸系统现场发生硫化氢H₂S成为较好的选择。