銅冶煉副產品石膏的綜合利用研究

張玲玲

（江西銅業集團公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

銅冶煉副產品石膏的綜合利用研究

張玲玲

（江西銅業集團公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

闡述了國內外工業副產品石膏的處理現狀，研究了碳對石膏高溫分解反應的影響。試驗結果表明，碳的存在可以大幅降低石膏的分解溫度，閃速爐反應塔的溫度可以滿足碳存在時的石膏分解溫度要求，為工業石膏、活性焦這兩種固體廢棄物的處理及利用提供了途徑，可實現變廢為寶。

冶煉煙氣；工業副產品石膏；活性焦；高溫分解；閃速爐；綜合利用

1 引言

工業副產品石膏是工業生產中的一種副產物，主要成分是硫酸鈣,一般用于建筑行業，目前尚未得到其它更有效的利用，造成嚴重的資源浪費。尤其是磷酸鹽工業產出的磷石膏，大多采用圈地堆放的方法處理，不僅占用寶貴的土地資源，還污染環境。工業石膏的治理及資源化利用已成為一個亟需解決的問題。

貴溪冶煉廠銅冶煉過程中產生的大量二氧化硫煙氣用于生產工業硫酸。因煙氣中含有三氧化硫、銅、砷和氟等雜質，制酸前需采用凈化設備對煙氣進行洗滌凈化，得到的洗滌液進入廢酸、廢水處理工藝。處理過程中，為除去硫酸和氟，需添加碳酸鈣，此時會得到工業副產品石膏，年產量約為8萬t/年［1］。

煙氣制酸后的尾氣采用活性焦脫硫處理，工藝為活性焦脫硫吸附——活性焦再生——副產品生成。再生后的活性焦通過鏈條機、篩選設備等活性焦循環系統后，大部分活性焦返回脫硫塔進行循環使用，少量的活性焦粉末及吸附的灰塵被分離出去，成為廢活性焦［2］。

眾所周知，在銅閃速熔煉過程中，為改善爐況，會加入小比例的焦粉(一般為3‰左右)。同時，為改良渣性，造良性堿性渣，氧化鈣也經常被作為一種添加劑加入閃速爐［3］。能否將工業石膏和廢活性焦這兩種固體廢棄物加入閃速爐，進而使石膏在爐內分解成有利于爐況的氧化鈣？對此有必要開展碳存在條件下的石膏高溫分解試驗。

2 試驗原理

硫酸鈣高溫分解是一個十分復雜的物理化學過程，溫度和氣氛對其分解結果影響顯著［4］。硫酸鈣可發生分解反應生成氧化鈣，但其熱力學反應溫度高達1872K［5］。第一次世界大戰期間，德國人穆勒（Mueller）使用天然石膏生產硫酸時發現，焦炭的存在可以很大程度上降低石膏的分解溫度，認為CaSO4與C發生固一固反應生成了CaS；生成的CaS再與多余的CaSO4反應生成氧化鈣與二氧化硫［6］，即：

CaSO4+2C=CaS +2CO2↑

CaS+3CaSO4=4CaO+4SO2↑

2CaSO4+C=2CaO+2SO2↑+CO2↑

本試驗的目的就是考察在特定溫度（閃速爐反應塔溫度）、特定比例碳存在的條件下，硫酸鈣分解成氧化鈣的程度，從而判斷石膏、廢活性焦這兩種固體廢棄物是否能直接加入閃速爐，進而實現廢棄物的再利用。

3 試驗準備

試驗原料硫酸鈣的來源為工業副產品石膏，成分見表1所示。碳素物質的來源為含碳75%左右的廢活性焦粉末。

表1 工業副產品石膏的成分

試驗在上海實驗電爐廠生產的SK2-6-12型管式電阻爐內進行。由于條件所限，每批次試驗均取原料硫酸鈣1mol，即石膏170g。

4 試驗結果

硫酸鈣與碳的反應過程較為復雜，為了詳細了解反應進展情況，配制了不同摩爾比的硫酸鈣與碳進行試驗，充分考慮了碳充分過量，碳不足，以及碳的添加量處于這兩者之間的情況。

試驗考察了在不同溫度下，硫酸鈣直燒，以及硫酸鈣與碳的摩爾比為1∶0.5、1∶0.75、1∶1時，硫的脫除情況，硫脫除率越高，硫酸鈣分解效果越好。

（1）硫酸鈣直燒。

考察了硫酸鈣直燒，即不添加廢活性焦時，硫酸鈣在不同溫度下的分解情況，結果見表2。

表2 直燒時硫酸鈣高溫分解情況

由表2可以看出，直燒硫酸鈣，1200℃及以下溫度時，反應物中硫總量基本未變化，硫酸鈣未分解。

（2）摩爾比為1∶0.5。

考察了硫酸鈣與碳摩爾比為1∶0.5，即加入廢活性焦8g時，硫酸鈣在不同溫度下的分解情況，結果見表3。

表3 摩爾比為1∶0.5時硫酸鈣高溫分解情況

由表3可以看出，在硫酸鈣與碳摩爾比為1∶0.5條件下，1000℃及以下溫度時未發生明顯分解，1200℃時分解率為51.20%。

（3）摩爾比為1∶0.75。

考察了硫酸鈣與碳摩爾比為1∶0.75，即加入廢活性焦12g時，硫酸鈣在不同溫度下的分解情況，結果見表4。

表4 摩爾比為1∶0.75時硫酸鈣高溫分解情況

由表4可以看出，在硫酸鈣與碳摩爾比為1∶0.75的條件下，1000℃以下未發生明顯分解，1000℃時分解率為28.03%，1200℃時達到89.37%。

（4）摩爾比為1∶1。

考察了硫酸鈣與碳摩爾比1∶1，即加入廢活性焦16g時，硫酸鈣在不同溫度下的分解情況，結果見表5。

Study on Comprehensive Utilization of Gypsum as the By-product of Copper Smelting

ZHANG Ling-ling
（Guixi Smelt of Jiangxi Copper Corporation, Guixi 335424, Jiangxi, China）

In this paper, the handling situation of industrial by-product gypsum at home and abroad was laborated, and the influence of carbon on gypsum pyrolysis reaction was studied. The experimental results show that the presence of carbon could greatly reduce the decomposition temperature of gypsum. The temperature of the reaction tower in flash furnace could satisfy the temperature requirement of gypsum decomposition when carbon was present. It provided the basis for the treatment and utilization of two kinds of industrial solid waste gypsum, activated coke and industrial gypsum in this study, and it implemented turning waste into treasure.

smelting gas；industrial by-product gypsum；activated coke；pyrolysis；flash furnace；comprehensive utilization

X756

A

1009-3842（2015）05-0046-02

2015-07-16

張玲玲（1982-），女，河南開封人，工程師，學士，主要從事銅冶金技術研究。E-mail: zhangll_82@126.com