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年時間實踐，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，本文針對硫酸產(chǎn)品外觀質(zhì)量問題進(jìn)行了硫酸脫色的實驗研究。

表1 濃硫酸產(chǎn)品質(zhì)量要求

1 發(fā)黑硫酸脫色實驗研究

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)機作用下通過管道進(jìn)入煙氣制酸系統(tǒng)中。因為原礦中含有部分浮選劑、原煤和礦物的燃燒產(chǎn)生的有機物和爐子噴槍瞬時給油量大，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)黑原因為有機物造成，理論上可以使用高錳酸鉀飽和液作為強氧化劑以此破壞有機物中生色的碳碳鍵。對于高錳酸鉀過量會造成硫酸呈現(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 硫酸脫色實驗方法對比

2.1 高錳酸鉀脫色實驗

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，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 高錳酸鉀脫色實驗數(shù)據(jù) (A組)

表3 高錳酸鉀脫色實驗數(shù)據(jù) (B組)

2.2 雙氧水脫色實驗

固定發(fā)黑硫酸加入量，在常溫下加入w(H2O2)=27.5%的工業(yè)一級雙氧水并不斷攪拌，反應(yīng)時間 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造成酸濃度下降，同時造成硫酸微發(fā)黃；另一方面當(dāng)硫酸發(fā)黑問題嚴(yán)重時，雙氧水脫色效果不明顯。

表4 雙氧水脫色實驗數(shù)據(jù)

2.3 高錳酸鉀+雙氧水脫色實驗

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+雙氧水脫色實驗數(shù)據(jù)

3 高錳酸鉀與雙氧水配比對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。實際過程中，應(yīng)加入高錳酸鉀溶液至硫酸剛好呈淺紫色時，加入10%體積的雙氧水(工業(yè)一級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

從實驗結(jié)果來看高錳酸鉀結(jié)合雙氧水的硫酸脫色技術(shù)對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。