技術前沿

技術前沿

低溫法工業廢棄石膏制硫酸技術取得新突破

我國硫資源短缺,制硫酸所需的硫磺很多都要從國外進口。但是國內工業廢棄石膏來源廣,不僅礦藏儲量大,并且磷化工、氟化工、鈦化工以及電廠煙氣脫硫都產生很多廢石膏,倘若工業廢棄石膏不能得到很好的處理,不僅會給企業造成大量的經濟損失,同時也會危及國家的農業安全。這些工業廢棄石膏如能用來生產硫酸,將實現工業廢棄物轉化為高附加值產品的循環經濟發展模式,不僅可解決國內硫資源短缺的矛盾,而且對降低企業的產品成本及消除環境污染都有重要意義。國內近年來在這方面開展了大量的研究工作,并取得了可喜的進展。

四川宏達股份有限公司承擔的國家“863”計劃項目——硫磺分解磷石膏制硫酸技術的研究與開發,由四川大學提供技術支撐,鄭州大學、昆明理工大學、西南科技大學參與研究,目前已經完成了重大工藝設備核心技術試驗研究,掌握了產業化關鍵技術,各項工藝指標和產品質量達到了預定要求。計劃在2014年7月建成投運1萬噸/年磷石膏制酸工業試驗示范裝置。中化重慶涪陵化工有限公司正在開展磷石膏制硫酸銨聯產碳酸鈣、磷石膏制硫酸鉀等技術研發,各項實驗均在穩步推進。

國內外硫磺制酸、硫鐵礦制酸、冶煉煙氣及磷石膏制酸,通常采用先制得二氧化硫,通過礬觸媒催化劑轉化為三氧化硫,再制取硫酸的工藝路線。由硫磺或硫鐵礦制二氧化硫較容易,但由磷石膏制二氧化硫非常因難,需經脫磷、脫氟、干燥,摻入焦炭,預熱到700-800℃后再進回轉爐,并且要在1400℃以上的高溫下才能制得二氧化硫。因此,磷石膏按照硫磺或硫鐵礦的工藝路線來制硫酸既不合理也不經濟。由于傳統的石膏制硫酸工藝復雜,所需投資很大,耗能很高,工藝過程中產生嚴重的二次污染,—直難以推廣使用。如何充分合理地利用國內工業廢棄石膏資源,生產出低能耗、低成本、投資少、無環境污染的高品質硫酸,已成為業界人士關注的焦點。

我國目前早已完成磷石膏高溫分化生產硫酸及水泥的工業化應用,但高溫法所需投資大,能耗高,生產成本也高,推廣應用較為困難。石膏制硫酸的首要瓶頸是能耗高,必須在降低能耗上狠下功夫。2008年,南昌凡捷科技有限公司開發出石膏轉化分解法制硫酸技術,轉化法分化溫度為800℃左右,比高溫法的分化溫度下降了近600℃,產品成本及能耗都大幅下降。但因為當年硫酸報價驟降,且作為原料的二氧化碳來源不易,使得該技術難以投入工業化生產應用。

2014年4月8日,南昌凡捷科技有限公司宣布,一種流程短、能耗低、成本低的新型低溫法石膏制硫酸技術工業性試驗已經獲得成功。目前開發出的這種新技術不耗費二氧化碳,不再受有無二氧化碳原料來源的制約。新技術以磷石膏、硫石膏、氟石膏等工業廢棄石膏為原料,不需礬觸媒,石膏分解得到三氧化硫,同時副產氧化鈣。應用該技術分解石膏所需溫度不到300℃,比該公司之前研制的轉化分解法還低500℃,比傳統磷石膏制硫酸工藝低1000℃以上,具有分解速度快、無轉化工序、流程短、投資省、產品成本低等特點。

該技術所得的副產氧化鈣比由碳酸鈣燒制的氧化鈣(生石灰)生產成本更低,可用作建材也可作為水泥熟料。特別是用硫石膏、氟石膏采用該技術所得氧化鈣的白度較好;磷石膏得到的氧化鈣白度稍差,但如果事先將磷石膏中的硫酸鈣與雜質分離,就能得到高純氧化鈣、硫酸以及富含稀土金屬的黑渣,經濟效益明顯。

該技術以工業廢棄石膏為原料,直接分化放出三氧化硫氣體,經吸收后制成合格的濃硫酸,標志著我國低溫法石膏制硫酸技術領域又獲得新突破。新工藝反應溫度低、能耗少、工藝流程簡短、投資省、容易實施,能使工業廢棄石膏的硫資源得到有效循環利用,全流程沒有“三廢”產生和排出,是無污染的綠色工藝。如果該技術能成功實現工業化應用,對于解決工業廢棄石膏的資源化綜合利用,發展高品質、系列化、多品種、精細化、高附加值的副產品,進一步優化企業的產業結構、大幅度提升企業競爭力,實現經濟效益、社會效益、環境效益的有機統一將發揮重要的作用。

(張德)