鎂法脫硫工藝中脫硫后液綜合利用的研究與應用

姚玉婷，彭國華，遲棧洋，姜子燕

（金川集團股份有限公司鎳冶煉廠，甘肅金昌 737100）

某有色金屬冶煉廠環(huán)集煙氣脫硫處理系統(tǒng)采用鎂法脫硫+濕式電除霧器工藝，實現(xiàn)了環(huán)集煙氣的達標排放。在鎂法脫硫系統(tǒng)中，隨著脫硫劑對環(huán)集煙氣的不斷吸收，脫硫劑中逐漸富集大量煙塵、MgSO3等不溶性物質(zhì)，需要對脫硫后液進行連續(xù)/間歇性的排放和置換。因脫硫后液中固含量較高（質(zhì)量分數(shù)約15%），與廢酸反應會釋放SO2，脫硫后液不能直接排放至廢酸處理系統(tǒng)。MgSO3作為氧化鎂法脫硫的副產(chǎn)物，如何使其變廢為寶，實現(xiàn)資源最大化利用，是亟待解決的難題。

1 脫硫后液的利用現(xiàn)狀

目前，氧化鎂法脫硫副產(chǎn)物MgSO3的常用處理方式有3種：

1）利用氧化風機鼓入空氣至脫硫塔，對塔內(nèi)脫硫后液進行強制氧化，使其中MgSO3氧化為MgSO4，最后作無害化處理或送入廢水處理系統(tǒng)進行集中處理[1]。

2）亞硫酸鎂經(jīng)強制氧化成硫酸鎂，再經(jīng)凝聚、沉淀、冷卻等工藝轉(zhuǎn)化成一水硫酸鎂（MgSO4·H2O），作為肥料出售。

3）從脫硫后液緩沖池中排出的亞硫酸鎂經(jīng)濃縮、脫水干燥等工藝后，再經(jīng)焙燒爐分解成氧化鎂和二氧化硫。氧化鎂作為脫硫原料回用于脫硫系統(tǒng)，二氧化硫作為制酸原料返回硫酸裝置。

第一種方法雖然減少了脫硫后液中MgSO3的含量，在一定程度上減少了脫硫后液中固含量，但仍存在諸多不足：

1）氧化速率慢。生產(chǎn)過程中脫硫塔內(nèi)隨著脫硫劑與煙氣中SO2反應，不斷有亞硫酸鎂生成，利用鼓風機對亞硫酸鎂進行強制氧化，對氧氣含量和反應時間都有一定的要求；在塔內(nèi)進行氧化會直接減緩氧化速率，若要實現(xiàn)充分氧化反應，需要設置氧化池，對定期排放的脫硫后液進行氧化。

2）氧化效率低。強制氧化并不能使脫硫后液中亞硫酸鎂完全氧化，排出脫硫系統(tǒng)的脫硫后液仍含有MgSO3。目前環(huán)保壓力劇增，不允許脫硫后液作無害拋棄處理；若大量含MgSO3固體的脫硫后液進入下游廢酸處理系統(tǒng)，又會增加運行負荷及處理成本，更重要的是脫硫后液會與廢酸中的硫酸反應生成SO2氣體，污染環(huán)境、危害人體健康。

第二種處理方法與第一種方法一樣，要使亞硫酸鎂充分氧化為硫酸鎂，需要設置氧化池進行處理，最終轉(zhuǎn)化成一水硫酸鎂。氧化、凝聚、沉淀、冷卻等生產(chǎn)操作耗時較長，對生產(chǎn)場地要求苛刻，實現(xiàn)難度較大。利用脫硫后液制取一水硫酸鎂肥料存在較大的隱患。隨著脫硫劑對煙氣的不斷吸收，煙氣中的重金屬也會被洗滌下來，最終在一水硫酸鎂中富集；若將含有重金屬的一水硫酸鎂用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，會造成土壤污染，最終影響人類健康。

第三種方法在理論上實現(xiàn)了副產(chǎn)物完全循環(huán)利用的目的，但想要應用于實際生產(chǎn)中，實現(xiàn)工程化、規(guī)模化的操作，卻相當困難，存在以下難點：

1）國內(nèi)對氧化鎂脫硫副產(chǎn)物的干燥、煅燒還沒有成熟工程應用業(yè)績，存在較大的風險。

2）為回收脫硫副產(chǎn)物而設置濃縮、干燥、煅燒工藝，工程造價較高、工藝復雜，經(jīng)濟效益差。

因此，常用的這3種脫硫后液中副產(chǎn)物的處理方法均不能采用。

2 脫硫后液綜合利用研究

結(jié)合實際生產(chǎn)情況，技術人員發(fā)現(xiàn)在冶煉煙氣制酸過程中，隨著煙氣的洗滌凈化，制酸系統(tǒng)會有一定量的廢硫酸排放。脫硫后液中MgSO3可與廢硫酸發(fā)生中和反應，生成可溶性MgSO4[2]。其反應方程式如下：

技術人員將脫硫后液和廢酸按1∶1和2∶1進行中和試驗，研究中和后pH值及成分含量變化情況。試驗結(jié)果見表1。

表1 中和試驗結(jié)果

從表1可見：脫硫后液與廢酸以1∶1比例進行中和反應時，溶液中固體含量沒有明顯減少；在2∶1中和反應時，固體含量減少，有大量絮狀沉淀，經(jīng)檢測為廢酸中重金屬所致。從反應后溶液pH值也能看出，脫硫后液與廢酸中和能有效降低廢酸的酸度。需注意的是中和反應時間需15 min以上，且有明顯的SO2溢出。因此中和過程需在密閉負壓環(huán)境下進行。

3 脫硫后液綜合利用技術的應用

基于脫硫后液與廢酸中和試驗的成功實施，技術人員將其應用于鎂法脫硫后液的處理，實現(xiàn)以廢治廢，減少系統(tǒng)外排水量。

3.1 脫硫后液中和處理工藝流程

脫硫后液中和處理工藝流程見圖1。

圖1 脫硫后液中和處理工藝流程

來自環(huán)集煙氣脫硫系統(tǒng)的脫硫后液與冶煉煙氣制酸系統(tǒng)的廢酸清液進入中和反應器，在攪拌作用下充分反應，生成含MgSO4溶液和SO2氣體的中和液；中和液經(jīng)輸送泵送至脫氣塔，溶有SO2的中和液與脫氣塔下部進入的空氣逆流接觸，氣液在液膜表面進行傳質(zhì)，使溶解的SO2被脫除。脫除的SO2氣體進入制酸系統(tǒng)進行制酸。脫氣處理后的中和液送至板框壓濾機進行壓濾，壓濾后的清液回用于制酸系統(tǒng)，作為循環(huán)稀酸使用，濾渣送至界區(qū)外集中處理。

該處理裝置主要設備包括脫硫后液輸送泵、廢酸輸送泵、中和反應器、中和液輸送泵、回流管、脫氣塔、濾液輸送泵及板框壓濾機。脫硫后液輸送泵和廢酸輸送泵作為液體動力設備，將脫硫后液與廢酸輸送至中和反應器進行中和反應；中和反應器包括反應器罐體、攪拌裝置、脫氣管、回流管、回流閥液位計等。脫硫后液與廢酸發(fā)生中和反應，溢出的SO2氣體經(jīng)脫氣管脫除；中和液輸送泵將中和反應器內(nèi)反應完全的中和液送至脫氣塔進行脫氣，回流閥與中和反應器液位計聯(lián)鎖；脫氣塔包括塔體、捕沫層、噴淋裝置、空氣進氣口及氣體出口管，脫氣塔上部設液體入口管道，自上而下設置兩層噴淋裝置。中和液自液體入口管進入脫氣塔噴淋裝置，中和液中SO2氣體經(jīng)捕沫層捕沫后再由脫氣管脫除。脫氣塔氣體出口管接至制酸系統(tǒng)風機入口煙道，保證脫氣效率；位于脫氣塔下部的空氣進氣口給脫氣塔內(nèi)補入空氣；濾液輸送泵將脫氣后的中和液送至板框壓濾機；板框壓濾機將中和液中的不溶性雜質(zhì)進行壓濾分離。

3.2 二段式機械除霧脫氣塔的研發(fā)與應用

傳統(tǒng)脫氣塔采用一段式填料結(jié)構，填料上方裝有液體分布器和噴頭。一段式脫氣塔的缺點是氣體阻力大，脫氣效率低；當煙氣凈化工序故障或壓力波動時，可能造成煙氣從脫氣塔外逸，從而污染環(huán)境。目前制酸系統(tǒng)采用二段式SO2脫氣塔。其結(jié)構見圖2。

該脫氣塔有兩段填料層，氣體進口和液體分布器均設置為兩段，使氣液均勻分布，增大氣液接觸面積，提高脫氣效率。脫氣塔頂部采用了一種逆止式單向翻板，正常運行中，脫除的SO2煙氣可經(jīng)逆止式單向翻板進入后續(xù)設備；一旦硫酸凈化工序出現(xiàn)故障或壓力波動時，整個翻板靠自重將自動翻轉(zhuǎn)至關閉狀態(tài)，防止凈化工序的煙氣反向頂出脫氣塔而污染環(huán)境。脫硫后液SO2脫氣水分含量較高。為減少脫硫后液脫氣對制酸系統(tǒng)的影響，在脫氣塔氣體出口下方設置一層折流板式機械除霧器，實現(xiàn)液體阻留。該二段式脫氣塔有氣體阻力小、脫氣效率高、不污染環(huán)境、SO2可有效回收等優(yōu)點。

圖2 二段式機械除霧脫氣塔結(jié)構示意

4 應用效果

1）鎂法脫硫工藝中脫硫后液的綜合利用減少了脫硫后液的排放量，減輕了環(huán)境污染，改善了作業(yè)環(huán)境。

2）脫硫后液的綜合利用降低了廢水處理系統(tǒng)的運行負荷及處理成本。

3）脫硫后液與制酸系統(tǒng)廢酸進行中和反應，脫出的SO2進入硫酸系統(tǒng)參與制酸，提高了硫資源的利用率，創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟效益。

5 結(jié)語

鎂法脫硫工藝中脫硫后液綜合利用技術的成功應用，不僅解決了鎂法脫硫工藝中脫硫后液的循環(huán)再利用難題，且脫硫后液與制酸系統(tǒng)酸性廢水相互作用，以廢治廢，實現(xiàn)資源最大化利用。各硫酸生產(chǎn)廠家可因地制宜，結(jié)合實際情況研發(fā)適合自己的脫硫后液處理技術，用最小的投入實現(xiàn)最大的環(huán)保效益和經(jīng)濟效益。