提高亞硫酸鈉產(chǎn)量及品位的生產(chǎn)實踐

常 鳴，劉 驍

（株洲冶煉集團(tuán)股份有限公司，湖南株洲 412004）

提高亞硫酸鈉產(chǎn)量及品位的生產(chǎn)實踐

常 鳴，劉 驍

（株洲冶煉集團(tuán)股份有限公司，湖南株洲 412004）

鋅揮發(fā)窯煙氣生產(chǎn)亞硫酸鈉的過程中，影響其產(chǎn)量及品位的因素眾多。文章對產(chǎn)生影響的相關(guān)因素進(jìn)行了探討并提出解決方法，通過嚴(yán)格控制反應(yīng)pH值及溫度，及時調(diào)整預(yù)洗塔噴淋量及抗氧化劑的添加量，加強(qiáng)設(shè)備改進(jìn)，可以有效提高亞硫酸鈉的產(chǎn)量及品位。

亞硫酸鈉；產(chǎn)量；品位；揮發(fā)窯煙氣

傳統(tǒng)濕法煉鋅流程中所產(chǎn)出的浸出渣通常采用揮發(fā)窯進(jìn)行處理，其尾氣中含有大量低濃度SO2煙氣，某廠采用鈉堿法處理揮發(fā)窯煙氣中的SO2，并生產(chǎn)亞硫酸鈉作為產(chǎn)品。鈉堿法具有較高的脫硫效率、無二次污染等特點，尾氣中SO2排放量遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)。但在生產(chǎn)過程中，受鈉堿法及揮發(fā)窯煙氣本身特點的影響，其亞硫酸鈉的產(chǎn)量及品位均處于較低水平，影響經(jīng)濟(jì)效益的提高。經(jīng)過在生產(chǎn)過程中工藝及設(shè)備的改進(jìn)使亞硫酸鈉的產(chǎn)量及品位上升，逐步適應(yīng)市場需求。

1 揮發(fā)窯煙氣生產(chǎn)亞硫酸鈉的基本原理

揮發(fā)窯煙氣經(jīng)過余熱鍋爐、表面冷卻器、布袋收塵后，進(jìn)入脫硫系統(tǒng)的預(yù)洗塔進(jìn)行除塵，除塵后煙氣從吸收塔中部進(jìn)入吸收塔內(nèi)。煙氣進(jìn)入塔后向上流過噴淋段，以逆流方式與噴淋下來的亞硫酸鈉溶液接觸，煙氣中的SO2被亞硫酸鈉吸收并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成溶解度較大的亞硫酸氫鈉，脫硫后的凈煙氣通過除霧器除去夾帶的液滴后，從吸收塔頂部排入大氣。循環(huán)反應(yīng)后的亞硫酸氫鈉溶液自吸收塔進(jìn)入反應(yīng)結(jié)晶器內(nèi)，與液堿系統(tǒng)輸送過來的NaOH發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成亞硫酸鈉，同時析出亞硫酸鈉晶體。

循環(huán)塔中的主要化學(xué)反應(yīng)如下：

反應(yīng)結(jié)晶器內(nèi)：

在反應(yīng)結(jié)晶器內(nèi)生成的亞硫酸鈉晶體通過沉降增稠、離心過濾、氣流干燥后得到無水亞硫酸鈉，產(chǎn)生的濾液返回吸收塔進(jìn)行下一個吸收循環(huán)。

工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

2 影響亞硫酸鈉產(chǎn)量和品位的主要問題

揮發(fā)窯煙氣生產(chǎn)亞硫酸鈉的過程中，影響亞硫酸鈉產(chǎn)量及品位的問題較為復(fù)雜，除了鈉堿法本身存在的一些問題外，揮發(fā)窯系統(tǒng)的生產(chǎn)狀況及煙氣的特點均有重要的影響?？傮w上來說，影響亞硫酸鈉產(chǎn)量及品位的主要問題有亞硫酸鈉的氧化、結(jié)晶、煙氣含塵及各種設(shè)備因素等。

2.1 亞硫酸鈉的氧化

亞硫酸鈉本身為強(qiáng)還原劑，易被氧化，因此在循環(huán)液吸收的過程中當(dāng)煙氣中的氧氣與溶液中的亞硫酸鈉接觸時會發(fā)生以下反應(yīng)：

從而導(dǎo)致亞硫酸鈉氧化為硫酸鈉。在生產(chǎn)過程中亞硫酸鈉被氧化為硫酸鈉是影響產(chǎn)品品位的主要因素。亞硫酸鈉的氧化一般認(rèn)為主要與煙氣中的氧濃度、煙塵金屬含量、HSO－3濃度及pH值等因素有關(guān)。

在揮發(fā)窯煙氣的脫硫過程中，受前段工藝控制的影響，煙氣中往往含較高濃度的氧含量（一般在8%左右），并且含有大量的氧化鋅煙塵及Cu2＋、Fe2＋、Mn2＋等金屬粉塵，在酸性介質(zhì)中，這些金屬粉塵均對亞硫酸鈉的氧化具有明顯的促進(jìn)作用［1］。在生產(chǎn)初期系統(tǒng)所產(chǎn)出的亞硫酸鈉含量約在20%～40%之間，而硫酸鈉的含量最高可達(dá)70%以上，說明存在著嚴(yán)重的氧化現(xiàn)象，影響產(chǎn)品品位。

2.2 亞硫酸鈉的結(jié)晶

亞硫酸鈉本身為白色粉末狀結(jié)晶，易溶于水，在水中的溶解度（部分）見表1［2］。

表1 無水亞硫酸鈉在水中的溶解度（部分）

無水亞硫酸鈉在34.5℃時的溶解度最大，其飽和溶液冷卻時會析出Na2SO3·7H2O結(jié)晶，Na2SO3·-7H2O更容易被空氣中的氧氣氧化為硫酸鈉。一般來說根據(jù)揮發(fā)窯出口煙氣溫度及亞硫酸鈉溶解度，吸收塔循環(huán)液溫度一般控制在40～50℃之間，由于循環(huán)液及反應(yīng)結(jié)晶器內(nèi)含有大量的亞硫酸鈉溶液，當(dāng)溫度過低時就會產(chǎn)生亞硫酸鈉晶體，另外在堿性條件下亦有利于亞硫酸鈉產(chǎn)生結(jié)晶，因此需要嚴(yán)格控制循環(huán)液溫度及溶液中亞硫酸鈉的含量。

在生產(chǎn)過程中，由于溫度變化、工藝參數(shù)波動、循環(huán)液密度過高等原因經(jīng)常會產(chǎn)生亞硫酸鈉結(jié)晶堵塞閥門管道等，尤其是在低溫環(huán)境下。一般來說，影響亞硫酸鈉結(jié)晶的主要原因為溫度、pH值等參數(shù)的控制不當(dāng)及循環(huán)液密度過高，其產(chǎn)生結(jié)晶的部位通常也是溫度及pH值變化較為劇烈或是循環(huán)液密度較高的部分，通常在吸收塔底部、反應(yīng)結(jié)晶器內(nèi)部，各管道及閥門接口處等部位。產(chǎn)生結(jié)晶后，清理疏通難度較大，影響系統(tǒng)正常生產(chǎn)，嚴(yán)重影響產(chǎn)量。

2.3 金屬粉塵等雜質(zhì)的影響

受揮發(fā)窯生產(chǎn)工藝的局限，進(jìn)入脫硫系統(tǒng)中的煙氣不可避免地含有大量氧化鋅煙塵及Cu2＋、Fe2＋、Mn2＋等金屬粉塵，這些粉塵不僅增加了預(yù)洗塔的凈化壓力，并且加劇了反應(yīng)中亞硫酸鈉的氧化，影響品位。而在煙氣中的大量雜質(zhì)進(jìn)入循環(huán)液后，加速亞硫酸鈉晶體在循環(huán)過程中的形成，使管道易于堵塞，并且增加了離心機(jī)脫水的難度，加速設(shè)備故障。

2.4 關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備故障的影響

由于亞硫酸鈉在低溫、堿性條件下具有易結(jié)晶的性質(zhì)，其循環(huán)液往往粘度較高，流動性差，具有較強(qiáng)的磨蝕性，在生產(chǎn)過程往往帶來較多的設(shè)備故障。包括循環(huán)液在管道內(nèi)、閥門處結(jié)晶造成管道堵塞、腐蝕；離心機(jī)脫除水分困難，濾布積料，影響后續(xù)工藝；循環(huán)后的含有細(xì)小亞硫酸鈉的煙氣在捕沫器上結(jié)晶堆積，從而造成捕沫器效率下降、煙氣阻力增加等。這些設(shè)備故障均對連續(xù)正常生產(chǎn)造成影響，從而制約了產(chǎn)量的提高。

3 主要改進(jìn)措施

3.1 添加阻氧劑，減少亞硫酸鈉氧化

一般來說所有的有機(jī)物都具有不同程度的阻氧劑作用，對苯二胺、對苯二酚是亞硫酸鈉氧化最強(qiáng)烈的阻止劑。在生產(chǎn)中采用對苯二胺做為亞硫酸鈉的阻氧劑，抗氧化劑添加量與亞硫酸鈉品位的變化如圖2所示，從圖2可以看出通過添加對苯二胺可以有效減少亞硫酸鈉的氧化。

圖2 抗氧化劑添加量與亞硫酸鈉品位的變化

對苯二胺本身雖然為白色粉末，但在空氣中易被氧化為紫紅色粉末，過量添加雖然可以有效減少氧化，提高品位，但會對亞硫酸鈉的色度產(chǎn)生影響并且增加成本消耗。在生產(chǎn)中可以通過不斷改變抗氧化劑的加入方式和頻率，確定出較為適合的加入量及加入時間，確?？寡趸Ч?，并定時對吸收塔循環(huán)液進(jìn)行化驗檢測，及時調(diào)整抗氧化劑加入量。在生產(chǎn)過程中，根據(jù)生產(chǎn)情況采取每8 h添加2至4次阻氧劑，總計添加10～20 kg。通過加入抗氧化劑，硫酸鈉含量大幅下降，抗氧化現(xiàn)象得到明顯改善，產(chǎn)品品位可以保持在90%～94%之間。

3.2 減少煙塵及金屬粉塵對品位的影響

在揮發(fā)窯的煙氣處理中，煙氣中各種金屬粉塵的影響無法避免，大量金屬粉塵的存在增加了預(yù)洗塔除塵壓力，加劇了亞硫酸鈉的氧化，影響設(shè)備運行效率。為了減少粉塵的影響首先需要在前段揮發(fā)窯生產(chǎn)中加強(qiáng)金屬粉塵的收集率，穩(wěn)定揮發(fā)窯生產(chǎn)，確保收塵系統(tǒng)正常，收塵效率穩(wěn)定。

在煙氣脫硫的凈化除塵中，在不影響系統(tǒng)壓力及水平衡的情況下，需要提高預(yù)洗塔噴淋量，確保除塵效率，減少金屬粉塵對后續(xù)工藝的影響。在生產(chǎn)中通過提高噴淋量，改變噴淋循環(huán)方式，其煙氣中的金屬粉塵含量不斷下降，從而確保了產(chǎn)品品位的提高。預(yù)洗塔噴淋液的含塵量與亞硫酸鈉品位的變化關(guān)系如圖3所示。

圖3 預(yù)洗塔噴淋液含塵量與亞硫酸鈉品位的變化

通過定時對預(yù)洗塔循環(huán)液進(jìn)行粉塵檢測及時調(diào)整噴淋量，控制循環(huán)噴淋液粉塵含量在0.05 g／L以下，有效地減少了亞硫酸鈉的氧化，使其品位進(jìn)一步上升至94%～96%左右，并且品位較為穩(wěn)定。

3.3 嚴(yán)控pH值，減少對品位及產(chǎn)量的影響

揮發(fā)窯煙氣生產(chǎn)亞硫酸鈉的過程中，pH值的控制對生產(chǎn)具有重要的影響。良好的pH值控制可以有效地提高吸收效率，減少尾氣排放及亞硫酸鈉的氧化，保證反應(yīng)在吸收塔及反應(yīng)結(jié)晶器內(nèi)正常進(jìn)行，減少生產(chǎn)中結(jié)晶的生成及液堿的消耗，促進(jìn)產(chǎn)量的提高。

在反應(yīng)結(jié)晶器內(nèi)，由于亞硫酸氫鈉與NaOH反應(yīng)生成亞硫酸鈉需要在堿性條件下進(jìn)行反應(yīng)，但pH值過高會使亞硫酸鈉溶液在反應(yīng)的過程中結(jié)晶析出，容易堵塞管道及反應(yīng)結(jié)晶器，特別是在反應(yīng)器出口管道及閥門等溫度變化較為劇烈的部分。因此在生產(chǎn)過程中一般將反應(yīng)結(jié)晶器pH值控制在7.0～7.5之間，可以有效減少管道堵塞并確保反應(yīng)正常。

3.4 加強(qiáng)溫度控制，減少結(jié)晶生成

對于氣液反應(yīng)來說，適當(dāng)?shù)靥嵘郎囟瓤梢蕴岣邭庖合嗟膫髻|(zhì)系數(shù)，加快反應(yīng)速率，并且由于硫酸鈉低溫易結(jié)晶的性質(zhì)，適當(dāng)?shù)奶嵘郎囟瓤梢缘玫捷^高的溶解度，減少結(jié)晶，但溫度過高會降低SO2在液相的溶解度，對吸收不利，因此在生產(chǎn)中需要嚴(yán)格控制反應(yīng)溫度。在生產(chǎn)過程中可以控制的溫度主要為煙氣進(jìn)口溫度，在正常情況下，從揮發(fā)窯進(jìn)入脫硫系統(tǒng)的煙氣溫度一般可達(dá)60℃以上，可以保證循環(huán)的正常反應(yīng)。

在低溫季節(jié)及工藝狀況異常時需要對各管道及閥門進(jìn)行保溫，防止因溫度過低而引起亞硫酸鈉結(jié)晶，堵塞管道。在干燥系統(tǒng)中，由于增稠之后的亞硫酸鈉含有約5%的水分，需要嚴(yán)格控制干燥器尾溫在100℃以上，確保水分的脫除，減少后續(xù)打包系統(tǒng)的堵塞，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

3.5 減少設(shè)備故障，提高運行率

由于亞硫酸鈉溶液的易磨蝕性，導(dǎo)致生產(chǎn)中設(shè)備故障較多，在實際生產(chǎn)中主要存在的問題包括：離心機(jī)故障率高，脫水效率不足，導(dǎo)致濾布上積料，經(jīng)常需要進(jìn)行人工清理，勞動強(qiáng)度大；吸收后煙氣中的微小亞硫酸鈉晶體在排空的過程中在捕沫器上富集，不斷增加捕沫器重量，增加系統(tǒng)壓力；循環(huán)塔及各管道、閥門等在pH值及溫度發(fā)生變化時，往往在很短時間內(nèi)就會產(chǎn)生結(jié)晶，在循環(huán)塔、反應(yīng)結(jié)晶器內(nèi)部沉積、堵塞各管道及閥門。這些問題均影響生產(chǎn)的穩(wěn)定運行，制約產(chǎn)量的提高。

針對以上問題，采取了一系列的改進(jìn)措施，包括改進(jìn)離心機(jī)進(jìn)料方式，從上部進(jìn)料改為中間進(jìn)料；改進(jìn)控制系統(tǒng)，將氣動刮刀改為液壓刮刀等措施，提高了離心機(jī)的運行效率及脫水效果。通過增加捕沫器噴淋水量并提高噴淋液溫度，利用亞硫酸鈉高溫溶解的特性定時進(jìn)行清理，減少了亞硫酸鈉晶體在捕沫器上的富集。通過在循環(huán)塔下部增加懸浮泵，增加循環(huán)塔內(nèi)部液體流動，防止循環(huán)槽內(nèi)板結(jié)，減少沉積；在降溫較為劇烈的位置，包括閥門、管道接口等處增加保溫裝置或加熱設(shè)備防止因溫度偏低而引起堵塞；增加水平管道的傾斜度，加快液體在管道中的流速，減少液體在管道中的沉積；在管道易堵截位置增加清理孔，堵塞時可及時進(jìn)行疏通等措施穩(wěn)定生產(chǎn)。通過改進(jìn)后當(dāng)年運行效率提高約8%，產(chǎn)量提高約11%

4 結(jié) 論

在揮發(fā)窯煙氣生產(chǎn)亞硫酸鈉的過程中，需要嚴(yán)格控制吸收塔及反應(yīng)結(jié)晶器的pH值及反應(yīng)溫度，根據(jù)生產(chǎn)情況及時調(diào)整預(yù)洗塔噴淋量及抗氧化劑的添加量，及時針對生產(chǎn)中的設(shè)備問題進(jìn)行改進(jìn)，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行，產(chǎn)量及品位能夠保持在較好水平。

［1］ 劉常勝，李述祖.鈉堿法治理有色冶煉二氧化硫煙氣［J］.中國有色冶金，2008，（3）：51－53.

［2］ 天津化工研究院.無機(jī)鹽工業(yè)手冊［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1994.

［3］ 林世華，羅凱.鈉堿法煙氣脫硫吸收劑pH值的控制與效果［J］.技術(shù)與工程應(yīng)用，2010，（12）：32－33.

The Production Practice to Im prove Yield and Quality of Sodium Sulfite

CHANG Ming，LIU Xiao
（Zhuzhou Smelter Group Co.，Ltd，Zhuzhou 412004，China）

In the process of zinc volatile kiln flue gas producing sodium sulfite，there are many factors affecting the yield and quality.This paper discusses the factors and proposes solutions，through strict control of pH and the reaction temperature，timely adjustment addition of pre-scrubber spray volume and antioxidants.Strengthen equipment improvement can effectively improve the yield and quality of sodium sulfite.

sodium sulfite；yield；quality；volatile kiln flue gas

TF111.3

：A

：1003－5540（2014）03－0028－03

2014－03－05

常 鳴（1985－），男，助理工程師，主要從事冶煉煙氣制酸、揮發(fā)窯生產(chǎn)及脫硫等工作。