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                硫酸工藝需要檢測那些職業病危害因素

                發表時間:2012-05-15 來源:職業衛生網 瀏覽次數: 評論: 頂: 踩:

                硫酸有著非常廣泛的用途,是生產各種硫酸鹽的主要原料,是塑料、人造纖維、染料、油漆物等生產中不可缺少的原料。其中最主要用途是生產化學肥料,用于生產磷酸銨、重過磷酸鈣、硫酸銨等。目前我國硫酸生產能力僅次于美國,居世界第二位。

                目前我國生產硫酸多用接觸法。用接觸法制造硫酸的原料是多種多樣的。多以硫黃、硫鐵礦為原料,兩者制酸的過程基本相似,但后者工序稍復雜一些。由于我國硫酸原料以硫鐵礦為主,故下面重點介紹以硫鐵礦為原料的制酸過程。

                接觸法生產的基本環節是焙燒、精制、轉化、吸收四部分(圖111):

                ① 焙燒礦石,制備二氧化硫氣體(稱為爐氣);

                ② 精制爐氣,除去其中的各種雜質,如三氧化二砷、二氧化硒和礦塵等;

                ③ 精制后的二氧化硫氣體借助于催化劑而被爐氣中的過量氧氣氧化為三氧化硫(即轉化);

                ④ 用濃硫酸(983%H2SO4)吸收三氧化硫氣體轉化成硫酸或發煙硫酸。

                含硫原料→ 焙燒→ 爐氣凈化→ 二氧化硫催化轉化→ 吸收→硫酸

                圖111 硫酸生產工藝流程

                一、從硫鐵礦制二氧化硫爐氣

                (一)生產硫酸用的原料

                制酸原料是指能夠產生二氧化硫的含硫物質,如硫化物礦、硫黃、硫酸鹽、含硫化氫的工業廢氣以及冶煉煙氣等。硫鐵礦分為普通硫鐵礦和磁硫鐵礦兩類。自然界開采的硫鐵礦都是不純的,礦石中除FeS2外,還含有銅、鋅、鉛、砷、鎳、鈷、硒、碲等元素的硫化物和氟、鈣、鎂的碳酸鹽與硫酸鹽以及少量銀、金等雜質。最常見的普通硫鐵礦是黃鐵礦,含硫量一般為30%~50%。含硫量在25%以下的稱為貧礦。硫黃是制造硫酸使用最早而又最好的原料。天然硫黃和回收硫黃的純度很高,可達998%以上,有害雜質的含量很少。作為生產硫酸的原料,不需要復雜的爐氣凈制工序,還可以省掉排渣設備,工藝流程短,生產費用低,生產中熱能可合理利用,對環境污染少。

                利用石油煉制過程中產生的酸性氣(主要含硫化氫)和有色冶煉過程產生的含硫煙氣(主要含二氧化硫)制造硫酸在我國占有較大的份額,其中酸性氣制酸工藝可參見第十章第十三節酸性氣制硫酸相關內容。

                (二)礦石原料的預處理

                對原料進行預處理的目的,是使原料的硫含量、粒度和水分分別達到一定的要求。不同的原料,需進行的預處理不同。硫精砂的粒度很細,只需干燥后便可送去焙燒,硫鐵礦一般為塊礦,焙燒前需要破碎和磨細。

                1礦石的粉碎

                首先應對礦石進行粉碎。通常粉碎分兩級進行,先在顎式壓碎機中粗碎,再在輥式壓碎機或反擊式破碎機中細碎,然后用電振動篩進行篩分。

                2配料

                將貧礦與富礦搭配,以使混合礦中含硫量達到工藝要求;含煤硫鐵礦和普通硫鐵礦搭配,混合礦含碳量應在1%以下;高砷礦與低砷礦搭配。

                3干燥

                沸騰焙燒硫鐵礦時,為了維持正常的沸騰操作狀態,要求礦粉中的水含量小于6%,因此,含水量高的礦粉在進入焙燒爐之前要進行干燥,使礦粉含水量降到6%以下。存在的主要職業病危害因素:礦石粉碎過程中會產生粉塵、噪聲與振動;配料過程中有粉塵產生;在干燥過程中產生礦塵、高溫與輻射熱。

                (三)硫鐵礦的焙燒

                隨著流態化技術在硫酸工業中的應用,焙燒爐的發展經歷了由固定型塊礦爐、機械爐到現在全部使用的沸騰爐。焙燒硫鐵礦的沸騰爐有直筒型、擴散型和錐床型等多種形式,我國主要采用擴散型。通過對硫鐵礦焙燒制備二氧化硫氣體。

                硫鐵礦通過焙燒,首先在大約900℃的高溫下,硫鐵礦受熱分解為硫化亞鐵和硫,然后分解產物中的硫燃燒,生成二氧化硫;硫化亞鐵氧化為三氧化二鐵和二氧化硫。

                4FeS2+11O2 =2Fe2O3+8SO2↑

                硫鐵礦焙燒過程中,除上述反應外,當空氣量不足、氧濃度低時,還有Fe3O4生成。在Fe3O4的催化作用下,尚能使少量SO2氧化為SO3。一般礦石中所含銅、鉛、鋅、鈷、鎘、砷、硒等的硫化物,在焙燒后有一部分成為氧化物。其中銅、鋅、鈷、鎘的氧化物均留在礦渣中,而氧化鉛、三氧化二砷及二氧化硒則部分氣化,隨爐氣進入后續工序。硫鐵礦中鈣、鎂的碳酸鹽,分解為二氧化碳和金屬氧化物;如礦石中含有氟化物,則亦會有一部分分解進入爐氣中。

                (四)余熱的回收

                硫鐵礦焙燒時放出大量熱量,爐氣溫度高達850~950℃。沸騰焙燒爐配置廢熱鍋爐是回收余熱的有效措施。

                (五)爐氣除塵

                沸騰焙燒制得的爐氣夾帶的礦塵較多。通常采用旋風除塵和電除塵。存在的主要職業病危害因素:硫鐵礦焙燒過程中會產生二氧化硫、三氧化硫、一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物等有害氣體,同時產生大量的粉塵,其中含有氧化鐵塵、三氧化二砷、氟化物、氧化硒、二氧化硅等。如果礦石含鉛高,則會產生氧化鉛塵(煙);如果礦石含氟高,則會產生氟化氫氣體。此外,焙燒過程中產生噪聲、高溫與輻射熱等。物料運輸過程中產生粉塵與噪聲。

                二、爐氣的精制

                焙燒硫鐵礦產生的SO2爐氣含有一定量的有害雜質,不能直接送入轉化工序,需要對爐氣進行凈化與干燥。其目的就是向SO2催化轉化工序提供比較純凈的原料氣體。

                (一)爐氣的成分

                焙燒爐出口爐氣中含有氣體組分和固體懸浮物,主要是氮、氧、二氧化硫、三氧化硫、水、三氧化二砷、二氧化硒、氟化氫以及一些金屬氧化物蒸氣和礦塵(包括礦中的脈石、三氧化二鐵、四氧化三鐵、硫酸鹽、鉛等)。其中二氧化硫和氧為轉化反應物,應盡可能不損失,氮為無害惰性氣體。

                (二)爐氣凈化方法

                爐氣凈化,首先要清除礦塵,以免妨礙對其他雜質的去除,因此爐氣出焙燒爐后需經過一系列除塵設備,這些設備雖然設置在焙燒工段,但實質上是凈化的開始。

                分離砷、硒、氟化合物采用濕法凈化法。濕法凈化又分為水洗和酸洗。用稀硫酸洗滌爐氣叫“酸洗流程”,如爐氣從焙燒爐出來后,直接用清水循環洗滌以代替酸洗,則叫“水洗流程”。

                1砷和硒的清除

                三氧化二砷和二氧化硒的飽和蒸氣含量隨著溫度下降而顯著降低。爐氣冷卻到30~50℃后,三氧化二砷和二氧化硒幾乎全部凝結。用水或酸洗滌爐氣時,一部分砷、硒氧化物被液體帶走,大部分凝成固態顆粒懸浮在氣相中,成為硫酸冷凝成酸霧的凝聚中心,隨后在電除霧器中與酸霧一起清除。

                2氟化氫的清除

                氣相中的HF被水或稀酸洗滌吸收并溶解。

                3酸霧的形成和清除

                用水或稀硫酸洗滌時,還有大量水分進入爐氣。水分與三氧化硫作用,生成硫酸,其反應式為:

                SO3+H2O=H2SO4

                爐氣冷卻到100~150℃時,爐氣中的絕大多數三氧化硫轉變成硫酸蒸氣。濕法凈制時,用水或稀硫酸洗滌爐氣,爐氣的溫度驟降,形成酸霧是不可避免的。酸霧的霧滴直徑很小,很難捕集,洗滌時只有少部分(30%~50%或更少)被酸吸收,大部分要用濕式電除霧器清除。常用的濕法凈化設備有空塔、填料塔、泡沫塔、文丘里洗滌器、間接冷凝器及電除霧器等。

                (三)爐氣的干燥

                因濃硫酸具有吸濕性,通常就用它來干燥爐氣。干燥過程所用的設備目前廣泛采用的是填料塔。

                經過凈化除去雜質的濕爐氣從干燥塔的底部進入,與塔頂噴淋的濃硫酸逆流接觸,氣相中的水分被硫酸吸收后,經捕沫器以除去氣體夾帶的酸沫,然后去轉化工序。

                吸收了水分后的干燥酸溫度升高,由塔底流入淋灑式酸冷卻器、溫度降低后流入酸貯槽,再由泵送到塔頂噴淋。

                存在的主要職業病危害因素:二氧化硫、三氧化硫、氟化氫、硫酸霧、三氧化二砷、二氧化硒以及一些金屬氧化物蒸氣和礦塵等。

                三、二氧化硫的轉化

                二氧化硫爐氣經過凈化和干燥,消除了有害雜質,余下主要是SO2、O2和惰性氣體氮。SO2和O2

                在釩催化劑作用下發生氧化反應,生成三氧化硫,稱為二氧化硫的催化氧化或稱為二氧化硫轉化。

                2SO2+O2 =2SO3

                二氧化硫轉化工序的設備主要有轉化器、換熱器、鼓風機和加熱爐等。存在的主要職業病危害因素:二氧化硫、三氧化硫等。

                四、三氧化硫的吸收

                二氧化硫轉化為三氧化硫之后,氣體進入吸收系統用發煙硫酸或濃硫酸吸收,制成不同規格的產品硫酸。

                在硫酸生產中,多采用濃度為983%的濃硫酸來吸收三氧化硫,三氧化硫與其中的水生成硫酸。在吸收操作中,一般都是用濃硫酸循環,在循環過程中,由于硫酸生成、濃度不斷提高,需要低于983%的硫酸和水來稀釋,以保持吸收酸的濃度。同時,隨著吸收酸量的增加,可不斷排出多余部分作為成品酸。

                存在的主要職業病危害因素:三氧化硫、硫酸霧、噪聲等。

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