锶盐生产中废气、废水的综合利用

2022-09-11

作为磁性材料、彩色显象玻壳、液晶玻璃基板、烟花生产等基本无机原料的碳酸锶具有广泛用途。碳酸锶的生产原料天青石矿在重庆地区的储量丰富, 占全国总储量的60%。但目前锶盐生产中产生的废气、废水对生态环境的污染问题引起环保部门及研发者的高度重视, 开发锶盐生产中废气、废水的综合利用途径, 对于废物综合利用, 变废为宝和环境保护具有重要意义。

一、废气、废水的产生

工业上生产碳酸锶的方法主要有碳还原法、复分解法、菱锶矿热解法等。生产中产生的废气主要来源有碳化、转窑和烘干的硫化氢、二氧化硫尾气。废水的主要来源有离心脱硫水、中间品洗水、碳化脱硫外排的含硫废水等。

二、废气处理

对废气的治理主要是利用H2S、SO2制备硫磺和亚硫酸钠等, 碳酸锶产生的废气主要来自两方面;一方面是碳化工序反应过程中产生大量的H2S气体转入气柜用于制备硫磺, 一方面是锶矿煤炭混合培烧产生的旋窑烟气及生产硫磺烟气含有大量SO2气体, 进入脱硫塔碱液吸收用于制备亚硫酸钠。

1. 制备硫磺[1,2,3]

采用克劳斯炉法处理硫化氢回收硫磺, 硫化氢大部分不完全氧化和交换反应转化为硫磺和水;少部分硫化氢充分燃烧生成二氧化硫和水。该法在处理高含量硫化氢气体时已取得了较好的经济和社会效益, 目前已在国内外许多厂得到普遍应用。尤其是在超级克劳斯工艺中, 硫的回收率可达99%以上。但该方法存在占地面积大, 消耗高, 硫化氢中的元素硫和氢没有被有效地回收利用的问题。反应方程式如下:

2. 制备亚硫酸钠

利用旋窑烟气及生产硫磺尾气制备亚硫酸钠, 是硫磺尾气经焚烧后与旋窑烟气 (含有SO2) 经静电除尘器、水洗塔除尘后, 经鼓风机从脱硫塔下部进入脱硫塔, 在脱硫塔内向上流动, 穿过填料段时, 与自上而下的碳酸钠溶液在填料上逆向接触, 烟气中的二氧化硫首先进入溶液中, 与碱液反应生产亚硫酸, 之后亚硫酸与碳酸钠反应生产亚硫酸钠。反应方程式如下:

该产品主要用于印染工业作为脱氧剂和漂白剂, 感光工业用作显影剂, 有机工业用作间笨二胺。纺织工业用作人造纤维、稳定剂。用于造纸、电子、水处理等行业。

其处理工艺流程见图1

三、废水处理

1. 含硫废水的利用途径

锶盐产生含硫废水中主要含有大量的硫化物, 含硫物质成分浓度1500─2000mg/L左右。含硫废水的处理方法通常有:酸化回收法, 铁盐沉淀法, 空气氧化法和曝气综合处理法等。[4]

(1) 空气氧化法

空气氧化法是由于硫是强还原剂, 利用空气中的氧, 在碱性条件下将S2-氧化成S2O32-和SO42-等, 为提高氧化效果, 在实际操作中通常添加一些金属盐类作为催化剂, 常用的有Mn、Cu、Fe、Co等金属盐。年产上万吨的碳还原法碳酸锶工艺根据综合污水的水质特点, 设计采用均质调节、中和、二价锰催化氧化法, 回收硫磺和碳酸氢铵等产品。

(2) 曝气综合处理法

针对碳酸锶废水中污染物浓度大、种类多的特点, 结合含硫废水处理方法的原理, 采取废水经沉淀后进入串联曝气塔中, 用CO2气体将废水中的硫化物进行曝气处理, 产生的硫化氢等气体碳化反应后输入气柜采用克劳斯炉法制备硫磺。曝气后的废水进入调配池加药剂中和再过滤处理, 过滤后回用。此法具有工艺操作简便, CO2气体利用率高, 生产成本低等特点, 其处理工艺流程见图2。[5]

此流程以提取废水中有用的物质, 经治理后的废水再进行回用。实现了碳酸锶废水闭路循环, 既消除了废水对水环境的污染, 同时还可以从废水中回收硫磺。