一種富含CaSO4物料的高溫熔融鹽處理方法技術

本發明專利技術涉及一種富含CaSO4物料的高溫熔融鹽處理方法，屬于冶金和化工環保技術領域。首先將熔融鹽體系放入到熔融鹽反應器中，從熔融鹽反應器頂部加入富含CaSO4物料，然后從熔融鹽反應器底部氮氣，碳質還原劑以氮氣為載氣從底部進入熔融鹽反應器進行反應，制備得到SO2和CO2混合氣以及CaO，生成的SO2和CO2混合氣從熔融鹽反應器頂部流出，經冷凝器冷凝、凈化后得到富SO2尾氣最后進行制酸；得到的CaO逐漸沉向底部，當反應完成后將CaO和熔融鹽一同導入CaO分離器得到將CaO和熔融鹽，熔融鹽經熔融鹽清理系統處理后進入第一個熔融鹽儲罐，然后通過熔融鹽循環系統進入到加熱器中加熱，最后進去到第二個熔融鹽儲罐從而流進熔融鹽反應器。本發明專利技術使得CaSO4物料的處理成本得到降低。

【技術實現步驟摘要】
一種富含CaSO4物料的高溫熔融鹽處理方法
本專利技術涉及一種富含CaSO4物料的高溫熔融鹽處理方法，屬于冶金和化工環保

技術介紹
目前，工業生產過程中產生的富含CaSO4的物料磷石膏、脫硫石膏、石灰鐵鹽法廢水污泥等都屬于固體廢棄物，其中部分還是屬于危險廢棄物。富含CaSO4的物料大都屬于工業固體廢棄物，冶金工業每年都產生大量的固廢物，據相關報告顯示，我國截止目前堆存的工業固體廢棄物高達20億噸，僅我國有色金屬冶煉行業每年就要產生超過7000萬噸的固體廢物。以銅冶煉企業為例，我國是銅冶煉生產大國，由于近年來銅產量持續快速增長，導致銅火法冶煉企業每年需要處理大量含重金屬及含砷的酸性廢水，大量含重金屬的酸性廢水經廢水處理工藝處理后產生大量的固體廢渣，稱為銅污泥，而銅污泥就屬于一種富含CaSO4的物料。還有，在磷化工領域，2014年全國磷石膏產生量約7500萬噸，堆存量已達2.5億噸。在國家與行業已出臺市場準入標準、設計圖集、施工、技術規程等情況下，20余年來全國20多個省市都大力開發應用磷石膏。但是，2014年磷石膏的利用率仍只有25%左右，并且僅用于水泥緩凝劑和建筑石膏等。隨著全球工業持續快速的發展，人們對生態環境保護意識的增強，因此，如何有效、合理、科學地處理這些富含CaSO4物料已引起相關行業和環保部門的重點關注，將其無害化和資源化處理必將成為國內外冶金與環保工作者研究的重點。本專利探求出一種新的富含CaSO4物料的處置方法—高溫熔融鹽處理法，有理由相信，這不僅會產生一定經濟效益，更重要的在于其帶來的環保效益和社會效益。
技術實現思路
針對上述現有技術存在的問題及不足，本專利技術提供一種富含CaSO4物料的高溫熔融鹽處理方法。本專利技術在熔融鹽體系下，用碳質還原劑（煤、焦炭、天然氣等）作為還原劑來還原分解CaSO4制取SO2與CaO，SO2可用于制酸，CaO可作化工原料。熔融鹽起到反應介質和儲放熱的功能，既可達到節能降耗的目的，又能避免反應過程熱點和三廢的產生，用于處理富含CaSO4物料可以避免結渣，有利于連續性生產。本專利技術的系統充分利用了CaSO4物料中Ca元素和S元素，使得CaSO4物料的處理成本得到較大降低，本專利技術通過以下技術方案實現。一種富含CaSO4物料的高溫熔融鹽處理方法，其具體步驟如下：（1）處理富含CaSO4物料的高溫熔融鹽處理裝置包括熔融鹽反應器、CaO分離器、熔融鹽儲存罐和熔融鹽儲存加熱系統；（2）首先將熔融鹽體系加熱到1323K~1423K放入到熔融鹽反應器中，從熔融鹽反應器頂部加入富含CaSO4物料，然后從熔融鹽反應器底部通入流量為100~800Ncm3·min-1的氮氣，碳質還原劑以氮氣為載氣從底部進入熔融鹽反應器進行反應0.5~10h，制備得到SO2和CO2混合氣以及CaO，生成的SO2和CO2混合氣從熔融鹽反應器頂部流出，經冷凝器冷凝、凈化后得到富SO2尾氣最后進行制酸；（3）步驟（2）制備得到的CaO逐漸沉向底部，當反應完成后將CaO和熔融鹽一同導入CaO分離器（由于兩者的密度不一樣，上層為熔融鹽，下層為氧化鈣，通過現有分離器即能將熔融鹽和氧化鈣分離）得到將CaO和熔融鹽，熔融鹽經熔融鹽清理系統處理后（清理即將漂浮在熔融鹽上面的顯而易見的殘渣清理掉）進入第一個熔融鹽儲罐，然后通過熔融鹽循環系統進入到加熱器中加熱，最后進去到第二個熔融鹽儲罐從而流進熔融鹽反應器（選擇兩個熔融鹽儲存罐是為了便于控制生產過程，提高安全系數，熔融鹽主要儲存在兩個罐子里，一個高溫，一個低溫，一旦出現漏液或者其他狀況，兩個罐子可以將整個流程的熔融鹽儲存起來）。所述步驟（1）中的富含CaSO4物料為銅污泥或磷石膏。富含CaSO4物料占熔融鹽質量的比例為5~40%。所述步驟（2）中熔融鹽體系為Na2CO3、K2CO3、Li2CO3中的一種、兩種或三種的混合物，兩種混合物時質量比為0.5~1.5:0.5~1.5，三種混合物時質量比為0.5~1.5：0.5~1.5：0.5~1.5。所述步驟（2）中碳質還原劑為煤、焦炭或天然氣，碳質還原劑的加入量為富含CaSO4物料中CaSO4與碳質還原劑中碳的摩爾比為1.5~2.0：1。本專利技術的有益效果是：（1）反應在熔融鹽體系中進行，反應的動力學條件和熱力學條件極其優越，使得反應十分容易控制，留給工程設計和實際生產環節的自由量十分寬裕；（2）反應在熔融鹽體系中進行，通過熔融鹽優越的熱傳導性能使反應溫度場更加均勻，避免熱點問題的產生，使反應更易進行；（3）利用熔融鹽的儲熱功能，使反應過后的余熱大部分儲存于熔融鹽中，熔融鹽循環使用，同時提高混合氣及CaO的系統熱利用率，達到節能降耗的目的；（4）該熔融鹽處置方法與傳統的還原分解CaSO4物料相比，反應尾廢氣極其容易控制，不會向大氣排放有毒有害的污染物，是環境友好的富含CaSO4物料的處置方法；（5）整個工藝流程短，可以避免固定床或者回轉窯反應過程中存在的結渣等問題。附圖說明圖1是本專利技術工藝流程圖。具體實施方式下面結合附圖和具體實施方式，對本專利技術作進一步說明。實施例1如圖1所示，該富含CaSO4物料的高溫熔融鹽處理方法，其具體步驟如下：（1）處理富含CaSO4物料的高溫熔融鹽處理裝置包括熔融鹽反應器、CaO分離器、熔融鹽儲存罐和熔融鹽儲存加熱系統；其中富含CaSO4物料為磷石膏，其質量百分比成分如表1所示；表1（2）首先將熔融鹽體系加熱到1323K放入到熔融鹽反應器中，從熔融鹽反應器頂部加入富含CaSO4物料，然后從熔融鹽反應器底部通入流量為100Ncm3·min-1的氮氣，碳質還原劑以氮氣為載氣從底部進入熔融鹽反應器進行反應2h，制備得到SO2和CO2混合氣以及CaO，生成的SO2和CO2混合氣從熔融鹽反應器頂部流出，經冷凝器冷凝、凈化后得到富SO2尾氣最后進行制酸；其中富含CaSO4物料與熔融鹽體系的質量比為2：5；熔融鹽體系為質量比為1:1的Na2CO3和K2CO3；碳質還原劑為煤，碳質還原劑的加入量為富含CaSO4物料中CaSO4與碳質還原劑中碳的摩爾比為1.5：1；（3）步驟（2）制備得到的CaO逐漸沉向底部，當反應完成后將CaO和熔融鹽一同導入CaO分離器得到將CaO和熔融鹽，熔融鹽經熔融鹽清理系統處理后進入第一個熔融鹽儲罐，然后通過熔融鹽循環系統進入到加熱器中加熱，最后進去到第二個熔融鹽儲罐從而流進熔融鹽反應器（為了安全和便于控制生產流程）。上述生成的SO2和CO2混合氣中SO2體積百分比為10%~25%，CO2百分比5%~13%，絕大部分硫元素已經被還原為SO2。實施例2如圖1所示，該富含CaSO4物料的高溫熔融鹽處理方法，其具體步驟如下：（1）處理富含CaSO4物料的高溫熔融鹽處理裝置包括熔融鹽反應器、CaO分離器、熔融鹽儲存罐和熔融鹽儲存加熱系統；其中富含CaSO4物料為磷石膏，其質量百分比成分如表2所示；表2（2）首先將熔融鹽體系加熱到1323K放入到熔融鹽反應器中，從熔融鹽反應器頂部加入富含CaSO4物料，然后從熔融鹽反應器底部通入流量為100Ncm3·min-1的氮氣，碳質還原劑以氮氣為載氣從底部進入熔融鹽反應器進行反應2h，制備得到SO2和CO2混合氣以及CaO，生成的SO2和CO2混合氣從本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種富含CaSO4物料的高溫熔融鹽處理方法，其特征在于具體步驟如下：（1）處理富含CaSO4物料的高溫熔融鹽處理裝置包括熔融鹽反應器、CaO分離器、熔融鹽儲存罐和熔融鹽儲存加熱系統；（2）首先將熔融鹽體系加熱到1323K~1423K放入到熔融鹽反應器中，從熔融鹽反應器頂部加入富含CaSO4物料，然后從熔融鹽反應器底部通入流量為100~800Ncm3·min?1的氮氣，碳質還原劑以氮氣為載氣從底部進入熔融鹽反應器進行反應0.5?10h，制備得到SO2和CO2混合氣以及CaO，生成的SO2和CO2混合氣從熔融鹽反應器頂部流出，經冷凝器冷凝、凈化后得到富SO2尾氣最后進行制酸；（3）步驟（2）制備得到的CaO逐漸沉向底部，當反應完成后將CaO和熔融鹽一同導入CaO分離器得到將CaO和熔融鹽，熔融鹽經熔融鹽清理系統處理后進入第一個熔融鹽儲罐，然后通過熔融鹽循環系統進入到加熱器中加熱，最后進去到第二個熔融鹽儲罐從而流進熔融鹽反應器。

【技術特征摘要】
1.一種富含CaSO4物料的高溫熔融鹽處理方法，其特征在于具體步驟如下：（1）處理富含CaSO4物料的高溫熔融鹽處理裝置包括熔融鹽反應器、CaO分離器、熔融鹽儲存罐和熔融鹽儲存加熱系統；首先將熔融鹽體系加熱到1323K~1423K放入到熔融鹽反應器中，從熔融鹽反應器頂部加入富含CaSO4物料，然后從熔融鹽反應器底部通入流量為100~800Ncm3·min-1的氮氣，碳質還原劑以氮氣為載氣從底部進入熔融鹽反應器進行反應0.5-10h，制備得到SO2和CO2混合氣以及CaO，生成的SO2和CO2混合氣從熔融鹽反應器頂部流出，經冷凝器冷凝、凈化后得到富SO2尾氣最后進行制酸；（2）步驟（1）制備得到的CaO逐漸沉向底部，當反應完成后將CaO和熔融鹽一同導入CaO分離器得到CaO和熔融鹽，熔融鹽經熔融鹽清理系統處理后進入第一個熔融鹽儲存罐，然后通過熔融...

【專利技術屬性】
技術研發人員：祝星，趙占沖，翟康，王華，祁先進，魏永剛，李孔齋，胡建杭，
申請(專利權)人：昆明理工大學，
類型：發明
國別省市：云南;53