張玲玲

（江西銅業(yè)集團(tuán)公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

銅冶煉副產(chǎn)品石膏的綜合利用研究

張玲玲

（江西銅業(yè)集團(tuán)公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

闡述了國(guó)內(nèi)外工業(yè)副產(chǎn)品石膏的處理現(xiàn)狀，研究了碳對(duì)石膏高溫分解反應(yīng)的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，碳的存在可以大幅降低石膏的分解溫度，閃速爐反應(yīng)塔的溫度可以滿足碳存在時(shí)的石膏分解溫度要求，為工業(yè)石膏、活性焦這兩種固體廢棄物的處理及利用提供了途徑，可實(shí)現(xiàn)變廢為寶。

冶煉煙氣；工業(yè)副產(chǎn)品石膏；活性焦；高溫分解；閃速爐；綜合利用

1 引言

工業(yè)副產(chǎn)品石膏是工業(yè)生產(chǎn)中的一種副產(chǎn)物，主要成分是硫酸鈣,一般用于建筑行業(yè)，目前尚未得到其它更有效的利用，造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)。尤其是磷酸鹽工業(yè)產(chǎn)出的磷石膏，大多采用圈地堆放的方法處理，不僅占用寶貴的土地資源，還污染環(huán)境。工業(yè)石膏的治理及資源化利用已成為一個(gè)亟需解決的問(wèn)題。

貴溪冶煉廠銅冶煉過(guò)程中產(chǎn)生的大量二氧化硫煙氣用于生產(chǎn)工業(yè)硫酸。因煙氣中含有三氧化硫、銅、砷和氟等雜質(zhì)，制酸前需采用凈化設(shè)備對(duì)煙氣進(jìn)行洗滌凈化，得到的洗滌液進(jìn)入廢酸、廢水處理工藝。處理過(guò)程中，為除去硫酸和氟，需添加碳酸鈣，此時(shí)會(huì)得到工業(yè)副產(chǎn)品石膏，年產(chǎn)量約為8萬(wàn)t/年［1］。

煙氣制酸后的尾氣采用活性焦脫硫處理，工藝為活性焦脫硫吸附——活性焦再生——副產(chǎn)品生成。再生后的活性焦通過(guò)鏈條機(jī)、篩選設(shè)備等活性焦循環(huán)系統(tǒng)后，大部分活性焦返回脫硫塔進(jìn)行循環(huán)使用，少量的活性焦粉末及吸附的灰塵被分離出去，成為廢活性焦［2］。

眾所周知，在銅閃速熔煉過(guò)程中，為改善爐況，會(huì)加入小比例的焦粉(一般為3‰左右)。同時(shí)，為改良渣性，造良性堿性渣，氧化鈣也經(jīng)常被作為一種添加劑加入閃速爐［3］。能否將工業(yè)石膏和廢活性焦這兩種固體廢棄物加入閃速爐，進(jìn)而使石膏在爐內(nèi)分解成有利于爐況的氧化鈣？對(duì)此有必要開(kāi)展碳存在條件下的石膏高溫分解試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)原理

硫酸鈣高溫分解是一個(gè)十分復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，溫度和氣氛對(duì)其分解結(jié)果影響顯著［4］。硫酸鈣可發(fā)生分解反應(yīng)生成氧化鈣，但其熱力學(xué)反應(yīng)溫度高達(dá)1872K［5］。第一次世界大戰(zhàn)期間，德國(guó)人穆勒（Mueller）使用天然石膏生產(chǎn)硫酸時(shí)發(fā)現(xiàn)，焦炭的存在可以很大程度上降低石膏的分解溫度，認(rèn)為CaSO4與C發(fā)生固一固反應(yīng)生成了CaS；生成的CaS再與多余的CaSO4反應(yīng)生成氧化鈣與二氧化硫［6］，即：

CaSO4+2C=CaS +2CO2↑

CaS+3CaSO4=4CaO+4SO2↑

2CaSO4+C=2CaO+2SO2↑+CO2↑

本試驗(yàn)的目的就是考察在特定溫度（閃速爐反應(yīng)塔溫度）、特定比例碳存在的條件下，硫酸鈣分解成氧化鈣的程度，從而判斷石膏、廢活性焦這兩種固體廢棄物是否能直接加入閃速爐，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)廢棄物的再利用。

3 試驗(yàn)準(zhǔn)備

試驗(yàn)原料硫酸鈣的來(lái)源為工業(yè)副產(chǎn)品石膏，成分見(jiàn)表1所示。碳素物質(zhì)的來(lái)源為含碳75%左右的廢活性焦粉末。

表1 工業(yè)副產(chǎn)品石膏的成分

試驗(yàn)在上海實(shí)驗(yàn)電爐廠生產(chǎn)的SK2-6-12型管式電阻爐內(nèi)進(jìn)行。由于條件所限，每批次試驗(yàn)均取原料硫酸鈣1mol，即石膏170g。

4 試驗(yàn)結(jié)果

硫酸鈣與碳的反應(yīng)過(guò)程較為復(fù)雜，為了詳細(xì)了解反應(yīng)進(jìn)展情況，配制了不同摩爾比的硫酸鈣與碳進(jìn)行試驗(yàn)，充分考慮了碳充分過(guò)量，碳不足，以及碳的添加量處于這兩者之間的情況。

試驗(yàn)考察了在不同溫度下，硫酸鈣直燒，以及硫酸鈣與碳的摩爾比為1∶0.5、1∶0.75、1∶1時(shí)，硫的脫除情況，硫脫除率越高，硫酸鈣分解效果越好。

（1）硫酸鈣直燒。

考察了硫酸鈣直燒，即不添加廢活性焦時(shí)，硫酸鈣在不同溫度下的分解情況，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 直燒時(shí)硫酸鈣高溫分解情況

由表2可以看出，直燒硫酸鈣，1200℃及以下溫度時(shí)，反應(yīng)物中硫總量基本未變化，硫酸鈣未分解。

（2）摩爾比為1∶0.5。

考察了硫酸鈣與碳摩爾比為1∶0.5，即加入廢活性焦8g時(shí)，硫酸鈣在不同溫度下的分解情況，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 摩爾比為1∶0.5時(shí)硫酸鈣高溫分解情況

由表3可以看出，在硫酸鈣與碳摩爾比為1∶0.5條件下，1000℃及以下溫度時(shí)未發(fā)生明顯分解，1200℃時(shí)分解率為51.20%。

（3）摩爾比為1∶0.75。

考察了硫酸鈣與碳摩爾比為1∶0.75，即加入廢活性焦12g時(shí)，硫酸鈣在不同溫度下的分解情況，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 摩爾比為1∶0.75時(shí)硫酸鈣高溫分解情況

由表4可以看出，在硫酸鈣與碳摩爾比為1∶0.75的條件下，1000℃以下未發(fā)生明顯分解，1000℃時(shí)分解率為28.03%，1200℃時(shí)達(dá)到89.37%。

（4）摩爾比為1∶1。

考察了硫酸鈣與碳摩爾比1∶1，即加入廢活性焦16g時(shí)，硫酸鈣在不同溫度下的分解情況，結(jié)果見(jiàn)表5。

Study on Comprehensive Utilization of Gypsum as the By-product of Copper Smelting

ZHANG Ling-ling
（Guixi Smelt of Jiangxi Copper Corporation, Guixi 335424, Jiangxi, China）

In this paper, the handling situation of industrial by-product gypsum at home and abroad was laborated, and the influence of carbon on gypsum pyrolysis reaction was studied. The experimental results show that the presence of carbon could greatly reduce the decomposition temperature of gypsum. The temperature of the reaction tower in flash furnace could satisfy the temperature requirement of gypsum decomposition when carbon was present. It provided the basis for the treatment and utilization of two kinds of industrial solid waste gypsum, activated coke and industrial gypsum in this study, and it implemented turning waste into treasure.

smelting gas；industrial by-product gypsum；activated coke；pyrolysis；flash furnace；comprehensive utilization

X756

A

1009-3842（2015）05-0046-02

2015-07-16

張玲玲（1982-），女，河南開(kāi)封人，工程師，學(xué)士，主要從事銅冶金技術(shù)研究。E-mail: zhangll_82@126.com