Получение серной кислоты из гипса и фосфогипса

Для производства серной кислоты используют несколько разновидностей сульфата кальция: ангидрит, или безводный сульфат кальция CaSO₄, гипс или двуводную соль CaSO₄ x 2H₂O и фосфогипс, представляющий собой отход производства фос­форных удобрений, т.е. смесь гипса с соединениями фтора, оксидами фосфора, SO₂ и других примесей, остающихся в гип­се после его отмывки.

Все эти разновидности сырья можно перерабатывать в сер­ную кислоту примерно по одной и той же технологической схе­ме, поэтому ниже будет рассмотрен только процесс получения серной кислоты из ангидрита (рис. 8-13).

Измельченный ангидрит, а также высушенные и измельчен­ные огарок, глина и кокс соответственно поступают в бункера 1—4, из которых в определенном соотношении транспортерами они направляются в шаровую мельницу 5, где дополнительно измельчаются и тщательно перемешиваются. Обжиг шихты производится в горизонтальной вращающейся печи 6; сюда же подаются топливо и воздух, подогретый в охлаждающем бара­бане 7 за счет тепла огарка (клинкера), выходящего из печи 6. Охлажденный клинкер поступает в бункер 8 и из него вместе с гипсом из бункера 9 направляется в шаровую мельницу 10. Готовый цемент собирается в бункере 11.

Подготовка и обжиг шихты являются важными и наиболее дорогостоящими стадиями процесса производства серной кис­лоты из ангидрита (около 70% капиталовложений и эксплуата­ционных затрат приходится на эти операции). Образующийся в результате обжига огарок после измельчения должен соответ­ствовать по качеству выпускаемому цементу. В связи с этим громоздкая и энергоемкая стадия подготовки компонентов ших­ты (измельчение, сушка, смешение) и их дозировка, а также обжиг шихты (одна из наиболее ответственных операций) проводятся при строгом соблюдении установленных норм техноло­гического режима.

Рис. 8-13. Схема подготовки и обжига шихты в производстве серной кислоты

из ангидрита (гипса):

1 – 4, 8, 9, 11 — бункера; 5, 10 — шаровые мельницы; 6 — вращающаяся печь; 7 — охлаж­дающий барабан.

Основные расходные коэффициенты (в т) на 1 т моногид­рата:

Газ, образующийся при обжиге ангидрита, перерабатывает­ся в серную кислоту по обычной (классической) схеме (см. рис. 7-9). Отличие заключается в том, что в промывном отде­лении устанавливается только одна ступень мокрых электро­фильтров, а в контактном отделении увеличивается поверхность теплообменников.

Исключение дополнительных ступеней электрофильтров обу­словлено тем, что в обжиговом газе отсутствует мышьяк и со­держится очень мало SO₃ (обжиг ведут при недостатке кисло­рода), поэтому в процессе охлаждения и промывки газа обра­зуется незначительное количество тумана. Увеличение теплообменной поверхности в контактном отделении объясняется бо­лее низкой концентрацией SO₂ в газе, получаемом при обжиге ангидрита, чем при обжиге колчедана.

Переработка гипса менее экономична, чем переработка ан­гидрита, так как в первом случае затрачивается дополнитель­ное тепло для удаления воды, выделяющейся при разложении CaSO₄ x 2H₂O, и снижается концентрация SO₂ в получаемом газе.

Процесс получения серной кислоты и цемента из фосфогипса осложняется наличием в нем примесей, ухудшающих каче­ство цемента и осложняющих переработку получаемого газа. При переработке газа в серную кислоту наибольшие затрудне­ния вызывают примеси фтора, содержание которого в фосфо-гипсе достаточно велико.

Примерный состав фосфогипса (в %, в пересчете на сухой продукт):

Влажность 1-й пробы 33, 00%, 2-й пробы 42, 10%. Расход су­хого фосфогипса, содержащего 94, 5% CaSO₄, на каждую тон­ну серной кислоты в моногидрате составляет 1, 83 т. Состав об­жигового газа приведен в табл. 8-2.

Перед обжигом фосфогипс подвергается осушке во вра­щающихся печах при 600—800 °С таким образом, чтобы основ­ное количество фтора перешло в состав отходящих газов. Эти газы подвергают специальной очистке от фтора, который далее используется.

При добавлении СаО выделение фтора уменьшается как при: сушке фосфогипса, так и при его последующем обжиге. Име­ются данные, что фосфогипс не подвергают предварительной сушке, а непосредственно направляют в печь обжига.