一種基於提釩固廢硫酸鈉生產硫化鈉的方法與流程

2023-10-09 17:55:39

本發明屬於硫化鈉生產技術領域，具體涉及一種將冶金提釩工藝產生的固廢硫酸鈉用於生產硫化鈉的方法。

背景技術：

硫化鈉又稱臭鹼、臭蘇打、黃鹼、硫化鹼。硫化鈉為無機化合物，純硫化鈉為無色結晶粉末。吸潮性強，易溶於水。水溶液呈強鹼性反應。觸及皮膚和毛髮時會造成灼傷。故硫化鈉俗稱硫化鹼。硫化鈉水溶液在空氣中會緩慢地氧化成硫代硫酸鈉、亞硫酸鈉、硫酸鈉和多硫化鈉。

現有的硫化鈉的生產方法主要有煤粉還原法、吸收法、硫化鋇法和氣體還原法等，而煤粉還原法在工業生產中使用較多。煤粉還原法是將芒硝與煤粉按照配比在高溫下混合煅燒還原，經過後續處理得到硫化鈉產品。然而，其採用的原料的純度要求較高，成本較高，同時在生產的過程中煤粉消耗量大，產生的廢渣較多，不利於環保。

技術實現要素：

本發明的目的在於解決現有技術中存在的技術問題，提供一種成本低，能源利用率高，產生的廢棄物少，安全環保的基於提釩固廢硫酸鈉生產硫化鈉的方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種基於提釩固廢硫酸鈉生產硫化鈉的方法，包括步驟：

A：配料：稱取固廢硫酸鈉、焦粉和硫化鋇放入轉爐中；

B：焙燒：對步驟A所述的轉爐加熱，進行焙燒反應，生成鹼渣和熔融狀硫化鈉；

C：熱化浸取：將步驟B所述的熔融狀硫化鈉轉入熱水中攪拌浸取，得到粗渣和一級硫化鈉水溶液；

D：除渣澄清：對步驟C所述的一級硫化鈉水溶液靜置，固液分離操作後，得到細渣和二級硫化鈉水溶液；

E:蒸發濃縮：將步驟D所述的二級硫化鈉水溶液，蒸發濃縮，得到濃縮後的硫化鈉水溶液。

進一步的改進是，還包括步驟F，F：結晶：將步驟E得到的濃縮後的硫化鈉溶液冷卻結晶，得到固體硫化鈉。

進一步的改進是，所述焦粉的粒徑小於1mm。

進一步的改進是，所述步驟B採用煤氣對所述轉爐進行加熱，所述加熱的溫度為850-1100℃，焙燒時間為80-90min。

進一步的改進是，所述步驟A在稱取固廢硫酸鈉之前利用轉爐的餘熱對固廢硫酸鈉進行乾燥。

進一步的改進是，所述步驟C中的熔融狀硫化鈉先降溫至500℃再轉入熱水中浸取，所述熱水的溫度為80~100℃。

進一步的改進是，還包括步驟G，將步驟C產生的粗渣經過洗滌、過濾後用作加熱轉爐的燃料。

進一步的改進是，所述步驟D中靜置的時間為12h以上，所述固液分離操作為交替進行一次以上的靜置和過濾操作。

進一步的改進是，所述步驟A中按照重量比固廢硫酸鈉：焦粉：硫化鋇=85.36-85.93：13.73-14.22：0.34-0.42稱取固廢硫酸鈉、焦粉和硫化鋇放入轉爐中。

進一步的改進是，所述步驟E利用轉爐餘熱對步驟D的二級硫化鈉水溶液進行加熱蒸發。

本發明相對於現有技術的有益效果是：

本發明的基於固廢硫酸鈉生產硫化鈉的方法採用提釩工藝產生的固廢硫酸鈉作為原料將廢料二次使用，降低了原料成本；採用焦粉作為還原劑，採用焦粉替代傳統生產工藝中的煤粉作為還原劑減少了原料消耗，焦粉中固定碳含量比煤粉高10%左右能大幅提升還原率，減少還原劑用量，從而減少本方法最終的固廢量；焦粉揮發度僅2%，從而使煙氣排放比採用無煙煤減少6%，所採用焦粉可以為焦化廠副產物，屬於二次資源，更環保；採用硫化鋇作為沉澱劑，可以將生產原料中含有的氫氧化鈉、碳酸鈉、硫代硫酸鈉和亞硫酸鈉，更有效地轉化為硫化鈉，從而提高使得本方法在最大限度的提升硫化鈉的生產率的同時將原料的多餘的雜質除去；

本發明的基於固廢硫酸鈉生產硫化鈉的方法採用將方法生產過程中產生的粗渣處理後，用作加熱轉爐的原料或者其它的原料使用從而節省了能源消耗，提升了能源利用率；提供將細渣多次洗滌處理後排放，較少了對環境的汙染，將洗滌後的溶液進行回用，提高了能源利用率，減少了對環境的汙染，使本發明更安全環保；

本發明的基於固廢硫酸鈉生產硫化鈉的方法採用配料、焙燒、熱化浸取、除渣澄清、蒸發濃縮和結晶的生產工藝流程，優化生產工藝使得產生的固廢更少，生產成本更低，對環境更友好，從而使本發明產生更好的經濟效益和環保效益。

具體實施方式

下面結合實施例詳細說明本發明的技術方案，以使本領域的技術人員在不需要經過創造性勞動的情況下，根據本說明書的記載實現本發明的技術方案解決現有技術中存在的問題，達到相應的技術效果，需要說明的是，在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均屬於本發明的保護範圍。

一種基於提釩固廢硫酸鈉生產硫化鈉的方法，包括步驟：

A：配料：按照重量比稱取固廢硫酸鈉、焦粉和硫化鋇放入轉爐中；

由於提釩工藝產生的固廢硫酸鈉中含有20%-25%的水分，為了更好地回收生產硫化鈉生產前需要將固廢硫酸鈉生產原料利用轉爐餘熱進行乾燥。為了充分地讓焦粉（C）與原料中的硫酸鈉反應生成硫化鈉（Na2S），需要將焦炭用球磨機加工成密度不超過1mm的焦粉（C）。固廢硫酸鈉（Na2SO4）、焦粉（C）、硫化鋇（BaS）按照相應的比例進行配比，配比後輸送到焙燒轉爐上料平臺待用。

B：焙燒：對步驟A所述的轉爐加熱，進行焙燒反應，生成鹼渣和熔融狀硫化鈉；

硫酸鈉和焦粉、硫化鋇加入到轉爐。燃燒煤氣作為燃料對轉爐進行加熱，爐溫達到850-1100℃後，爐內開始化學反應，硫酸鈉反應脫氧後生成硫化鈉，硫化鋇與原料中的氫氧化鈉、碳酸鈉、硫代硫酸鈉、亞硫酸鈉反應生成硫化鈉及氫氧化鋇、亞硫酸鋇、硫代硫酸鋇、碳酸鋇，加料到反應完出爐一般需要80-90min。

C：熱化浸取：將步驟B所述的熔融狀硫化鈉轉入熱水中攪拌浸取，得到粗渣和一級硫化鈉水溶液；

轉爐焙燒後，熔融狀硫化鈉自然冷卻，降溫至500℃放入熱化浸取缸。利用硫化鈉溶解於水的化學特性，硫化鈉進入熱水（水溫80-100℃）溶解，經過攪拌溶解後，利用三級螺旋提升機洗渣後除掉粗渣（主要成分為煤渣，含量為90%-95%），分離後的煤渣仍有1000K的發熱值，可用於製造水泥、磚等建築材料，也可摻入煤炭中使用節省燃料。除渣後的硫化鈉水溶液進入下一道工序。

D：除渣澄清：對步驟C所述的一級硫化鈉水溶液靜置，固液分離操作後，得到細渣和二級硫化鈉水溶液；

除掉粗渣的硫化鈉水溶液沉澱12h以上，再進行一系列的攪拌、澄清，過濾，除掉細渣。硫化鈉水溶液沉澱後的鹼泥放入100℃的沸水經過壓濾機進行二次洗滌和壓濾，廢水回收再利用，細渣外運。除掉細渣後的硫化鈉水溶液進入下一道工序。

E:蒸發濃縮：將步驟D所述的二級硫化鈉水溶液，蒸發濃縮，得到濃縮後的硫化鈉水溶液。

除掉雜質後的硫化鈉水溶液含有多餘的水分，將除掉雜質後的硫化鈉水溶液放入加熱蒸發鍋，利用轉爐餘熱將硫化鈉溶液進行加熱蒸發。根據產品等級來決定蒸發掉硫化鈉水溶液中的水分。硫化鈉根據行業標準，以硫化鈉含量分為52-55%；56-58%，59-60%三個等級。硫化鈉水溶液濃縮完後，進入下一道包裝工序。

進一步的改進是，還包括步驟F，F：結晶：將步驟E得到的濃縮後的硫化鈉溶液冷卻結晶，得到固體硫化鈉。

濃縮後的硫化鈉水溶液溫度在80-90℃，利用硫化鈉低於40℃結晶凝固的化學特性，在片鹼機進行片解的過程中，利用冷水對片鹼機滾筒進行冷卻，硫化鈉水溶液在滾同上結晶凝固，然後用片鹼機的刀片刮落凝固的硫化鈉，成為硫化鈉成品。待硫化鈉冷卻到常溫後進行包裝，包裝按照25kg/袋定額包裝，包裝按照國家標準三層包裝。

進一步的改進是，所述焦粉的粒徑小於1mm。

進一步的改進是，所述步驟B採用煤氣對所述轉爐進行加熱，所述加熱的溫度為850-1100℃，焙燒時間為80-90min。

進一步的改進是，所述固廢硫酸鈉中包括如下組分：硫酸鈉、硫酸銨、氫氧化鈉、碳酸鈉、亞硫酸鈉、硫代硫酸鈉、氧化鈣、三氧化二鐵、氯化銨、五氧化二釩、二氧化矽和水。

進一步的改進是，所述步驟A在稱取固廢硫酸鈉之前利用轉爐的餘熱對固廢硫酸鈉進行乾燥。

進一步的改進是，所述步驟C中的熔融狀硫化鈉先降溫至500℃再轉入熱水中浸取，所述熱水的溫度為80~100℃。

進一步的改進是，所述步驟D中靜置的時間為12h以上，所述固液分離操作為交替進行一次以上的靜置和過濾操作。

進一步的改進是，所述步驟A中按照重量比固廢硫酸鈉：焦粉：硫化鋇=85.36-85.93：13.73-14.22：0.34-0.42稱取固廢硫酸鈉、焦粉和硫化鋇放入轉爐中。

進一步的改進是，所述步驟E利用轉爐餘熱對步驟D的二級硫化鈉水溶液進行加熱蒸發。

進一步的改進是，還包括步驟G，將步驟C產生的粗渣經過洗滌、過濾後用作加熱轉爐的燃料。

實施例1

A：在稱取固廢硫酸鈉之前利用轉爐的餘熱對固廢硫酸鈉進行乾燥；將焦粉的粒徑粉碎至小於1mm；稱取固廢硫酸鈉8593kg、焦粉1422kg和硫化鋇42kg放入轉爐中；

B：用煤氣對所述轉爐進行加熱至溫度為850℃，焙燒為90min，生成鹼渣和熔融狀硫化鈉；

C：將步驟B所述的熔融狀硫化鈉自然冷卻，降溫至500℃放入熱化浸取缸；利用硫化鈉溶解於水的化學特性，硫化鈉進入熱水水溫為80℃溶解，經過攪拌溶解後，利用三級螺旋提升機洗渣後除掉粗渣後，得到粗渣和一級硫化鈉水溶液；將步驟C產生的粗渣經過洗滌、過濾後用作加熱轉爐的燃料；

D：除渣澄清：對步驟C所述的一級硫化鈉水溶液靜置12h，過濾，再攪拌，進行靜置、過濾重複3次，除掉細渣；硫化鈉水溶液沉澱後的鹼泥放入100℃的沸水經過壓濾機進行二次洗滌和壓濾，廢水回收再利用，細渣外運；

E:蒸發濃縮：利用轉爐餘熱對步驟D的二級硫化鈉水溶液進行加熱蒸發濃縮，得到濃縮後的硫化鈉水溶液；

F：結晶：將步驟E得到的濃縮後的硫化鈉溶液冷卻結晶，得到固體硫化鈉。

實施例2

A：在稱取固廢硫酸鈉之前利用轉爐的餘熱對固廢硫酸鈉進行乾燥；將焦粉的粒徑粉碎至小於1mm；稱取固廢硫酸鈉8536kg、焦粉1373kg和硫化鋇34kg放入轉爐中；

B：用煤氣對所述轉爐進行加熱至溫度為1100℃，焙燒為80min，生成鹼渣和熔融狀硫化鈉；

C：將步驟B所述的熔融狀硫化鈉自然冷卻，降溫至500℃放入熱化浸取缸；利用硫化鈉溶解於水的化學特性，硫化鈉進入熱水水溫為100℃溶解，經過攪拌溶解後，利用三級螺旋提升機洗渣後除掉粗渣後，得到粗渣和一級硫化鈉水溶液；將步驟C產生的粗渣經過洗滌、過濾後用作加熱轉爐的燃料；

D：除渣澄清：對步驟C所述的一級硫化鈉水溶液靜置12h，過濾，再攪拌，進行靜置、過濾重複5次，除掉細渣；硫化鈉水溶液沉澱後的鹼泥放入沸水中經過壓濾機進行二次洗滌和壓濾，廢水回收再利用，細渣外運；

E:蒸發濃縮：利用轉爐餘熱對步驟D的二級硫化鈉水溶液進行加熱蒸發濃縮，得到濃縮後的硫化鈉水溶液；

F：結晶：將步驟E得到的濃縮後的硫化鈉溶液冷卻結晶，得到固體硫化鈉。

實施例3

A：在稱取固廢硫酸鈉之前利用轉爐的餘熱對固廢硫酸鈉進行乾燥；將焦粉的粒徑粉碎至小於1mm；稱取固廢硫酸鈉8556kg、焦粉1390kg和硫化鋇38kg放入轉爐中；

B：用煤氣對所述轉爐進行加熱至溫度為900℃，焙燒為85min，生成鹼渣和熔融狀硫化鈉；

C：將步驟B所述的熔融狀硫化鈉自然冷卻，降溫至500℃放入熱化浸取缸；利用硫化鈉溶解於水的化學特性，硫化鈉進入熱水水溫為90℃溶解，經過攪拌溶解後，利用三級螺旋提升機洗渣後除掉粗渣後，得到粗渣和一級硫化鈉水溶液；將步驟C產生的粗渣經過洗滌、過濾後用作加熱轉爐的燃料；

D：除渣澄清：對步驟C所述的一級硫化鈉水溶液靜置12h，過濾，再攪拌，進行靜置、過濾重複4次，除掉細渣；硫化鈉水溶液沉澱後的鹼泥放入95℃的熱水經過壓濾機進行二次洗滌和壓濾，廢水回收再利用，細渣外運；

E:蒸發濃縮：利用轉爐餘熱對步驟D的二級硫化鈉水溶液進行加熱蒸發濃縮，得到濃縮後的硫化鈉水溶液；

F：結晶：將步驟E得到的濃縮後的硫化鈉溶液冷卻結晶，得到固體硫化鈉。

測試例

本測試例的提釩工藝產生的固廢硫酸鈉原料成分如表1所示，除表1中所有成分外固廢硫酸鈉原料中還含有20%左右的水分和少量的廢渣。

表1固廢硫酸鈉中成分含量對照表

在生產過程中，在原料硫酸鈉（Na2SO4）中配入焦粉（C）,然後在轉爐中加熱到850-1100℃通過碳還原生成硫化鈉（Na2S），主要化學反應式為：

Na2SO4+ 2C→Na2S+2CO2↑

由於生產原料不同於國內普通煤粉還原法生產硫化鈉（Na2S）的原料，生產原料中含有NaOH（氫氧化鈉）、Na2CO3（碳酸鈉）、Na2S2O3 （硫代硫酸鈉）、Na2SO3（亞硫酸鈉） ，所以在配料過程中加入硫化鋇（BaS）可以除去雜質，更有效地回收Na2S（硫化鈉），主要化學反應式為：

BaS+2NAOH=Ba(OH)2↓+Na2S

BaS + Na2SO3=BaSO3↓+Na2S

BaS+Na2S2O3=BaS2O3↓+Na2S

BaS+2NaCO3=BaCO3↓+Na2S

採用焦粉替代傳統生產工藝中的煤粉作為還原劑減少原料消耗焦粉中固定碳含量比煤粉高10%左右能提升還原率，減少還原劑配比量，產生更少的固體廢棄物，減輕汙染。焦粉揮發度僅2%煙氣排放比採用無煙煤減少6%，所採用焦粉可以選用焦化廠副產物，屬於二次資源，更環保。

根據本說明書的記載即可較好的實現本發明的技術方案。