提高亚硫酸钠产量及品位的生产实践

常 鸣，刘 骁

（株洲冶炼集团股份有限公司，湖南株洲 412004）

提高亚硫酸钠产量及品位的生产实践

常 鸣，刘 骁

（株洲冶炼集团股份有限公司，湖南株洲 412004）

锌挥发窑烟气生产亚硫酸钠的过程中，影响其产量及品位的因素众多。文章对产生影响的相关因素进行了探讨并提出解决方法，通过严格控制反应pH值及温度，及时调整预洗塔喷淋量及抗氧化剂的添加量，加强设备改进，可以有效提高亚硫酸钠的产量及品位。

亚硫酸钠；产量；品位；挥发窑烟气

传统湿法炼锌流程中所产出的浸出渣通常采用挥发窑进行处理，其尾气中含有大量低浓度SO2烟气，某厂采用钠碱法处理挥发窑烟气中的SO2，并生产亚硫酸钠作为产品。钠碱法具有较高的脱硫效率、无二次污染等特点，尾气中SO2排放量远低于国家标准。但在生产过程中，受钠碱法及挥发窑烟气本身特点的影响，其亚硫酸钠的产量及品位均处于较低水平，影响经济效益的提高。经过在生产过程中工艺及设备的改进使亚硫酸钠的产量及品位上升，逐步适应市场需求。

1 挥发窑烟气生产亚硫酸钠的基本原理

挥发窑烟气经过余热锅炉、表面冷却器、布袋收尘后，进入脱硫系统的预洗塔进行除尘，除尘后烟气从吸收塔中部进入吸收塔内。烟气进入塔后向上流过喷淋段，以逆流方式与喷淋下来的亚硫酸钠溶液接触，烟气中的SO2被亚硫酸钠吸收并发生化学反应，生成溶解度较大的亚硫酸氢钠，脱硫后的净烟气通过除雾器除去夹带的液滴后，从吸收塔顶部排入大气。循环反应后的亚硫酸氢钠溶液自吸收塔进入反应结晶器内，与液碱系统输送过来的NaOH发生化学反应，生成亚硫酸钠，同时析出亚硫酸钠晶体。

循环塔中的主要化学反应如下：

反应结晶器内：

在反应结晶器内生成的亚硫酸钠晶体通过沉降增稠、离心过滤、气流干燥后得到无水亚硫酸钠，产生的滤液返回吸收塔进行下一个吸收循环。

工艺流程如图1所示。

图1 工艺流程图

2 影响亚硫酸钠产量和品位的主要问题

挥发窑烟气生产亚硫酸钠的过程中，影响亚硫酸钠产量及品位的问题较为复杂，除了钠碱法本身存在的一些问题外，挥发窑系统的生产状况及烟气的特点均有重要的影响。总体上来说，影响亚硫酸钠产量及品位的主要问题有亚硫酸钠的氧化、结晶、烟气含尘及各种设备因素等。

2.1 亚硫酸钠的氧化

亚硫酸钠本身为强还原剂，易被氧化，因此在循环液吸收的过程中当烟气中的氧气与溶液中的亚硫酸钠接触时会发生以下反应：

从而导致亚硫酸钠氧化为硫酸钠。在生产过程中亚硫酸钠被氧化为硫酸钠是影响产品品位的主要因素。亚硫酸钠的氧化一般认为主要与烟气中的氧浓度、烟尘金属含量、HSO－3浓度及pH值等因素有关。

在挥发窑烟气的脱硫过程中，受前段工艺控制的影响，烟气中往往含较高浓度的氧含量（一般在8%左右），并且含有大量的氧化锌烟尘及Cu2＋、Fe2＋、Mn2＋等金属粉尘，在酸性介质中，这些金属粉尘均对亚硫酸钠的氧化具有明显的促进作用［1］。在生产初期系统所产出的亚硫酸钠含量约在20%～40%之间，而硫酸钠的含量最高可达70%以上，说明存在着严重的氧化现象，影响产品品位。

2.2 亚硫酸钠的结晶

亚硫酸钠本身为白色粉末状结晶，易溶于水，在水中的溶解度（部分）见表1［2］。

表1 无水亚硫酸钠在水中的溶解度（部分）

无水亚硫酸钠在34.5℃时的溶解度最大，其饱和溶液冷却时会析出Na2SO3·7H2O结晶，Na2SO3·-7H2O更容易被空气中的氧气氧化为硫酸钠。一般来说根据挥发窑出口烟气温度及亚硫酸钠溶解度，吸收塔循环液温度一般控制在40～50℃之间，由于循环液及反应结晶器内含有大量的亚硫酸钠溶液，当温度过低时就会产生亚硫酸钠晶体，另外在碱性条件下亦有利于亚硫酸钠产生结晶，因此需要严格控制循环液温度及溶液中亚硫酸钠的含量。

在生产过程中，由于温度变化、工艺参数波动、循环液密度过高等原因经常会产生亚硫酸钠结晶堵塞阀门管道等，尤其是在低温环境下。一般来说，影响亚硫酸钠结晶的主要原因为温度、pH值等参数的控制不当及循环液密度过高，其产生结晶的部位通常也是温度及pH值变化较为剧烈或是循环液密度较高的部分，通常在吸收塔底部、反应结晶器内部，各管道及阀门接口处等部位。产生结晶后，清理疏通难度较大，影响系统正常生产，严重影响产量。

2.3 金属粉尘等杂质的影响

受挥发窑生产工艺的局限，进入脱硫系统中的烟气不可避免地含有大量氧化锌烟尘及Cu2＋、Fe2＋、Mn2＋等金属粉尘，这些粉尘不仅增加了预洗塔的净化压力，并且加剧了反应中亚硫酸钠的氧化，影响品位。而在烟气中的大量杂质进入循环液后，加速亚硫酸钠晶体在循环过程中的形成，使管道易于堵塞，并且增加了离心机脱水的难度，加速设备故障。

2.4 关键生产设备故障的影响

由于亚硫酸钠在低温、碱性条件下具有易结晶的性质，其循环液往往粘度较高，流动性差，具有较强的磨蚀性，在生产过程往往带来较多的设备故障。包括循环液在管道内、阀门处结晶造成管道堵塞、腐蚀；离心机脱除水分困难，滤布积料，影响后续工艺；循环后的含有细小亚硫酸钠的烟气在捕沫器上结晶堆积，从而造成捕沫器效率下降、烟气阻力增加等。这些设备故障均对连续正常生产造成影响，从而制约了产量的提高。

3 主要改进措施

3.1 添加阻氧剂，减少亚硫酸钠氧化

一般来说所有的有机物都具有不同程度的阻氧剂作用，对苯二胺、对苯二酚是亚硫酸钠氧化最强烈的阻止剂。在生产中采用对苯二胺做为亚硫酸钠的阻氧剂，抗氧化剂添加量与亚硫酸钠品位的变化如图2所示，从图2可以看出通过添加对苯二胺可以有效减少亚硫酸钠的氧化。

图2 抗氧化剂添加量与亚硫酸钠品位的变化

对苯二胺本身虽然为白色粉末，但在空气中易被氧化为紫红色粉末，过量添加虽然可以有效减少氧化，提高品位，但会对亚硫酸钠的色度产生影响并且增加成本消耗。在生产中可以通过不断改变抗氧化剂的加入方式和频率，确定出较为适合的加入量及加入时间，确保抗氧化效果，并定时对吸收塔循环液进行化验检测，及时调整抗氧化剂加入量。在生产过程中，根据生产情况采取每8 h添加2至4次阻氧剂，总计添加10～20 kg。通过加入抗氧化剂，硫酸钠含量大幅下降，抗氧化现象得到明显改善，产品品位可以保持在90%～94%之间。

3.2 减少烟尘及金属粉尘对品位的影响

在挥发窑的烟气处理中，烟气中各种金属粉尘的影响无法避免，大量金属粉尘的存在增加了预洗塔除尘压力，加剧了亚硫酸钠的氧化，影响设备运行效率。为了减少粉尘的影响首先需要在前段挥发窑生产中加强金属粉尘的收集率，稳定挥发窑生产，确保收尘系统正常，收尘效率稳定。

在烟气脱硫的净化除尘中，在不影响系统压力及水平衡的情况下，需要提高预洗塔喷淋量，确保除尘效率，减少金属粉尘对后续工艺的影响。在生产中通过提高喷淋量，改变喷淋循环方式，其烟气中的金属粉尘含量不断下降，从而确保了产品品位的提高。预洗塔喷淋液的含尘量与亚硫酸钠品位的变化关系如图3所示。

图3 预洗塔喷淋液含尘量与亚硫酸钠品位的变化

通过定时对预洗塔循环液进行粉尘检测及时调整喷淋量，控制循环喷淋液粉尘含量在0.05 g／L以下，有效地减少了亚硫酸钠的氧化，使其品位进一步上升至94%～96%左右，并且品位较为稳定。

3.3 严控pH值，减少对品位及产量的影响

挥发窑烟气生产亚硫酸钠的过程中，pH值的控制对生产具有重要的影响。良好的pH值控制可以有效地提高吸收效率，减少尾气排放及亚硫酸钠的氧化，保证反应在吸收塔及反应结晶器内正常进行，减少生产中结晶的生成及液碱的消耗，促进产量的提高。

在反应结晶器内，由于亚硫酸氢钠与NaOH反应生成亚硫酸钠需要在碱性条件下进行反应，但pH值过高会使亚硫酸钠溶液在反应的过程中结晶析出，容易堵塞管道及反应结晶器，特别是在反应器出口管道及阀门等温度变化较为剧烈的部分。因此在生产过程中一般将反应结晶器pH值控制在7.0～7.5之间，可以有效减少管道堵塞并确保反应正常。

3.4 加强温度控制，减少结晶生成

对于气液反应来说，适当地提升温度可以提高气液相的传质系数，加快反应速率，并且由于硫酸钠低温易结晶的性质，适当的提升温度可以得到较高的溶解度，减少结晶，但温度过高会降低SO2在液相的溶解度，对吸收不利，因此在生产中需要严格控制反应温度。在生产过程中可以控制的温度主要为烟气进口温度，在正常情况下，从挥发窑进入脱硫系统的烟气温度一般可达60℃以上，可以保证循环的正常反应。

在低温季节及工艺状况异常时需要对各管道及阀门进行保温，防止因温度过低而引起亚硫酸钠结晶，堵塞管道。在干燥系统中，由于增稠之后的亚硫酸钠含有约5%的水分，需要严格控制干燥器尾温在100℃以上，确保水分的脱除，减少后续打包系统的堵塞，保证产品质量。

3.5 减少设备故障，提高运行率

由于亚硫酸钠溶液的易磨蚀性，导致生产中设备故障较多，在实际生产中主要存在的问题包括：离心机故障率高，脱水效率不足，导致滤布上积料，经常需要进行人工清理，劳动强度大；吸收后烟气中的微小亚硫酸钠晶体在排空的过程中在捕沫器上富集，不断增加捕沫器重量，增加系统压力；循环塔及各管道、阀门等在pH值及温度发生变化时，往往在很短时间内就会产生结晶，在循环塔、反应结晶器内部沉积、堵塞各管道及阀门。这些问题均影响生产的稳定运行，制约产量的提高。

针对以上问题，采取了一系列的改进措施，包括改进离心机进料方式，从上部进料改为中间进料；改进控制系统，将气动刮刀改为液压刮刀等措施，提高了离心机的运行效率及脱水效果。通过增加捕沫器喷淋水量并提高喷淋液温度，利用亚硫酸钠高温溶解的特性定时进行清理，减少了亚硫酸钠晶体在捕沫器上的富集。通过在循环塔下部增加悬浮泵，增加循环塔内部液体流动，防止循环槽内板结，减少沉积；在降温较为剧烈的位置，包括阀门、管道接口等处增加保温装置或加热设备防止因温度偏低而引起堵塞；增加水平管道的倾斜度，加快液体在管道中的流速，减少液体在管道中的沉积；在管道易堵截位置增加清理孔，堵塞时可及时进行疏通等措施稳定生产。通过改进后当年运行效率提高约8%，产量提高约11%

4 结 论

在挥发窑烟气生产亚硫酸钠的过程中，需要严格控制吸收塔及反应结晶器的pH值及反应温度，根据生产情况及时调整预洗塔喷淋量及抗氧化剂的添加量，及时针对生产中的设备问题进行改进，确保系统稳定运行，产量及品位能够保持在较好水平。

［1］ 刘常胜，李述祖.钠碱法治理有色冶炼二氧化硫烟气［J］.中国有色冶金，2008，（3）：51－53.

［2］ 天津化工研究院.无机盐工业手册［M］.北京：化学工业出版社，1994.

［3］ 林世华，罗凯.钠碱法烟气脱硫吸收剂pH值的控制与效果［J］.技术与工程应用，2010，（12）：32－33.

The Production Practice to Im prove Yield and Quality of Sodium Sulfite

CHANG Ming，LIU Xiao
（Zhuzhou Smelter Group Co.，Ltd，Zhuzhou 412004，China）

In the process of zinc volatile kiln flue gas producing sodium sulfite，there are many factors affecting the yield and quality.This paper discusses the factors and proposes solutions，through strict control of pH and the reaction temperature，timely adjustment addition of pre-scrubber spray volume and antioxidants.Strengthen equipment improvement can effectively improve the yield and quality of sodium sulfite.

sodium sulfite；yield；quality；volatile kiln flue gas

TF111.3

：A

：1003－5540（2014）03－0028－03

2014－03－05

常 鸣（1985－），男，助理工程师，主要从事冶炼烟气制酸、挥发窑生产及脱硫等工作。