一种基于改性纳米铁的硫酸铵溶液深度除砷方法与流程

本发明属于环境工程技术领域，具体地说，涉及一种基于改性纳米铁的硫酸铵溶液深度除砷方法。

背景技术：

硫酸铵溶液为氨酸法脱除低浓度so2（质量浓度1-3%）工业烟气的副产物，主要物相为(nh4)2so4，并含有as、pb、fe、hg、cd、cr等杂质，工业上，硫酸铵溶液主要用于生产硫酸铵化肥。随着《土壤污染防治行动计划》的发布，化肥对土壤的影响引起了人们的关注，硫酸铵化肥作为烟气脱硫的副产品，其砷含量较高，长期使用该产品会造成土壤砷富集。

申请专利号为201210584088.7的中国发明专利“有色冶金烟气脱硫脱重金属的方法及装置”中涉及重金属砷的脱除，除砷方法为在硫酸铵洗涤后液中加入fe²⁺或fe³⁺脱砷剂并鼓入空气，使砷生成铁氧体尖晶石结构的沉淀通过过滤除去，但该方法鼓入空气时会造成大量氨挥发，且鼓风时间不够时会造成fe²⁺进入硫酸铵溶液造成溶液含铁升高。申请专利号为201510189482.4的中国发明专利“一种硫酸铵溶液脱除杂质的方法”公开了先加工业硫化钠后加硫酸亚铁的净化除砷工艺，但该方法需经过两次过滤器过滤，流程较长，若反应时间不够，会导致终液含铁升高。申请专利号为201620253376.8的中国实用新型专利“一种烟气脱硫副产硫酸铵的深度除砷系统”可将硫酸铵含砷降至0.00005%以下，该系统采用两级硫酸亚铁及一级硫化钠除砷设备，需进行三次过滤器过滤，流程较长，投资较大。

到目前为止，硫酸铵溶液除砷方法中除砷剂多用硫酸亚铁，硫酸亚铁除砷时需鼓入大量空气，鼓入空气过程中不可避免会造成硫酸铵溶液中大量氨的挥发。另外，若要将硫酸铵含砷控制在0.00005%以下，需进行三级除砷工艺控制，流程较长、投资较大。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出一种基于纳米铁的硫酸铵溶液深度除砷方法，采用纳米铁-双氧水联合工艺，配合过滤器对烟气脱硫副产硫酸铵溶液进行深度除砷，克服了现有硫酸铵溶液除砷方法中铁盐曝气装置造成大量氨挥发、流程长、反应时间长、投资费用高等问题。

为实现上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：

一种基于改性纳米铁的硫酸铵溶液深度除砷方法，包括以下步骤：

1）将非稳态低浓度so2烟气经氨-酸法脱硫后生成的硫酸铵中和液及结晶后液按体积比1:1泵至硫酸铵混合液槽5，再将混合液泵至反应塔1内；

2）将纳米铁与生产水按一定比例搅拌形成混合均匀的纳米铁浆液，控制浆液密度1.05-1.23g/cm³，再将浆液从反应塔顶部的纳米铁加入口加入到反应塔内，搅拌反应30-90分钟；

3）从反应塔1的顶部加入双氧水，继续搅拌反应30-90分钟；

4）继续搅拌，将反应塔1内的溶液通过输送泵泵至过滤器2进行固液分离，分离出的溶液自流入中间槽3，滤渣送火法熔炼炉7进行熔炼；

5）最后将中间槽3内的硫酸铵溶液通过输送泵泵至负压蒸发结晶系统6生产硫酸铵化肥。

进一步，步骤1）中，硫酸铵中和母液ph为6-8，硫酸铵中和母液含as为5-15mg/l。

进一步，步骤2）中，纳米铁粒径20-80nm，比表面积不低于35m²/g，纳米铁加入量按fe:as质量比10-15进行控制。

进一步，步骤2）中，搅拌转速控制在100-150r/min。

进一步，步骤3）中，双氧水为质量浓度为20-30%的工业用双氧水，双氧水加入量控制在2-3ml/l.溶液。

步骤4）中，过滤器2的过滤精度为0.1-1.0μm。

本发明的有益效果：

1、本发明提供一种基于纳米铁的硫酸铵溶液深度除砷方法，采用纳米铁-双氧水联合工艺，配合过滤器对烟气脱硫副产硫酸铵溶液进行深度除砷，砷去除率达95%以上，最终产出固体硫酸铵含砷≤0.00005%，达到db53/t340-2011《冶炼二氧化硫烟气制硫酸铵》硫酸铵优等品要求。

2、本发明可解决现有硫酸铵溶液铁盐曝气除砷方法造成大量氨挥发的问题，且该发明工艺流程短、反应时间短、操作简单方便，易于在生产上实施。

附图说明

图1为本发明深度除砷系统的结构示意图；

图2为本发明的工艺流程图。

图中，1-反应塔、1-1-改性纳米铁加入口、1-2-双氧水加入管道、1-3-搅拌装置、1-4-液位计、1-5-纳米铁调浆桶、1-6-阀门、1-7-流量计、2-过滤器、3-中间槽、4-输送泵、5-中和槽、6-负压蒸发结晶系统、5-熔渣送火法熔炼炉。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例和附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种基于纳米铁的硫酸铵溶液深度除砷方法，包括以下步骤：

1）将非稳态低浓度so2烟气经氨-酸法脱硫后生成的硫酸铵中和液与结晶后液按体积比1:1通过输送泵泵至反应塔1内，硫酸铵溶液ph为6-8，含as为5-25mg/l；

2）纳米铁为零价铁、二价铁、三价铁的复合物，粒径20-80nm，比表面积不低于35m²/g，将纳米铁与生产水按fe:as质量比为10-15的比例搅拌形成混合均匀的纳米铁浆液，控制浆液密度1.05-1.23g/cm³，再将浆液从反应塔顶部的纳米铁加入口加入到反应塔内，并将搅拌转速控制在100-150r/min搅拌反应30-90分钟；

3）从反应塔1的顶部加入双氧水，双氧水为质量浓度为20-30%的工业用双氧水，双氧水加入量控制在2-3ml/l.溶液，继续搅拌反应30-90分钟；

4）继续搅拌，将反应塔1内的溶液通过输送泵泵至过滤精度为0.1-1.0μm的精密过滤器2进行固液分离，分离出的溶液自流入中间槽3，滤渣送火法熔炼炉7进行熔炼；

5）最后将中间槽3内的硫酸铵溶液通过输送泵泵至负压蒸发结晶系统6生产硫酸铵化肥。

一种基于纳米铁的硫酸铵溶液深度除砷方法的深度除砷系统包括反应塔1、精密过滤器2、中间槽3、输送泵4。所述的反应塔1的进液口通过设置有输送泵4的管道与混合液槽5连接，反应塔1的顶部设有纳米铁加入口1-1和双氧水加入管道1-2，所述的纳米铁加入口1-1通过管道与纳米铁调浆桶1-5连接，该管道上设置有阀门1-6与流量计1-7，纳米铁调浆桶1-5内设置有搅拌装置。所述的反应塔1的外壁上设置有用于检测反应塔1内液位的液位计1-4。反应塔1内设置有搅拌装置1-3，搅拌装置1-3的搅拌速度为100-150r/min。反应塔1的出液口通过设置有输送泵4的管道与精密过滤器2的进液口连接，所述的精密过滤器2过滤精度为0.1-1.0μm。精密过滤器2的出液口通过管道与中间槽3的进液口连接，中间槽3的出液口通过设置有输送泵4的管道与负压蒸发结晶系统6连接。

实施例1

将冶炼生成的非稳态低浓度so2烟气经氨-酸法脱硫后生成的硫酸铵中和液与硫酸铵蒸发结晶产出的结晶后液按体积比1:1泵至混合液槽5，再将混合液泵反应塔1，开启搅拌装置1-3，转速控制在100-110r/min，硫酸铵混合液ph为6，含as为24.3mg/l。

开启纳米铁调浆桶1-5搅拌机，纳米铁按fe:as质量比14加入，利用生产水和纳米铁进行调浆，浆液密度为1.20g/cm³，从反应塔1顶部的纳米铁加入口1-1加入，反应80分钟后，打开反应塔顶1部的双氧水管道1-2阀门，按2ml/(l.溶液)加入双氧水并搅拌，反应60分钟后，将反应塔1内溶液通过输送泵泵至精密过滤器2进行固液分离，控制过滤精度0.1μm，过滤后的溶液自流入中间槽3，滤渣送火法熔炼炉7熔炼，最后将中间槽3中的硫酸铵溶液泵至负压蒸发结晶系统6生产硫酸铵化肥，产出的固体硫酸铵化肥含as为0.00004%、含n为21.03%，其余成分达到db53/t340-2011《冶炼二氧化硫烟气制硫酸铵》硫酸铵优等品要求。

实施例2

将冶炼生成的非稳态低浓度so2烟气经氨-酸法脱硫后生成的硫酸铵中和液与硫酸铵蒸发结晶产出的结晶后液按体积比1:1泵至混合液槽5，再将混合液泵反应塔1，开启搅拌装置1-3，转速控制在130r/min，硫酸铵混合液ph为6，含as为15.5mg/l。

开启纳米铁调浆桶1-5搅拌机，纳米铁按fe:as质量比10加入，利用生产水和纳米铁进行调浆，浆液密度为1.16g/cm³，从反应塔1顶部的纳米铁加入口1-1加入，搅拌反应60分钟后，打开反应塔1顶部的双氧水管道1-2阀门，按2ml/(l.溶液)加入双氧水并搅拌，反应50分钟后，将反应塔1内溶液通过输送泵泵至精密过滤器2进行固液分离，控制过滤精度0.5μm，过滤后的溶液自流入中间槽3，滤渣送火法熔炼炉7熔炼，最后将中间槽3中的硫酸铵溶液泵至负压蒸发结晶系统6生产硫酸铵化肥，产出的固体硫酸铵化肥含as为0.00002%、含n为21.04%，其余成分达到db53/t340-2011《冶炼二氧化硫烟气制硫酸铵》硫酸铵优等品要求。

实施例3

将冶炼生成的非稳态低浓度so2烟气经氨-酸法脱硫后生成的硫酸铵中和液与硫酸铵蒸发结晶产出的结晶后液按体积比1:1泵至混合液槽5，再将混合液泵反应塔1，开启搅拌装置1-3，转速控制在150r/min，硫酸铵混合液ph为6，含as为5.9mg/l。

开启纳米铁调浆桶1-5搅拌机，纳米铁按fe:as质量比6加入，利用生产水和纳米铁进行调浆，浆液密度为1.08g/cm³，从反应塔1顶部的纳米铁加入口1-1加入，反应40分钟后，打开反应塔1顶部的双氧水管道1-2阀门，按2ml/(l.溶液)加入双氧水并搅拌，反应40分钟后，将反应塔1内溶液泵至精密过滤器2进行固液分离，控制过滤精度1.0μm，分离后的溶液自流入中间槽3，滤渣送火法熔炼炉7熔炼，最后将中间槽3中的硫酸铵溶液泵至负压蒸发结晶系统6生产硫酸铵化肥，产出的固体硫酸铵化肥含as为0.00001%、含n为21.03%，其余成分达到db53/t340-2011《冶炼二氧化硫烟气制硫酸铵》硫酸铵优等品要求。

上述3个实例采用纳米铁-双氧水除砷工艺，将硫酸铵含as降低至0.00005%以下，避免了现有硫酸亚铁除砷鼓入大量空气造成硫酸铵溶液中大量氨的挥发，且工艺流程短，易于在生产上进行控制。

本发明提供一种基于纳米铁的硫酸铵溶液深度除砷方法，采用纳米铁-双氧水联合工艺，配合精密过滤器对烟气脱硫副产硫酸铵溶液进行深度除砷，砷去除率达95%以上，最终产出的固体硫酸铵含砷≤0.00005%，达到db53/t340-2011《冶炼二氧化硫烟气制硫酸铵》硫酸铵优等品要求。同时该发明可解决铁盐曝气装置造成大量氨挥发的问题，且该发明工艺流程短、反应时间短、适应性强、操作简单方便，易于在生产上实施。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。