处理稀硫酸废水的石膏转晶器、处理方法及二水石膏与流程

本发明属于稀硫酸废水处理技术领域，具体涉及处理稀硫酸废水的石膏转晶器、稀硫酸废水的处理方法以及该处理方法得到的二水石膏。

背景技术：

对于硫酸的质量分数为5％-25％的废水，因硫酸的回收价值不高，也难以综合利用，一般是用石灰和废碱进行中和，使废水中的硫酸含量达到排放标准或有利于后续的处理。目前用重质碳酸钙中和处理稀硫酸废水是最经济且可行的方案，但是该方法是在化学石膏结晶反应器进行的，而化学石膏结晶反应器在处理稀硫酸废水的过程中存在容易结垢堵塞、污垢不易清理及生成的石膏产物颗粒细小，该细小的石膏产物导致沉降、过滤过程以及脱水过程很难进行。

技术实现要素：

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种处理稀硫酸废水的石膏转晶器。

本发明所采用的技术方案为：一种处理稀硫酸废水的石膏转晶器，包括罐体和具有上托功能的搅拌桨，罐体内设置有第一筒体，第一筒体内套设有第二筒体，搅拌桨的一端设置于第二筒体内，搅拌桨的另一端贯穿所述罐体且伸出；

第二筒体内为反应结晶区，第二筒体与第一筒体之间的缝隙区域为晶型成长区，第一筒体与罐体之间的缝隙区为澄清溢流区；

罐体的顶部开设有两个进液口，其中一个进液口与第二筒体连通，另一个进液口与第一筒体连通；罐体的底部开设有晶粒出口；罐体的上部开设有多个排水口。

本发明的工作原理为：稀硫酸废水和循环水通过与第二筒体连通的进液口进入第二筒体内，重钙粉末和晶种的混合物、重钙浆料和晶种的混合物、重钙粉末或重钙浆料从另一个进液口进入晶型成长区内；

反应结晶区为硫酸和碳酸钙的反应提供场所，为细小石膏晶粒的长大提供晶型成长区，稀硫酸通入反应结晶区内，碳酸钙通入晶型成长区内，在变频调速电机启动的情况下带动搅拌桨旋转使得反应结晶区内和晶型成长区内的物料形成顺时针的循环，即反应结晶区内的物料从下方进入且从上方流出，晶型成长区内的物料从上方进入且从下方流出，形成的大颗粒石膏晶粒在自身重力和溢流水的作用下沉降于罐体底部，反应生成的水和循环水溢流至澄清溢流区且从排水口排出；反应结晶区内发生硫酸与碳酸钙的反应，得到微溶于水的硫酸钙，主要化学反应方程式为：caco3+h2so4＝caso4+co2↑+h2o，mgco3+h2so4＝mgso4+co2↑+h2o。

本发明的有益效果为：搅拌桨和变频调速电机，能够使得反应生成的细小caso4颗粒从反应结晶区进入晶型成长区且覆盖于较大的石膏颗粒上，使得石膏颗粒的粒径大，在后续处理过程中不易堵塞、不易产生污垢且易沉降，便于后续的过滤以及脱水过程顺利地进行。

优选地，所述罐体的外侧壁上固定连接有加热管，加热管沿着所述罐体的外侧壁从上到下蛇形分布。

设置加热管，向加热管内通入加热介质从而使得罐体内的温度控制在50～100℃之间，不仅能够加快反应的进行，而且能够在冬季和寒冷地区使用，扩大了该石膏转晶器的使用范围。

优选地，所述晶粒出口上设置有调控阀。

优选地，所述搅拌桨伸出所述罐体的一端固定连接有变频调速电机。

优选地，所述第二筒体的下端设置于所述第一筒体下端的下方。

优选地，所述第二筒体的顶部设置于第一筒体内。

本发明还提供了一种稀硫酸废水的处理方法，包括以下步骤：

s1：测定稀硫酸废水中硫酸的浓度，硫酸和重钙的摩尔比按照87～92:100计算出所需重钙的摩尔量和质量且称取重钙粉料，重钙粉料的粒级为80～180目或120目以上；

s2：启动变频调速电机，变频调速电机转速为500～1000rpm/min，加热管内通入加热介质，使得石膏转晶器内的温度控制在50～100℃；

稀硫酸废水以1100～1400kg/h的速度通入石膏转晶器的反应结晶区，重钙粉料以100～200kg/h通入石膏转晶器的晶型成长区，且向石膏转晶器内通入循环水，循环水量为900～2714l/h；

s3：每间隔一小时将石膏转晶器底部的调控阀打开，收集生成的石膏晶粒且过滤；过滤得到的石膏晶粒每间隔两小时进行合并制样且分析；过滤得到的滤液每间隔两小时进行合并分析且测其ph值；每间隔半小时检测从排水口溢出的溢出水的ph值。

本发明的工作原理/有益效果为：第一、该方法得到的溢流水的ph值在6.0～8.0之间，达到工业的排放标准；第二、得到副产物石膏晶粒，该石膏晶粒为二水石膏，该二水石膏的平均粒径大于0.1mm，远远大于现有技术中的30-60μm，有利于沉降过程、过滤过程以及脱水过程的顺利进行；石膏晶粒表面的附着水的质量分数小于25％，远远小于现有技术中的35％-45％；石膏晶粒纯度大于85％，高于现有技术中的75％-85％；该方法制备出来的石膏晶粒的稳定性好，经过后续的过滤和脱水过程得到的二水石膏可直接使用，不需要二次堆放，避免了堆放带来环境的二次污染。

优选地，所述重钙粉料在通入石膏转晶器的晶型成长区之前先将其与水混合调成重钙浆料。

本发明的工作原理/有益效果为：使得加料过程均匀稳定。

优选地，向所述重钙浆料中加入晶种。

本发明的工作原理/有益效果为：晶种对石膏晶粒的形成具有诱导作用，有利于石膏晶粒的快速形成，缩短了稀硫酸废水的处理时间。

本发明还提供一种处理稀硫酸废水得到的二水石膏。

附图说明

图1是本发明沿罐体的轴向方向的剖面图；

图中：1-罐体；2-第二进液管；3-第一筒体；4-第二筒体；5-加热管；6-溢流水管；7-搅拌桨；8-变频调速电机；9-调控阀；10-第一进液管；11-晶粒导出管。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步阐述。

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，有的结构或器件未作具体描述的，理解为现有技术中有能实现的结构或器件。

对照组1

一种稀硫酸废水的处理方法，包括以下步骤：

s1：测定需要处理的稀硫酸废水的浓度，其质量浓度为10％；硫酸与重钙的摩尔比为80：100，计算出1l稀硫酸废水所需要重钙粉末的量，重钙粉末为粒级为80～120目的混合物；

s2：将加热管5中通入加热介质，加热介质可以为余热蒸汽或导热油，使得罐体1内的温度保持在35℃，启动变频调速电机8且将其转速调至450rpm/min；将稀硫酸废水以1000kg/h的速度通入石膏转晶器的反应结晶区内；

重钙粉料以80kg/h通入石膏转晶器的晶型成长区，且向石膏转晶器内通入循环水，循环水量为640l/h；

s3：每间隔一小时将石膏转晶器底部的调控阀打开，收集生成的石膏晶粒且过滤；过滤得到的石膏晶粒每间隔两小时进行合并制样且分析，分析结果如表1所示；过滤得到的滤液每间隔两小时进行合并分析且测其ph值；每间隔半小时检测从排水口溢出的溢出水的ph值，结果如表1所示。

对照组2

一种稀硫酸废水的处理方法，包括以下步骤：

s1：测定需要处理的稀硫酸废水的浓度，其质量浓度为10％；硫酸与重钙的摩尔比为100：100，计算出1l稀硫酸废水所需要重钙粉末的量，重钙粉末为粒级为60～80目的混合物；

s2：将加热管5中通入加热介质，加热介质可以为余热蒸汽或导热油，使得罐体1内的温度保持在110℃，启动变频调速电机8且将其转速调至201rpm/min；将稀硫酸废水以1520kg/h的速度通入石膏转晶器的反应结晶区内，重钙粉料与水进行调和使得重钙的含量为10％且同时加入40kg晶种形成重钙浆料，重钙浆料以135kg/h通入石膏转晶器的晶型成长区，且向石膏转晶器内通入循环水，循环水量为2964l/h；

s3：每间隔一小时将石膏转晶器底部的调控阀打开，收集生成的石膏晶粒且过滤；过滤得到的石膏晶粒每间隔两小时进行合并制样且分析，分析结果如表1所示；过滤得到的滤液每间隔两小时进行合并分析且测其ph值；每间隔半小时检测从排水口溢出的溢出水的ph值，结果如表1所示。

实施例1

一种稀硫酸废水的处理方法，包括以下步骤：

s1：测定需要处理的稀硫酸废水的浓度，其质量浓度为10％；硫酸与重钙的摩尔比为87：100，计算出1l稀硫酸废水所需要重钙粉末的量，重钙粉末为粒级为80～180目的混合物；

s2：将加热管5中通入加热介质，加热介质可以为余热蒸汽或导热油，使得罐体1内的温度保持在50℃，启动变频调速电机8且将其转速调至500rpm/min；将稀硫酸废水以1100kg/h的速度通入石膏转晶器的反应结晶区内，重钙粉料与水进行调和使得重钙的含量为10％且同时加入40kg晶种形成重钙浆料；

重钙浆料以100kg/h通入石膏转晶器的晶型成长区，且向石膏转晶器内通入循环水，循环水量为900l/h；

s3：每间隔一小时将石膏转晶器底部的调控阀打开，收集生成的石膏晶粒且过滤；过滤得到的石膏晶粒每间隔两小时进行合并制样且分析，分析结果如表1所示；过滤得到的滤液每间隔两小时进行合并分析且测其ph值；每间隔半小时检测从排水口溢出的溢出水的ph值，结果如表1所示。

实施例2

一种稀硫酸废水的处理方法，包括以下步骤：

s1：测定需要处理的稀硫酸废水的浓度，其质量浓度为10％；硫酸与重钙的摩尔比为89：100，计算出1l稀硫酸废水所需要重钙粉末的量，重钙粉末为粒级为120目以上的混合物；

s2：将加热管5中通入加热介质，加热介质可以为余热蒸汽或导热油，使得罐体1内的温度保持在76℃，启动变频调速电机8且将其转速调至751rpm/min；将稀硫酸废水以1300kg/h的速度通入石膏转晶器的反应结晶区内，重钙粉料与水进行调和使得重钙的含量为10％且同时加入40kg晶种形成重钙浆料；

重钙浆料以110kg/h通入石膏转晶器的晶型成长区，且向石膏转晶器内通入循环水，循环水量为1549l/h；

s3：每间隔一小时将石膏转晶器底部的调控阀打开，收集生成的石膏晶粒且过滤；过滤得到的石膏晶粒每间隔两小时进行合并制样且分析，分析结果如表1所示；过滤得到的滤液每间隔两小时进行合并分析且测其ph值；每间隔半小时检测从排水口溢出的溢出水的ph值，结果如表1所示。

实施例3

一种稀硫酸废水的处理方法，包括以下步骤：

s1：测定需要处理的稀硫酸废水的浓度，其质量浓度为10％；硫酸与重钙的摩尔比为92：100，计算出1l稀硫酸废水所需要重钙粉末的量，重钙粉末为粒级为120以上目的混合物；

s2：将加热管5中通入加热介质，加热介质可以为余热蒸汽或导热油，使得罐体1内的温度保持在100℃，启动变频调速电机8且将其转速调至1000rpm/min；将稀硫酸废水以1400kg/h的速度通入石膏转晶器的反应结晶区内，重钙粉料与水进行调和使得重钙的含量为10％且同时加入40kg晶种形成重钙浆料；

重钙浆料以200kg/h通入石膏转晶器的晶型成长区，且向石膏转晶器内通入循环水，循环水量为2714l/h；

s3：每间隔一小时将石膏转晶器底部的调控阀打开，收集生成的石膏晶粒且过滤；过滤得到的石膏晶粒，即二水石膏，每间隔两小时进行合并制样且分析，分析结果如表1所示；过滤得到的滤液每间隔两小时进行合并分析且测其ph值；每间隔半小时检测从排水口溢出的溢出水的ph值，结果如表1所示。

表1.二水石膏及溢流水的分析结果

由表1可知，对照组1所得二水石膏的纯度低于85％，达不到直接使用的二水石膏的要求；对照组2所得二水石膏的纯度虽然大于85％，但是溢流水的ph值为1.36，为强酸性，达不到工业上直接排放的标准；由实施例1-3可知，当硫酸与重钙的摩尔比为87-92：100、重钙粉末的粒级为80～120目或120目以上、罐体内的温度为50～100℃、搅拌速度为500～1000rpm/min、稀硫酸废水通入罐体内的速度为1100～1400kg/h、重钙粉料通入罐体内的速度为100～120kg/h以及循环水量为900～2714l/h时，得到的副产物二水石膏的纯度大于85％，溢流水的ph值均在6.0～8.0之间，符合工业上的直接排放的标准。

实施例4

本实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，有的结构或器件未作具体描述的，理解为现有技术中有能实现的结构或器件。

本实施例的技术方案为：一种处理稀硫酸废水的石膏转晶器，包括罐体1和具有上托功能的搅拌桨7，罐体1内设置有第一筒体3，第一筒体3内套设有第二筒体4，搅拌桨7的一端设置于第二筒体4内，搅拌桨7的另一端贯穿所述罐体1且伸出；

第二筒体4内为反应结晶区，第二筒体4与第一筒体3之间的缝隙区域为晶型成长区，第一筒体3与罐体1之间的缝隙区为澄清溢流区；

罐体1的顶部开设有两个进液口，两个进液口内均设置有进液管，进液管与进液口之间设置有空隙；其中，一根进液管与第二筒体4连通且另一根进液管与第一筒体3连通；罐体1的底部开设有晶粒出口；罐体1的上部开设有多个排水口。

所述罐体1的外侧壁上固定连接有加热管5，加热管5沿着所述罐体1的外侧壁从上到下蛇形分布。

所述晶粒出口13上设置有调控阀9。所述搅拌桨7伸出所述罐体1的一端固定连接有变频调速电机8。所述第二筒体4的下端设置于所述第一筒体3下端的下方。所述第二筒体4的顶部设置于第一筒体3内。

如图1所示，搅拌桨7由搅拌杆和搅拌叶组成，搅拌杆的一端与变频调速电机8的输出轴通过轴承连接，搅拌叶采用具有上托功能的螺旋叶制成，搅拌叶沿搅拌桨7中心轴方向分布于搅拌桨7的外表面上；一个进液口与第二筒体4通过第一进液管10连通；另一个进液口与第一筒体3通过第二进液管2连通；每一个排水口上连通有溢流水管6，溢流水管6设置于罐体1的外侧，溢流水管6的下端延伸至罐体1的底部。

由于随着温度的升高，生成石膏晶粒的速度加快，因此设置加热管5且向加热管5内通入加热介质提升石膏转晶器内的温度，加快石膏晶粒的生成，大大缩短了稀硫酸废水的处理时间；且该石膏转晶器还可以用于适应冬季和寒冷地区的使用，扩大了适用范围。

启动变频调速电机8，变频调速电机8包括减速机和电机，变频调速电机8的转速控制在500-1000转/分内；带动搅拌桨7绕自身的轴旋转，由于搅拌桨7的搅拌叶在旋转的过程中能够将其下部的物质带动向上移动，因此第二筒体4下部的液体会进入第二筒体4内且沿着第二筒体4向上移动，最后从第二筒体4的顶部出来进入第一筒体3(即晶型成长区)内；硫酸质量分数为5％～25％的废水和循环水由第一进液管10导入第二筒体4内，晶种和重钙浆料由第二进液管2导入第一筒体3内，硫酸与来至第二筒体4底部的重钙浆料在反应结晶区内接触且发生反应，具体地反应方程式为：caco3+h2so4＝caso4+co2↑+h2o，mgco3+h2so4＝mgso4+co2↑+h2o，反应生成的二氧化碳气体从两个进液口与两根进液管之间的缝隙溢出，从而使得罐体内的压力维持在合理的范围内，反应生成的固态产物随着搅拌桨7的旋转向上移动且进入晶型成长区内，硫酸钙覆盖于晶种的表面上形成晶核，随着反应的不断进行，晶核表面不断覆盖硫酸钙形成石膏晶粒，石膏晶粒表面继续附着硫酸钙形成粒径越来越大的石膏晶粒且石膏晶粒的重量也越来越重，石膏晶粒的粒径超过一定值以后，石膏晶粒会在自身重力和溢流水(为反应生成的水和循环水的统称)分流的作用下下降且沉降于罐体1的底部；粒径小的石膏晶粒跟随重钙浆料从第二筒体4底部进入反应结晶区进行，然后进入晶型成长区内附着硫酸钙从而使得石膏晶粒的粒径增大，如此循环，直到石膏晶粒的粒径超过一定值以后，石膏晶粒在自身重力及溢流水分流的作用下下降且沉降于罐体1的底部；随着废水、重钙浆料以及循环水的加入以及反应的不断进行，罐体1内的液位逐渐升高且反应生成的水和循环水溢流到罐体1靠壁的区域且进入澄清溢流区，当澄清溢流区内的液位达到排水口时，溢流水溢出且经过溢流水管6导流至相应的废水接收处；当罐体1底部的石膏晶粒堆积至一定高度后，打开调控阀9，石膏晶粒由晶粒导出管11导出，调控阀9可以通过现有的plc控制系统实现自动开启或关闭。

对该石膏转晶器制备得到的100粒石膏晶粒进行检测，得到石膏晶粒的平均粒径大于0.1mm，远大于现有技术中的30～60μm。

通过该石膏转晶器制备得到的石膏晶粒的粒径大，容易沉降，便于后续加工工艺的顺利进行，如过滤过程和脱水过程；由于反应结晶区和晶型成长区内的物质一直是处于向上或向下移动的状态，因此在第二筒体4的壁上和第一筒体3的壁上粘附碳酸钙浆料和石膏晶粒的量少，达到一定粒径的石膏晶粒在自身的重力和溢流水分流的作用下直接沉降至罐体1的底部，不会堵塞该石膏转晶器；反应过程中产生的水溢流进入澄清溢流区且反应结晶区、晶型成长区以及澄清溢流区均是直筒结构，有利于后期污垢的清理。

本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。