一种基于黄铵铁矾沉淀法的铜尾矿资源化处理耦合烟气脱硫方法及系统与流程

本发明属于烟气脱硫技术领域，具体涉及一种基于黄铵铁矾沉淀法的铜尾矿资源化处理耦合烟气脱硫方法及系统。

背景技术：

发明专利名称为《一种提铜尾渣脱除烟气中so2和资源化的方法及系统》（申请号：201610716473.0），由于该方法脱硫后含有铁、硫酸铵，均为水溶性；硫酸铵原则上可分离后作为化肥，但重金属含量高，价格低，销售困难。

为了使铜渣浆脱硫液得到资源化处理，应将脱硫液中的铁和铵分离。如果按传统的中和水解沉淀分离fe³⁺的方法，fe³⁺水解生成fe(oh)3沉淀，而fe(oh)3沉淀是胶体物质，会导致沉降过滤等固液分离操作十分困难。

黄铵铁矾法工艺简单，除铁效果好，矾渣沉降、过滤及洗涤性能均较好。而且，电解锰溶液体系中含有较高浓度的硫酸铵，特别适宜使用黄铵铁矾法去除三价铁离子。此外，沉矾时还能吸附带走部分溶液中的有机物及其他金属离子杂质，从而有利于后续溶液的净化。

由于沉矾过程是释放酸的过程，而锰矿的浸出反应是耗酸过程。如何在锰矿浸出反应后解决酸的平衡问题，获得使高铁锰矿浸出完全和酸浸液中铁的有效分离并降低浸出液余酸含量，也是亟待解决的问题。为此，十分有必要研发一种基于黄铵铁矾沉淀法的铜尾矿资源化处理耦合烟气脱硫方法及系统。

技术实现要素：

本发明的第一目的在于提供一种基于黄铵铁矾沉淀法的铜尾矿资源化处理耦合烟气脱硫方法。

本发明的第二目的在于提供一种实现基于黄铵铁矾沉淀法的铜尾矿资源化处理耦合烟气脱硫方法的系统。

本发明的第一目的是这样实现的。包括以下步骤：

s1、将待处理尾矿破碎磨细后加入浆化液配成含固量为15～20wt%的尾矿浆；

s2、将烟气与氧气混合后的混合气体与s1步骤中得到的尾矿浆均匀混合，并通过添加新鲜尾矿浆的方式将ph保持在4.5~5；脱硫净化后的烟气外排，将脱硫后的浆液进行过滤，得到脱硫浆液，滤渣可作为建筑材料或水泥原料；

s3、向s2步骤得到的脱硫浆液中加入硫化铵5~6.5kg/m³，充分反应后过滤，得到金属硫化物滤渣和滤液；

s4、将s3步骤得到的滤液先加入硫酸调整ph为1.5~2.0，接着在恒温水浴下搅拌，同时在反应过程中加入碳酸锰矿浆控制体系ph在1.5~2.0范围内，固液分离，实现铁、铵的分离得到黄铵铁矾沉淀，而加入的碳酸锰矿消耗硫酸调整ph的同时实现锰的浸出，得到硫酸锰溶液，所得硫酸锰溶液返回s1步骤中作为浆化液使用，使得其中锰离子能够在s3步骤中被化学沉淀分离出来。

本发明的第二目的是这样实现的，包括第一反应器、浆化液罐、配浆罐、第一过滤器、第二过滤器、ph调节罐、第二反应器、第三过滤器，所述的第一反应器的排料端通过管道分别与第一过滤器、第二过滤器进料端连接，所述的第一过滤器排液端通过第一回液管与第一反应器连接，所述的浆化液罐通过管道与配浆罐连接，所述的配浆罐通过管道与第一反应器的进料端连接，所述的第二过滤器排液端通过管道与ph调节罐连接，所述的ph调节罐通过管道与第二反应器进液端连接，所述的第二反应器排料端通过管道与第三过滤器连接，第三过滤器排液端通过第二回液管与浆化液罐连接。

本发明的有益效果：

1、本发明使铜矿浆脱硫液资源化处理，有效分离铜矿浆脱硫液中的铁、铵，使用碳酸锰矿来中和沉矾过程中所释放的硫酸，既能保证获得较高的锰浸出率，又能将余酸调控在成矾的酸度范围内，将铁离子以黄铵铁矾沉淀的形式除去，且滤渣的过滤性能良好，是一种可行的工艺；

2、本发明系统第一反应器配合浆化液罐、配浆罐、第一过滤器以及第二过滤器，具有自动配料、进料以及出料功能，并配合ph调节罐、第二反应器以及第三过滤器，实现反应全过程控制，操作非常方便；

3、本发明第一反应器的反应仓倾斜设置，烟气进入反应仓后带动尾矿浆形成旋流，使尾矿浆中的颗粒物处于旋流状态，大大提高混合物料间的传质速率，从而提高反应速率；烟气不断在回气管与反应仓之间循环，使烟气彻底净化；

4、第二反应器内的料液在转盘转动作用下，配合盘面的沟槽，使液流不断被沟槽切割，同时在沟槽内发生旋流，在极短时间内迅速反应，具有反应速率高的优点；反应结束后，第二反应器可自动排料，具有操作方便以及高效的优点。

附图说明

图1为本发明系统的结构示意图；

图2为第二反应器的内部结构示意图；

图3为第二反应器内部结构俯视结构示意图；

图4为隔离环的俯视结构示意图；

图5为上固定盘的结构示意图；

图6为下固定盘的结构示意图；

图中：1a-反应仓，1b-进料阀，1c-排料阀，1d-排气管，1e-进气管，1f-第一三通阀，1g-外排管，1h-回气管，1i-循环风机，1j-进烟管，1k-供气管，1l-加药器，1m-换热器，1n-第二三通阀，1o-氧气管，1p-压缩气体管，2-浆化液罐，3-配浆罐，4-第一过滤器，5-第二过滤器，6-ph调节罐，7a-壳体，7b-隔离环，7c-封口压环，7d-上固定盘，7e-下固定盘，7f-驱动气缸，7g-排出阀，7h-转盘，7i-转盘驱动电机，7j-反应室，7k-排料室，7l-环形排料口，7m-沟槽，8-第三过滤器，9-第一回液管，10-第二回液管。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。

本发明包括以下步骤：

s1、将待处理尾矿破碎磨细后加入浆化液配成含固量为15～20wt%的尾矿浆；

s2、将烟气与氧气混合后的混合气体与s1步骤中得到的尾矿浆均匀混合，并通过添加新鲜尾矿浆的方式将ph保持在4.5~5；脱硫净化后的烟气外排，将脱硫后的浆液进行过滤，得到脱硫浆液，滤渣可作为建筑材料或水泥原料；

烟气中so2和o2与尾矿浆中的硅酸亚铁、铁酸镁、钙铁辉石发生如下反应：

fe2sio4（s）+2so2（g）+o2（g）=2feso4+sio2↓

mgfe2o4（s）+so2（g）+0.5o2（g）+7h2o=mgso4·7h2o↓+fe2o3↓

cafesi2o6（s）+2so2（g）+o2（g）=caso4↓+feso4+2sio2↓

4feso4+o2+2h2so4=2fe2（so4）3+2h2o；

s3、向s2步骤得到的脱硫浆液中加入硫化铵5~6.5kg/m³，充分反应后过滤，得到金属硫化物滤渣和滤液；

脱硫浆液中的锌和少量的铜、锰、汞、砷等离子发生如下反应：

(nh4)2s+znso4→zns↓+(nh4)2so4

(nh4)2s+cuso4→cus↓+(nh4)2so4

(nh4)2s+mnso4→mns↓+(nh4)2so4

(nh4)2s+hgso4→hgs↓+(nh4)2so4

(nh4)2s+as2(so4)3→as2s3↓+(nh4)2so4；

s4、将s3步骤得到的滤液先加入硫酸调整ph为1.5~2.0，接着在恒温水浴下搅拌，同时在反应过程中加入碳酸锰矿浆控制体系ph在1.5~2.0范围内，固液分离，实现铁、铵的分离得到黄铵铁矾沉淀，而加入的碳酸锰矿消耗硫酸调整ph的同时实现锰的浸出，得到硫酸锰溶液，所得硫酸锰溶液返回s1步骤中作为浆化液使用，使得其中锰离子能够在s3步骤中被化学沉淀分离出来；涉及反应如下：

3fe2(so4)3+12h2o+(nh4)2so4====2(nh4)fe3(so4)2(oh)6+6h2so4；

mnco3+h2so4====mnso4+h2o+co2。

优选地，s2步骤是按液气比为8~25l/m³，将烟气与氧气混合后的混合气体与s1步骤中得到的尾矿浆均匀混合。

优选地，s4步骤所述的恒温水浴的温度为90~130℃。

如附图1~附图6所示，实现所述的基于黄铵铁矾沉淀法的铜尾矿资源化处理耦合烟气脱硫方法的系统，包括第一反应器、浆化液罐2、配浆罐3、第一过滤器4、第二过滤器5、ph调节罐6、第二反应器、第三过滤器8，所述的第一反应器的排料端通过管道分别与第一过滤器4、第二过滤器5进料端连接，所述的第一过滤器4排液端通过第一回液管9与第一反应器连接，所述的浆化液罐2通过管道与配浆罐3连接，所述的配浆罐3通过管道与第一反应器的进料端连接，所述的第二过滤器5排液端通过管道与ph调节罐6连接，所述的ph调节罐6通过管道与第二反应器进液端连接，所述的第二反应器排料端通过管道与第三过滤器8连接，第三过滤器8排液端通过第二回液管10与浆化液罐2连接。

优选地，第一反应器包括倾斜设置的反应仓1a，反应仓1a为圆柱状结构，反应仓1a较高一端设有的进料管设有进料阀1b，所述的反应仓1a较低一端的排料口设有排料阀1c，所述的反应仓1a较高一端的上部设有排气管1d，所述的反应仓1a较低一端的外侧相切设置有进气管1e，所述的排气管1d与第一三通阀1f连接，所述的第一三通阀1f一出气端设有外排管1g，另一出气端与回气管1h的一端连接，所述的回气管1h设有循环风机1i，回气管1h另一端与进气管1e侧面回气口连接，回气口两边的进气管1e上分别设有单向阀，所述的进气管1e的端部与进烟管1j连接，进烟管1j侧面设有供气管1k，所述的反应仓1a较高一端设有加药器1l，所述的反应器1外侧设有换热器1m。

优选地，所述的供气管1k与第二三通阀1n连接，第二三通阀1n一进气端设有氧气管1o，另一进气端设有压缩气体管1p。

优选地，所述的反应仓1a内设有ph检测器、液位检测器，进料阀1b、排料阀1c、第一三通阀1f、第二三通阀1n均为电磁阀。

优选地，所述的排气管1d、进气管1e、进料管分别设有流量计。

优选地，所述的第二反应器包括壳体7a、隔离环7b、封口压环7c、上固定盘7d、下固定盘7e、驱动气缸7f、排出阀7g、转盘7h、转盘驱动电机7i，所述的壳体7a为内部为空腔的圆盘形结构，壳体7a顶部中心呈外凸结构，所述的隔离环7b为上小下大结构，所述的隔离环7b固设于壳体7a内，隔离环7b将壳体7a从中心向边缘依次分成反应室7j、排料室7k，沿隔离环7b外侧开设有环形排料口7l，所述的封口压环7c盖设于环形排料口7l上，所述的驱动气缸7f竖直设置于壳体7a上，驱动气缸7f的活塞杆穿过壳体7a，并伸入排料室7k内，与封口压环7c顶部固结，所述的排出阀7g设于排料室7k的底部，所述的下固定盘7e固设于反应室7j内的底部，所述的上固定盘7d固设于反应室7j内的顶部，所述的转盘驱动电机7i设于壳体7a顶部中心，转盘驱动电机7i的动力输出端通过转轴与反应室7j内的转盘7h的中心连接，所述的上固定盘7d的底面、下固定盘7e的上面以及转盘7h的两面均设有若干个沟槽7m，所述的壳体7a顶部中心设有进液管以及进料管，所述的壳体7a侧壁内埋设有换热器。

优选地，所述的上固定盘7d的底面、下固定盘7e的上面以及转盘7h的两面均从盘面中心向盘面边缘设有若干层放射状排列的沟槽7m。

优选地，所述的壳体7a内设有ph检测器、液位检测器。

本发明系统的工作原理和工作过程：首先，向配浆罐3中加入一定量的破碎磨细后的铜尾矿，同时通过浆化液罐2，向配浆罐3中加入一定量的浆化液，混合均匀得尾矿浆；尾矿浆经管道进入反应仓1a内，反应仓1a内装入一定量尾矿浆；烟气由进烟管1j，与氧气管1o供给的氧气一起，按一定量送入反应仓1a后停止送入，混合烟气从与反应仓1a相切设置的进气管1e进入反应仓1a内，使混合烟气在反应仓1a带动尾矿浆形成旋流，配合反应仓1a倾斜管状结构，使尾矿浆中的颗粒物处于旋流状态，大大提高混合烟气与尾矿浆的传质速率，在反应过程中，通过换热器1m实时控制反应仓1a的温度；烟气在反应仓1a内上行，并经排气管1d、第一三通阀1f，导入回气管1h中，在循环风机1i的带动下，使烟气在反应仓1a与回气管1h之间不断循环，使烟气彻底净化；反应过程中，当反应仓1a内的料液ph小于设定阈值时，反应仓1a内加入新鲜尾矿浆，控制料液ph；运行一端时间后，通过控制第一三通阀1f，烟气从外排管1g排出；

然后打开排料阀1c，反应仓1a内的料液经排料阀1c、管道，排至第一过滤器4中进行过滤，滤液为脱硫浆液，脱硫浆液经第一回液管9送回反应仓1a中，滤渣外排；然后通过加药器1l向反应仓1a内加入硫化铵，同时通过压缩气体管1p，向反应仓1a内不断通入压缩气体，使料液发生旋流，提高反应速率，经过反应仓1a的压缩气体从排气管1d、外排管1g排出；

处理一端时间后，打开排料阀1c，反应仓1a内的料液经排料阀1c，排至第二过滤器5中进行过滤，滤液经管道送入ph调节罐6，而滤渣外排；向ph调节罐6内加硫酸调节滤液ph，然后将滤液送入第二反应器的壳体7a内；

料液进入反应室7j内；然后启动转盘驱动电机7i，带动转盘7h转动，处理过程中，通过进料管向反应室7j加碳酸锰矿浆，控制体系ph，通过换热器控制料液温度；反应式7j内的料液在转盘7h转动作用下，配合盘面的沟槽，使液流不断被沟槽切割，同时在沟槽内发生旋流，在极短时间内迅速反应；反应过程中，生成的固形物在转盘7h转动产生的离心力的作用下向反应室7j边缘移动；每反应一段时间，启动驱动气缸7f，将封口压环7c上提，使环形排料口7l打开，将固形物随液体一起由环形排料口7l，经排料室7k，再从排出阀7g排出至第三过滤器8；然后启动驱动气缸7f，封口压环7c下降将环形排料口7l压住并封闭；然后重复上述过程，对下一批滤液进行处理；第三过滤器8过滤得到的硫酸锰溶液经第二回液管10，送回浆化液罐2中。

下面结合实施例1~实施例3对本发明作进一步说明。

实施例1

s1、将待处理尾矿破碎磨细后加入浆化液配成含固量为15wt%的尾矿浆；

s2、将烟气与氧气混合后的混合气体与s1步骤中得到的尾矿浆均匀混合，并通过添加新鲜尾矿浆的方式将ph保持在4.5；脱硫净化后的烟气外排，将脱硫后的浆液进行过滤，得到脱硫浆液，滤渣可作为建筑材料或水泥原料；

s3、向s2步骤得到的脱硫浆液中加入硫化铵5kg/m³，充分反应后过滤，得到金属硫化物滤渣和滤液；

s4、将s3步骤得到的滤液先加入硫酸调整ph为1.5，接着在90℃恒温水浴下搅拌，同时在反应过程中加入碳酸锰矿浆控制体系ph在1.5范围内，固液分离，实现铁、铵的分离得到黄铵铁矾沉淀，而加入的碳酸锰矿消耗硫酸调整ph的同时实现锰的浸出，得到硫酸锰溶液，所得硫酸锰溶液返回s1步骤中作为浆化液使用，使得其中锰离子能够在s3步骤中被化学沉淀分离出来。

实施例2

s1、将待处理尾矿破碎磨细后加入浆化液配成含固量为20wt%的尾矿浆；

s2、将烟气与氧气混合后的混合气体与s1步骤中得到的尾矿浆均匀混合，并通过添加新鲜尾矿浆的方式将ph保持在5；脱硫净化后的烟气外排，将脱硫后的浆液进行过滤，得到脱硫浆液，滤渣可作为建筑材料或水泥原料；

s3、向s2步骤得到的脱硫浆液中加入硫化铵6.5kg/m³，充分反应后过滤，得到金属硫化物滤渣和滤液；

s4、将s3步骤得到的滤液先加入硫酸调整ph为2.0，接着在130℃恒温水浴下搅拌，同时在反应过程中加入碳酸锰矿浆控制体系ph在2.0范围内，固液分离，实现铁、铵的分离得到黄铵铁矾沉淀，而加入的碳酸锰矿消耗硫酸调整ph的同时实现锰的浸出，得到硫酸锰溶液，所得硫酸锰溶液返回s1步骤中作为浆化液使用，使得其中锰离子能够在s3步骤中被化学沉淀分离出来。

实施例3

s1、将待处理尾矿破碎磨细后加入浆化液配成含固量为17.5wt%的尾矿浆；

s2、将烟气与氧气混合后的混合气体与s1步骤中得到的尾矿浆均匀混合，并通过添加新鲜尾矿浆的方式将ph保持在4.7；脱硫净化后的烟气外排，将脱硫后的浆液进行过滤，得到脱硫浆液，滤渣可作为建筑材料或水泥原料；

s3、向s2步骤得到的脱硫浆液中加入硫化铵5.75kg/m³，充分反应后过滤，得到金属硫化物滤渣和滤液；

s4、将s3步骤得到的滤液先加入硫酸调整ph为1.7，接着在110℃恒温水浴下搅拌，同时在反应过程中加入碳酸锰矿浆控制体系ph在1.7范围内，固液分离，实现铁、铵的分离得到黄铵铁矾沉淀，而加入的碳酸锰矿消耗硫酸调整ph的同时实现锰的浸出，得到硫酸锰溶液，所得硫酸锰溶液返回s1步骤中作为浆化液使用，使得其中锰离子能够在s3步骤中被化学沉淀分离出来。