硫酸概述、净化和综合利用
硫酸
我国的硫酸工业 我国在1867年上海建成第一座硫酸厂。到1949年产仅4万吨， 而到2010年时我国的硫酸产量就已达到7120万吨。
2002～2006年我国各原料制酸生产能力情况
项目 硫磺制酸 硫铁矿制酸 2002年 13500 16500
2003年
单位：kt/a
2006年 28700 20700
硫酸工业在国民经济中的重要地位
硫酸是化学工业中的重要产品之一，被广泛应用于国民 经济的各个部门。
在化肥和农药的生产； 在有机合成工业中，硫酸用于各种磺化反应和硝化反应； 在无机化学工业中 ； 在冶金工业中； 在国防工业中； 在石油精炼、染料、人造纤维、食品、电池、搪瓷、医药、机 械加工工业等许多工业部门；
钒催化剂
热交换器
接触室
【问题】 SO2的接触氧化需在400℃～500℃条件下进行： ①反应前要把低温的炉气预热到这个温度？ ②该反应放热，环境温度会升高，不利于SO3生成？
温度较高气体甲
热交换原理
热气体乙
一种流体在管道内流 动，另一种流体在管 道外流动。两种流体 通过管壁进行热交换
冷气体乙
冷的流体被加热； 热的流体被冷却。
2SO2(g)+O2 (g)
V 2 O5
2SO3 (g) △H= -196.6kJ/mol
8500C
5000C
SO2、N2、 O2 ； <600C
沸腾炉
接触室
SO3、SO2、N2、O2
流程3：三氧化硫的吸收
SO3(g) + H2O(l) = H2SO4(l) ; △H＝－130.3kJ/mol
【问题】为什么不用水或稀硫酸来吸收三氧化硫？
硫铁矿:浮选硫铁矿、普通硫铁矿、含煤硫铁矿
硫酸的主要成分
硫酸的主要成分
硫酸，化学式为H2SO4，是一种无色透明的液体。
它是一种强酸，是许多工业和实验室中必不可少的化学品。
硫酸的主要成分是硫元素、氧元素和氢元素。
在化学工业中，硫酸被广泛应用于生产肥料、矿产提取、石油精炼和其他工业过程中。
硫酸的制备方法有多种，最常用的方法是接触硫酸生产。
这种方法是将硫磺燃烧生成二氧化硫，再通过催化剂催化氧化成三氧化硫，最后再加入水生成硫酸。
硫酸的制备过程需要严格控制温度和压力，以确保产品的纯度和质量。
硫酸在工业中有着广泛的应用。
首先，硫酸是一种重要的化肥原料，可用于生产磷酸二铵、硫酸铵等肥料。
其次，硫酸在矿产提取中也扮演着重要角色，例如用于浸出金属矿石中的金、铜等有用金属。
此外，硫酸还能用于石油精炼和化工生产中，起着催化剂和反应剂的作用。
除了工业用途，硫酸还在实验室中被广泛使用。
由于其强酸性，硫酸常用于酸碱中和实验中，用来调节溶液的酸碱度。
此外，硫酸还可用于清洗玻璃器皿和去除金属表面的氧化物。
硫酸虽然在工业和实验室中有着广泛的应用，但同时也需要注意其危险性。
硫酸是一种强酸，具有腐蚀性，会对皮肤和眼睛造成伤害。
在使用硫酸时，必须佩戴防护装备，并严格遵守安全操作规程，以
确保人身安全。
总的来说，硫酸作为一种重要的化学品，其主要成分为硫元素、氧元素和氢元素。
它在工业和实验室中有着广泛的应用，但同时也需要注意其危险性，确保安全使用。
希望通过对硫酸的了解，能够更好地应用于实际生产和实验中，发挥其重要作用。
废硫酸水的处理方法简介
废硫酸水的处理方法简介硫酸在化工、钢铁等行业广泛应用。
在许多生产过程中,硫酸的利用率很低,大量的硫酸随同含酸废水排放出去。
这些废水如不经过处理而排放到环境中,不仅会使水体或土壤酸化,对生态环境造成危害,而且浪费大量资源。
近年来许多国家已经制定了严格的排放标准,与此同时,先进的治理技术也在世界各地迅速发展起来。
废硫酸和硫酸废水除具有酸性外,还含有大量的杂质。
根据废酸、废水组成和治理目标的差异,目前国内外采用的治理方法大致可分为3大类:回收再用、综合利用和中和处理。
一、废硫酸的回收再用废硫酸中硫酸浓度较高,可经处理后回收再用。
处理主要是去除废硫酸中的杂质,同时对硫酸增浓。
处理方法有浓缩法、氧化法、萃取法和结晶法等。
(一)浓缩法该法是在加热浓缩废稀硫酸的过程中,使其中的有机物发生氧化、聚合等反应,转变为深色胶状物或悬浮物后过滤除去,从而达到去除杂质、浓缩稀硫酸的双重目的。
这类方法应用较广泛,技术较成熟。
在普遍应用高温浓缩法的基础上又发展了较为先进的低温浓缩法,下面分别加以介绍。
1、高温浓缩法淄博化工厂三氯乙醛生产过程中有废硫酸产生,其中H2SO4质量分数为65%~75%、三氯乙醛质量分数为1%~3%、其它有机杂质的质量分数为1%。
该厂将其沉淀过滤后,用煤直接加热蒸馏,回收的浓硫酸无色透明,H2SO4质量分数大于95%,无三氯乙醛检出,而沉淀物经碱解、蒸馏和过滤后可回收氯仿。
该厂废硫酸处理量为4000t/a,回收硫酸创利润55万元/a。
日本木村-大同化工机械公司的废硫酸浓缩法是用搪玻璃管升膜蒸发和分段真空蒸发相结合,将废硫酸中H2SO4的质量分数从10%~40%浓缩到95%,其工艺可分为3段,前两段采用不透性石墨管加热器蒸发浓缩,后一段采用搪玻璃管升膜蒸发器浓缩,在每一段中H2SO4质量分数渐次升高,分别达到60%、80%和95%。
加热过程采用高温热载体,温度为150~220℃,可将有机物转变为不溶性物质,然后过滤除去,该工艺以2t/h的规模进行中试,5a运转良好。
硫酸的相关知识点总结
硫酸的相关知识点总结
1. 结构和性质
硫酸的分子式为H2SO4，结构为O=S(OH)2。
硫酸是无色、无臭的液体，在室温下呈现出黏稠的性质。
硫酸是强酸，可以与水反应生成氢离子和硫酸根离子。
另外，硫酸也具有很强的氧化性，能与许多有机物和其他无机物反应，产生燃烧、腐蚀等现象。
2. 制备
硫酸的工业生产主要通过接触过程来实现，即首先制备硫三氧化（SO3），然后与水反应形成硫酸。
具体步骤为先将硫磺和空气在氧化催化剂的作用下燃烧生成二氧化硫，再将二氧化硫氧化为三氧化硫。
随后，将硫三氧化溶解在水中得到硫酸。
3. 应用
硫酸广泛应用于冶金、化工、制药、石化等领域。
在冶金行业中，硫酸主要用于镀锌、电解铜、铬酸钠生产等。
在化工行业中，硫酸可以作为引发剂、催化剂、脱水剂等。
此外，在制药和石化领域，硫酸也有着重要的应用。
4. 安全注意事项
由于硫酸具有强酸性和氧化性，因此在使用过程中需要严格遵守安全操作规程。
在操作硫酸时，需佩戴防护眼镜、手套等个人防护装备，并注意避免与皮肤接触。
此外，在操作过程中需要注意防护呼吸系统，避免吸入硫酸蒸气。
5. 环境影响
硫酸具有很强的腐蚀性，对环境造成污染的危害较大。
在生产和使用过程中，需采取严格的环保措施，避免硫酸泄漏或排放对环境造成损害。
总结：硫酸是一种重要的化工原料，具有强酸性和氧化性，广泛应用于冶金、化工、制药等领域。
在使用和生产过程中，需要严格遵守安全操作规程，保护好自己和环境。
硫酸的生产
气体升温所需热量=反应放出热量
b．四段转化空气冷激流程
C．二转二吸流程
气体走向: 炉气经3热交换器预热到430℃左右， 进入转化器第1段催化剂层，转化后气体 经I换热器冷却后进第II段转化，依次类推。 通过Ill段转化后，转化率达95％，经3换 热器冷却后送去第一吸收塔吸收。吸收后 的气体经除沫器，再送到4、2换热器加热 后，到420℃左右进入第IV段催化剂进行 二次转化。转化后的气体经4换热器冷却 后，送去第二吸收塔吸收生成三氧化硫。
③最终转化率
最终转化率在 97％～98．5％之 间，对生产成本 的影响最小。 ④压力 常压下，转 化率已达 96％～ 98％。
(3)二氧化硫催化氧化的设备和流程
①反应器: ②工艺流程: a、中间换热式四段转化流程：
qn,2 cp(t1-t2)=qn,1 y(x1-x2) 上式又称为绝热操作线方程.
四、写出亨利定律的几种表示形式及各比例 系数之间的关系； 五、简述双膜理论的基本要点；
六、画图并说明t-x-y相图表示的部分气化 和部分冷凝过程。 七、精馏的依据是什么？ 八、简述精馏塔中的全塔操作情况； 九、硫酸生产的主要原料有哪些？
十、接触法制硫酸的原则流程怎样？生产 过程应包括那几个主要化工过程？ 各自的 任务是什么？
反应初期最适宜温度较高，但最高不超过600℃(钒 催化剂的耐热极限温度)，反应后期，最适宜温度 较低，但不能低于400～430℃(钒催化剂的起燃温 度)。 最适宜温度数学表 达式为：
②适宜的炉气组成
SO2浓度在6.8％～7％之 间，其最高点代表生产 能力最大。
表明SO2浓度在 7％—8％时总费用 最小。
3、焙烧设备
沸腾炉的构造： 炉体由钢板焊接成圆筒，内 砌耐火砖。炉内被空气分布板 分为上下两部分，上部为炉膛， 包括沸腾层和燃烧空间。下部 为空气分布室，室内有空气预 分布器，分布板上有若干分布 帽，使鼓入的空气均匀进入炉 膛。
高中化学硫酸工业
有关化学“硫酸工业”的介绍
有关化学“硫酸工业”的介绍如下：
硫酸工业在化学工业中具有悠久的历史，它广泛用于各个工业部门，主要有化肥工业、冶金工业、石油工业、机械工业、医药工业、洗涤剂的生产、军事工业、原子能工业和航天工业等。
硫酸还用于生产染料、农药、化学纤维、塑料、涂料，以及各种基本有机和无机化工产品。
硫酸的生产方法主要有两种：硫磺燃烧法、硫铁矿燃烧法。
其中，硫磺燃烧法是最早的硫酸生产方法，至今仍占一定比例。
硫磺燃烧法的反应原理是：硫磺在空气中燃烧，生成二氧化硫，再与氧气反应生成三氧化硫，最后用98.3%的浓硫酸吸收三氧化硫，得到硫酸。
硫酸的浓度主要有两种：浓硫酸和稀硫酸。
浓硫酸（98.3%）具有吸水性、脱水性、强氧化性等特性，可以用于某些化学反应的催化剂和脱水剂。
稀硫酸则主要用于金属表面除锈、清洗等。
硫酸工业的生产流程主要包括原料准备、燃烧、吸收、尾气处理等步骤。
在生产过程中，需要控制好温度、压力等参数，保证产品质量和安全。
同时，还需要注意环境保护，采取有效的措施减少废气、废水和固废的产生和排放。
总之，高中化学硫酸工业是一个重要的知识点，需要学生掌握其基本概念、生产方法、浓度分类和用途等方面的知识。
同时，还要注意与其他相关知识点进行联系和比较，加深对整个化学学科的理解和掌握。
第七章 硫酸工艺
此外，由于Fe2O3的催化作用，SO2可再氧化成SO3，高 温下盐类分解成金属氧化物，同时再生成各种硫酸盐的 副反应。焙烧阶段生成SO3是有害的，会给后续净化工 序产生很多问题。 2 硫铁矿焙烧的焙烧速度 硫铁矿焙烧是非均相反应，反应平衡常数很大，通常认 为可进行到底。所以生产中关键是反应速度决定了生产 能力。焙烧反应的反应速率与温度的关系如图。
图 3.4
一段焙烧温度控制为900 C ，炉气含20%SO2，经 除尘后与渣同进入二段焙烧。二段温度为800 C ， 出二段炉气SO2含量约10%。
焙烧前矿石原料的预处理和炉气除尘
1 矿石原料的预处理 主要有3步：粉碎、配料、干燥。 粉碎 一般采用二级粉碎，先用腭式压碎机粗碎，再用辊式压 碎机细碎，要求粒度<4mm. 配料 原则：贫富搭配、含煤与不含煤的矿搭配、高砷矿与低 砷矿搭配。沸腾焙烧用矿指标： S>20% As<0.05% C<1.0% Pb<0.1% F<0.05% H2O<6.0% 干燥 使含水量多的矿料达到上述含水量指标。
含硫原料 原料气的制备 含二氧化硫炉气 炉气净制 净化炉气 二氧化硫转化 含三氧化硫气体 吸收成酸 硫酸 生产硫酸的原料 硫铁矿：主要成份是FeS2。磁硫铁矿：主要成份为Fe7S8。 含S量越高，锻烧时放热越多。两种矿含S量相同时， 磁硫铁矿锻烧放热量比普通硫铁矿高30%左右。自然 开采的硫铁矿都含有很多杂质，使矿呈灰、褐、黄铜 等不同颜色。通常含硫量只有30%~50%。 硫磺：使用天然硫磺生产硫酸最好，但我国矿少。 其它原料：硫酸盐、冶炼烟气、含硫工业废料等。
图 3.9
气流速度
气速增大，传质系数增大。但压降与气速的平方 成正比，所以气速不能过大。同时气速大还要带走较 多酸沫，引起S的损失。 适宜的气速范围： 干燥塔：空塔以0.7~0.9m/s为宜。 填料塔与采用的填料类型有关，若用瓷质矩鞍 环，适宜气速为1.1~1.2m/s。 吸收酸温度 从前面吸收酸浓度的分析中已知，低于50 C已可使 水分够低了，通常采用与常温很接近的温度35~45 C
硫酸渣的综合利用
健康危害
长期接触或吸入硫酸渣粉 尘会对人体呼吸系统、皮 肤等造成损害，甚至引发 职业病。
资源浪费
硫酸渣中含有一定量的有 价金属元素，如果不加以 回收利用，会造成资源浪 费。
02
硫酸渣的处理技术
中和法
中和沉淀法
通过向硫酸渣中加入碱性物质（如石灰、氢氧化钠等），使酸性物质中和并生 成难溶性的盐类沉淀下来，从而达到处理的目的。
生态恢复
对硫酸渣堆放场地进行生态恢复，种植植被、改善土壤等，提高 场地生态环境质量。
资源化利用
研究硫酸渣中有价元素的提取和回收利用技术，推动硫酸渣的资 源化利用。
加强监管
加强对硫酸渣产生、运输、处置等环节的监管力度，确保各项环 保措施得到有效落实。
05
硫酸渣综合利用的挑战与前 景
技术挑战
硫酸渣成分复杂
硫酸渣中含有多种金属和非金属元素，其成分复杂多变，给综合 利用带来技术上的困难。
处理技术不成熟
目前针对硫酸渣的处理技术还不够成熟，需要进一步研发和改进。
环保要求严格
硫酸渣处理过程中可能产生废气、废水和固废等污染物，需要满足 严格的环保要求。
经济挑战
处理成本高
硫酸渣的处理和综合利用需要投入大量的人力、物力和财力，处 理成本较高。
硫酸渣的来源
01
02
03
金属冶炼
在有色金属冶炼过程中， 如铅、锌、铜等金属的冶 炼，会产生大量的硫酸渣。
化工生产
硫酸作为重要的化工原料， 在化肥、农药、合成纤维 等生产过程中会产生硫酸 渣。
其他来源
电镀、电子废弃物处理等 行业也会产生含有硫酸渣 的废弃物。
硫酸渣的危害
环境危害
硫酸渣中的酸性物质和重 金属元素会对土壤和水体 造成污染，破坏生态环境。
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塔式法：直接用SO2,H2O,O2反应生成硫酸。
接触法：SO2
SO3 +H2O
硫酸
接触法主要步骤：
含硫原料
原料气的制备 含二氧化硫炉气
炉气净制
净化炉气
二氧化硫转化
含三氧化硫气体
吸收成酸 硫酸
生产硫酸的原料
硫铁含矿S量：越主高要，成锻份烧是时F放eS热2。越磁通硫铁矿高30%左右。自然
3FeS2+8O2 = Fe3O4 + 6SO2 3Fe7S8 +38O2 = 7Fe3O4 + 24SO2 焙烧后使渣中主要为磁性铁，以作炼铁的原料。
特点：炉气中二氧化硫含量高，三氧化硫含量低，低品位硫 铁矿也可得到较好的炼铁原料。其焙烧温度约900C左右。 3 硫酸化焙烧 控制焙烧条件，使钴铜镍等金属生成硫酸盐，然后用水或稀 硫酸浸取焙烧物，分离出硫酸盐，从而获得某种金属。控制 条件：温度(600-700 C), 空气过剩量1.5-2.0%, 获得SO3组成 较高。
一般采用二级粉碎，先用腭式压碎机粗碎，再用辊式压 碎机细碎，要求粒度<4mm.
配料 原则：贫富搭配、含煤与不含煤的矿搭配、高砷矿与低
2 余热的回收
焙烧时放出大量的热，炉气温度850~950 C ，若直 接通入净化系统，设备要求高。直接冷却后净化也 是能量的极大浪费。通常设置废热锅炉来回收热量， 或产蒸汽发电或直接推动动力机械作功。
硫铁矿废热锅炉的特殊性：1.含尘量大，不要直接冲 击锅炉管，注意炉管排列间距要大，防止积灰。2. 含S量大，腐蚀性强，注意防止SO3在壁内冷凝。所 以应采用较高压力以提高SO3露点，防止腐蚀。3.防 止炉气泄漏和空气进入炉内。一种沸腾焙烧和废热 回收流程如图。
1 氧化焙烧 氧过量，使硫铁矿完全氧化，主要反应为
4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2
焙烧过程为：
硫铁矿＋空气
沸腾焙烧炉 废热锅炉
电除尘 炉气去精制
旋风除尘
炉床温度约 炉底压力 出炉气SO2
800~850 C 炉顶温度 900~950 C 10-15kPa 13%~13.5%
2 磁性焙烧 控制进氧量，使过量氧较少，反应为
通常采用二段焙烧流程，一段主要脱砷，二段主要烧尽 硫铁矿。
图 3.4
一段焙烧温度控制为900 C ，炉气含20%SO2，经 除尘后与渣同进入二段焙烧。二段温度为800 C ， 出二段炉气SO2含量约10%。
焙烧前矿石原料的预处理和炉气除尘
1 矿石原料的预处理 主要有3步：粉碎、配料、干燥。 粉碎
2. 减小硫铁矿粒度。可以减小扩散阻力，增加接触面积， 对第三阶段速度增加有利。
3. 增加空气与矿粒的相对运动。
4. 提高入炉空气氧含量。
沸腾焙烧
1 沸腾焙烧炉的结构和操作
典型沸腾焙烧炉结构如图。下 部为沸腾区，中部为扩散区， 上部为焙烧空间。沸腾区耐火 砖较厚。而上部耐火砖较薄， 这是为了减小炉内与钢壁的温 度差，减小二氧化硫在壁上凝 结，从而减小腐蚀。沸腾焙烧 的空气流速是重要因素，操作 速度范围应在uf<u<ut之间。上 部面积大是为了降低流速，增 加沉降机会。
560720C范围为过渡阶段，反应速度受温度影响较 小。> 720C为第三阶段，反应速度随温度升高再增 加，但增加幅度小。
实验证明，焙烧反应第三阶段活化能较小，受氧的扩 散控制。
提高焙烧速率的途径：
1. 提高操作温度。但不宜太高，温度太高会使炉内结疤， 焙烧反而不能顺利进行。通常温度范围为850950C.
2 硫铁矿焙烧的焙烧速度
硫铁矿焙烧是非均相反应，反应平衡常数很大，通常认 为可进行到底。所以生产中关键是反应速度决定了生产 能力。焙烧反应的反应速率与温度的关系如图。
在460~560 C范围为第一阶
段，斜率大，活化能大。温
度升高，反应速率增加很快。
化学反应动力学控制。
lgk
441 560 1/T 727 977
图 3.3
3 沸腾焙烧炉的特点 生产强度大 硫的烧出率高 传热系数高 产生的炉气二氧化硫浓度高 适用的原料范围广 结构简单、维修方便 不足： 炉尘量大，炉尘占总烧渣的60%-70%，除尘净化
系统负荷大。
需将硫铁矿粉碎至较小粒度，需高压鼓风机，动力 消耗大。
几种焙烧方法
焙烧方法主要由硫铁矿成份和渣的处理方式决定。一般硫铁 矿多采用氧化焙烧。
开采的硫铁矿都含有很多杂质，使矿呈灰、褐、黄铜 等不同颜色。通常含硫量只有30%~50%。
硫磺：使用天然硫磺生产硫酸最好，但我国矿少。
其它原料：硫酸盐、冶炼烟气、含硫工业废料等。
从硫铁矿制二氧化硫炉气
硫铁矿的焙烧
1 硫铁矿的焙烧反应
2FeS2 = 2FeS + S2 S2 + O2 = SO2 4FeS + 7O2 = 2Fe2O3 +4SO2 上述反应的总反应式：
4 脱砷焙烧
脱砷焙烧主要用于含砷量大的硫铁矿。 除了主要反应外，还发生下列反应：
4FeAsS = 4FeS + As4 4FeAsS + 4FeS2 = 8FeS + As4S4
As4 + 3O2 = 2As2O3 若炉气中氧气过多，会发生以下反应
As2O3 + O2 = As2O5 As2O5 + Fe2O3 = 2FeAsO4 所以脱砷焙烧要求低氧高二氧化硫。
H>0 H<0 H<0
4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 +8SO2 H= -3411kJ/mol
若氧气不足，还有生成Fe3O4的反应： 3FeS2 + 8O2 = Fe3O4 +6SO2
H= -2435kJ/mol
此外，由于Fe2O3的催化作用，SO2可再氧化成SO3，高 温下盐类分解成金属氧化物，同时再生成各种硫酸盐的 副反应。焙烧阶段生成SO3是有害的，会给后续净化工 序产生很多问题。
硫 酸概述、净化和综合 利用
概述 从硫铁矿制二氧化硫炉气 炉气的净化与干燥 二氧化硫的催化氧化 三氧化硫的吸收 三废治理与综合利用
概述
硫酸是重要的基本化学工业原料。在化肥、冶金、国防、有 机合成、石油炼制等工业都有广泛用途。
硫酸的性质
硫酸与水的二组分体系最高恒沸点组成为98.4%。硫酸浓度 可大于100％，称为发烟硫酸，其中含溶解在100％硫酸 中的游离SO3。