铜冶炼副产品石膏的综合利用研究

张玲玲

（江西铜业集团公司 贵溪冶炼厂，江西 贵溪 335424）

铜冶炼副产品石膏的综合利用研究

张玲玲

（江西铜业集团公司 贵溪冶炼厂，江西 贵溪 335424）

阐述了国内外工业副产品石膏的处理现状，研究了碳对石膏高温分解反应的影响。试验结果表明，碳的存在可以大幅降低石膏的分解温度，闪速炉反应塔的温度可以满足碳存在时的石膏分解温度要求，为工业石膏、活性焦这两种固体废弃物的处理及利用提供了途径，可实现变废为宝。

冶炼烟气；工业副产品石膏；活性焦；高温分解；闪速炉；综合利用

1 引言

工业副产品石膏是工业生产中的一种副产物，主要成分是硫酸钙,一般用于建筑行业，目前尚未得到其它更有效的利用，造成严重的资源浪费。尤其是磷酸盐工业产出的磷石膏，大多采用圈地堆放的方法处理，不仅占用宝贵的土地资源，还污染环境。工业石膏的治理及资源化利用已成为一个亟需解决的问题。

贵溪冶炼厂铜冶炼过程中产生的大量二氧化硫烟气用于生产工业硫酸。因烟气中含有三氧化硫、铜、砷和氟等杂质，制酸前需采用净化设备对烟气进行洗涤净化，得到的洗涤液进入废酸、废水处理工艺。处理过程中，为除去硫酸和氟，需添加碳酸钙，此时会得到工业副产品石膏，年产量约为8万t/年［1］。

烟气制酸后的尾气采用活性焦脱硫处理，工艺为活性焦脱硫吸附——活性焦再生——副产品生成。再生后的活性焦通过链条机、筛选设备等活性焦循环系统后，大部分活性焦返回脱硫塔进行循环使用，少量的活性焦粉末及吸附的灰尘被分离出去，成为废活性焦［2］。

众所周知，在铜闪速熔炼过程中，为改善炉况，会加入小比例的焦粉(一般为3‰左右)。同时，为改良渣性，造良性碱性渣，氧化钙也经常被作为一种添加剂加入闪速炉［3］。能否将工业石膏和废活性焦这两种固体废弃物加入闪速炉，进而使石膏在炉内分解成有利于炉况的氧化钙？对此有必要开展碳存在条件下的石膏高温分解试验。

2 试验原理

硫酸钙高温分解是一个十分复杂的物理化学过程，温度和气氛对其分解结果影响显著［4］。硫酸钙可发生分解反应生成氧化钙，但其热力学反应温度高达1872K［5］。第一次世界大战期间，德国人穆勒（Mueller）使用天然石膏生产硫酸时发现，焦炭的存在可以很大程度上降低石膏的分解温度，认为CaSO4与C发生固一固反应生成了CaS；生成的CaS再与多余的CaSO4反应生成氧化钙与二氧化硫［6］，即：

CaSO4+2C=CaS +2CO2↑

CaS+3CaSO4=4CaO+4SO2↑

2CaSO4+C=2CaO+2SO2↑+CO2↑

本试验的目的就是考察在特定温度（闪速炉反应塔温度）、特定比例碳存在的条件下，硫酸钙分解成氧化钙的程度，从而判断石膏、废活性焦这两种固体废弃物是否能直接加入闪速炉，进而实现废弃物的再利用。

3 试验准备

试验原料硫酸钙的来源为工业副产品石膏，成分见表1所示。碳素物质的来源为含碳75%左右的废活性焦粉末。

表1 工业副产品石膏的成分

试验在上海实验电炉厂生产的SK2-6-12型管式电阻炉内进行。由于条件所限，每批次试验均取原料硫酸钙1mol，即石膏170g。

4 试验结果

硫酸钙与碳的反应过程较为复杂，为了详细了解反应进展情况，配制了不同摩尔比的硫酸钙与碳进行试验，充分考虑了碳充分过量，碳不足，以及碳的添加量处于这两者之间的情况。

试验考察了在不同温度下，硫酸钙直烧，以及硫酸钙与碳的摩尔比为1∶0.5、1∶0.75、1∶1时，硫的脱除情况，硫脱除率越高，硫酸钙分解效果越好。

（1）硫酸钙直烧。

考察了硫酸钙直烧，即不添加废活性焦时，硫酸钙在不同温度下的分解情况，结果见表2。

表2 直烧时硫酸钙高温分解情况

由表2可以看出，直烧硫酸钙，1200℃及以下温度时，反应物中硫总量基本未变化，硫酸钙未分解。

（2）摩尔比为1∶0.5。

考察了硫酸钙与碳摩尔比为1∶0.5，即加入废活性焦8g时，硫酸钙在不同温度下的分解情况，结果见表3。

表3 摩尔比为1∶0.5时硫酸钙高温分解情况

由表3可以看出，在硫酸钙与碳摩尔比为1∶0.5条件下，1000℃及以下温度时未发生明显分解，1200℃时分解率为51.20%。

（3）摩尔比为1∶0.75。

考察了硫酸钙与碳摩尔比为1∶0.75，即加入废活性焦12g时，硫酸钙在不同温度下的分解情况，结果见表4。

表4 摩尔比为1∶0.75时硫酸钙高温分解情况

由表4可以看出，在硫酸钙与碳摩尔比为1∶0.75的条件下，1000℃以下未发生明显分解，1000℃时分解率为28.03%，1200℃时达到89.37%。

（4）摩尔比为1∶1。

考察了硫酸钙与碳摩尔比1∶1，即加入废活性焦16g时，硫酸钙在不同温度下的分解情况，结果见表5。

Study on Comprehensive Utilization of Gypsum as the By-product of Copper Smelting

ZHANG Ling-ling
（Guixi Smelt of Jiangxi Copper Corporation, Guixi 335424, Jiangxi, China）

In this paper, the handling situation of industrial by-product gypsum at home and abroad was laborated, and the influence of carbon on gypsum pyrolysis reaction was studied. The experimental results show that the presence of carbon could greatly reduce the decomposition temperature of gypsum. The temperature of the reaction tower in flash furnace could satisfy the temperature requirement of gypsum decomposition when carbon was present. It provided the basis for the treatment and utilization of two kinds of industrial solid waste gypsum, activated coke and industrial gypsum in this study, and it implemented turning waste into treasure.

smelting gas；industrial by-product gypsum；activated coke；pyrolysis；flash furnace；comprehensive utilization

X756

A

1009-3842（2015）05-0046-02

2015-07-16

张玲玲（1982-），女，河南开封人，工程师，学士，主要从事铜冶金技术研究。E-mail: zhangll_82@126.com