XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN DO SẢN XUẤT AXIT SUNFUARIC TỪ QUẶNG PIRIT SẮT

Sản xuất axit sunfuaric được tiến hành bằng cách nung quặng pirit, hay đốt khí lưu huỳnh, lưu huỳnh tự nhiên, nung các sunfua kim loại để tạo ra SO2, và sau đó chuyển hóa thành H2SO4.

Quặng pirit thường chứa 53,5% lưu huỳnh và 46,5% sắt, nhưng các tạp chất có thể làm giảm hàm lượng lưu huỳnh xuống còn 32-40%. Quặng thiêu kết sản phẩm phụ từ việc nung quặng pirit, chủ yếu chứa sắt (40-63%) và một số lượng nhỏ lưu huỳnh, Cu, Zn, Pb và kim loại quý. Khí lưu huỳnh từ lò thường bị nhiễm bụi và tạp chất, yêu cầu xử lý qua các thiết bị lọc và rửa để đạt nồng độ thấp.

Phương pháp sản xuất axit sunfuaric chủ yếu là tiếp xúc, yêu cầu xử lý thêm khí lò sau lọc điện để loại bụi và tạp chất, nhằm bảo vệ xúc tác và thiết bị. Chất thải rắn từ quá trình sản xuất bao gồm quặng thiêu kết, bụi từ xiclon và thiết bị lọc, bùn từ bể lắng và thiết bị lọc ướt.

→ Sản phẩm phụ từ việc nung quặng pirit có thể được tái sử dụng trong ngành xây dựng, nông nghiệp và sản xuất gang thép như sau:

Thu hồi kim loại màu từ quặng thiêu kết (sản phẩm phụ nung quặng pirit)

Để thu hồi các cấu tử có giá trị từ quặng thiêu kết, người ta áp dụng các phương pháp nung khác nhau (clo hóa, sunphat hóa…). Nên thực hiện việc thu hồi quặng chứa hơn 0,5% đồng vì giá trị của đồng thu được sẽ bù đắp mọi chi phí xử lý quặng.

Phương pháp nung clo hóa

Phương pháp này cho phép tách được 85 – 90% đồng, phần lớn các kim loại có ích, bảo đảm khử lưu huỳnh gần như hoàn toàn.

Trước khi nung clo hóa, quặng thiêu kết được trộn với 20% NaCl nghiền nhuyễn. Trong quá trình nung ở 550-600°C, đồng chuyển thành CuCl2 và lưu huỳnh kết hợp với NaCl tạo Na2SO4. Nhiệt độ thấp hơn 530°C có thể tạo Fe2(SO4)3 tan, làm khó trích ly đồng, còn nhiệt độ cao hơn 600°C làm giảm sản phẩm chính.

Để đảm bảo chuyển hóa hoàn toàn, cần trộn đều liệu lò và cung cấp đủ lưu huỳnh. Quá trình clo hóa xảy ra ở 200-300°C, sinh ra SO2, SO3, HCl, và các khí này được hấp thụ bằng nước để thu được hỗn hợp axit HCl và H2SO4 dùng để trích ly đồng.

Cơ chế hóa học của các quá trình diễn ra khá phức tạp. Phản ứng tổng quát có thể được biểu diễn như sau:

Cu + 2S + 4NaCl + 3,502 + H2O → CuCl2 + 2Na2SO4 + 2HCl

Kết quả thu được là 85 – 90% đồng trong quặng thiêu kết chuyển thành muối tan CuCl2. Từ khối nung, đồng được trích bằng nước nóng. Phần đồng không chuyển thành CuCl2 sẽ được tiếp tục trích bằng axit loãng. Dung dịch sau xử lý được cho tiến hành phản ứng với vận sắt để tách đồng bột

Quá trình xử lý quặng pirit thiêu kết sử dụng đến 3 thiết bị phản ứng tầng sôi nối tiếp. Trong thiết bị thứ nhất nhiệt độ được giữ là 600 – 800°C, khi đó tất cả các sunfua đều bị phân hủy. Sau đó, quặng thiêu kết được đưa qua thiết bị thứ hai, tiếp xúc với HCl. Thường HCI được cho vào thiết bị bằng khí tải, có thể mang tính trung hòa, oxi hóa hay khử.

Khí tải được lựa chọn phụ thuộc vào dạng hợp chất kim loại nặng nằm trong quặng. Thiết bị thứ 3 tạo môi trường khử, chuyển oxit sắt thành magnetit Fe3O4. Sau khi tuyển bằng từ, hàm lượng sắt trong quặng đạt đến 70%, được đun nóng trong môi trường khử để chuyển thành Fe2O3.

Thành phẩn khí thải đi ra từ thiết bị phản ứng chứa tất cả các clorua kim loại màu có trong quặng, lượng HCl dư và khí tải được cho qua tháp hấp thụ bằng nước. Ở đây, phần lớn các clorua kim loại và HCl được chuyển vào dung dịch hấp thu. Sau đó, tiến hành tách kim loại màu bằng các phương pháp khác nhau.

Sử dụng quặng thiêu kết trong sản xuất gang thép

Quặng thiêu kết chứa 40-63% sắt là nguyên liệu quý cho luyện kim đen, nhưng có vấn đề như độ nghiền cao, và hàm lượng Pb, Cu, Zn, As, và lưu huỳnh cao (1-3,5%). Để sử dụng quặng pirit thiêu kết trong nấu gang, cần loại bỏ lưu huỳnh và tạo hạt bằng cách xử lý ở nhiệt độ cao, nơi lưu huỳnh cháy và vật liệu vón cục.

Sản xuất bột màu từ quặng và bụi thiêu kết

Một lượng nhỏ quặng pirit và bụi từ thiết bị lọc điện khô được sử dụng để điều chế bột màu vô cơ: minium sắt, ocrơ, môni (màu đỏ phổ).

Từ quặng thiêu kết sản phẩm phụ quá trình nung quặng pirit 

Để chuẩn bị bột màu kiểu minium sắt, ta sử dụng phân đoạn quặng thiêu kết 1,3 – 0,27 mm, là phân đoạn giàu oxit sắt nhất. Quặng này được nghiền, sấy và tôi (nung) trước khi trộn với chất độn.

Từ bụi thiêu kết

Bụi lấy trong thiết bị lọc điện khô khác quặng thiêu kết ở nồng độ muối sắt hòa tan và được dùng làm nguyên liệu để sản xuất bột màu ocrơ vàng. Phần không tan còn lại chứa chủ yếu là oxit sắt được dùng làm nguyên liệu để điều chế bột màu môni (đỏ phổ).

Điều chế bột màu ocrơ được tiến hành qua các giai đoạn sau:

Bụi được cho vào thiết bị phản ứng hòa tan, trộn với nước và không khí trong 20-25 phút, để lắng khoảng 8 giờ. Pha lõng được bơm vào máy trộn, trộn thêm đá phấn và đất sét. Ở đây sẽ diễn ra phản ứng:

Fe2(SO4)3 + 3CaCO3→ Fe2O3 + 3CaSO4 + 3CO2

Sản phẩm thu được là cặn thạch cao với đất sét có độ ẩm bão hòa. Khối chất rắn này được sấy ở 80°C và cho vào máy nghiền bi để thu bột màu vô cơ có màu vàng (ocrơ).

Điều chế bột màu môni:

Cặn từ thiết bị phản ứng hòa tan ở dạng khối ẩm (91% Fe2O3, 3,7% FeS, 5,3% đá) được sấy khô ở nhiệt độ đến 100°C.

Đưa vào lò nung ở nhiệt độ 800 – 900°C để đuổi lưu huỳnh. Lúc này bán thành phẩm chứa 95% Fe2O3 được cho vào máy nghiền bi và trộn với đất sét (15%). Kết quả thu được bột màu kiểu môni.

Các bột màu thu được từ các quá trình trên có màu ổn định và không thay đổi theo thời gian.

Thu hồi selen từ bùn

Trong quặng pirit có chứa 0,002 – 0,2% selen, khi nung sẽ hình thành SeO2. Do selen tồn tại trong tự nhiên với nồng độ rất thấp (0,01 – 0,1%) và ở dạng hợp chất đi kèm các sunfua kim loại (Fe, Cu, Zn), nên quặng pirit phế thải trong sản xuất axit sunfuaric là một nguồn chủ yếu để sản xuất kim loại này. Phần chủ yếu để thực hiện quá trình tách selen là bùn ở tháp rửa và thiết bị lọc điện ướt của hệ thống xử lý khí nung.

Cơ chế tách selen từ khí nung khá phức tạp. SeO2 sẽ được hấp thụ bởi các giọt sương và giọt axit tưới do độ hòa tan SeO2 trong axit cao và tăng theo nhiệt độ. SO2 trong axit sẽ khử SeO2.

Quá trình khử SeO₂ thường diễn ra hoàn toàn trong axit loãng. Selen kim loại hình thành sẽ lắng chung với các hạt bụi của tháp rửa trong bể lắng, bình chứa và thiết bị làm lạnh axit dưới dạng bùn. Bùn này thường chứa dưới 5% selen.

Phần selen kim loại còn lại sẽ lắng chung với sương axit và phần bụi sốt trong thiết bị lọc điện ướt. Do lượng bụi không nhiều nên bùn này chứa nhiều selen (đến 50%).

Tách selen từ bùn bằng cách xử lý bùn với dung dịch sođa. Bùn được pha loãng bằng nước và đun nóng bằng hơi quá nhiệt để tách selen kim loại. Sau đó, dung dịch được lọc, rửa bằng nước, kết hợp với dung dịch sođa 0,5% và sấy ở 90-100°C.

Fe2(SO4)3 được bổ sung nhằm thúc đẩy quá trình lắng của selen khi rửa thiết bị lọc điện.

• Mức độ thu hồi selen từ quặng pirit là 30-60%.

Các hướng sử dụng quặng thiêu kết khác

Quặng thiêu kết có nhiều ứng dụng trong công nghiệp. Nó được sử dụng chủ yếu làm chất phụ gia cho lò sản xuất ximăng và phân bón có chứa đồng. Ngoài ra, quặng này còn có mặt trong các ngành công nghiệp khác như luyện kim màu, vật liệu xây dựng và sản xuất thuốc trừ sâu.

Các phương pháp trên sẽ phần nào xử lý triệt để chất thải rắn do sản xuất axit sunfuaric từ quặng pirit sắt, nếu quý doanh nghiệp có nhu cầu về việc xử lý các loại chất thải này hãy liện hệ cho công ty chúng tôi qua hotline: 0943466579 để được tư vấn quy trình hợp lí nhất.

Với phương châm: ”Uy tín, chất lượng là hàng đầu” Công ty TNHH Công nghệ Môi trường Hòa Bình Xanh mang đến cho quý khách hàng sản phẩm và dịch vụ tốt nhất, đáp ứng nhu cầu cần thiết của quý khách.