[发明专利]钙基脱硫灰中亚硫酸钙向硫酸钙高效转化的处理方法及系统

说明书

本发明公开了钙基脱硫灰中亚硫酸钙向硫酸钙高效转化的处理方法及系统，属于冶金固废处理领域。本发明的处理系统包括原料仓、回转窑、氧气储罐、密闭中间仓和成品灰仓，氧气储罐与回转窑进料口相连并向内输氧，保持回转窑窑体内富氧率为25％～100％；回转窑的窑体采用电磁感应进行外部加热。针对现有技术中脱硫灰中亚硫酸钙向硫酸钙转换的效率不高、系统设计复杂、窑内易结圈的问题，本发明的处理系统较为简单，且处理过程中无烟气产生，节省了系统配套的烟气净化设施，降低了生产成本及占地；本发明的处理方法，能够有效提升回转窑加热效率、降低能耗并防止窑内结圈，改善钙基脱硫灰从CaSO₃向CaSO₄转化的动力学条件，大幅提升钙基脱硫灰中CaSO₃向CaSO₄的转化效率。

技术领域

本发明涉及冶金固废处理技术领域，更具体地说，涉及钙基脱硫灰中亚硫酸钙向硫酸钙高效转化的处理方法及系统。

背景技术

烟气脱硫是指从烟道气或其他工业废气中除去硫氧化物(SO₂和SO₃)。我国燃煤电厂及钢铁厂的烧结、球团、焦炉等工序烟气均实施了脱硫。烟气脱硫方法见报道的有几百种，工业应用的有几十种。经过几十年的发展，目前世界上普遍使用的商业化技术是钙法脱硫，所占比例在80％以上。按吸收剂及脱硫副产物在脱硫过程中的干湿状态又可将脱硫技术分为湿法、干法和半干法。钙基干法、半干法脱硫工艺因其工艺流程短、占地小、投资省、运行成本低、脱硫效率高、控制简单、耗水少及无白色烟雨等优点，目前广泛应用于我国钢铁企业烧结、球团、焦炉等工序和燃煤电厂的烟气脱硫工程中。

典型的钙基干法、半干法脱硫工艺有循环流化床法(CFB)脱硫工艺、旋转喷雾干燥吸收法(SDA)脱硫工艺及密相干塔脱硫工艺等，因工艺有诸多优点在我国及欧美等国家广泛应用，日本因缺石膏，烟气脱硫偏向于以石灰石-石膏法为主的钙基湿法脱硫为主。但钙基干法、半干法脱硫工艺存在的主要问题是脱硫灰利用困难，是困扰行业的难题。

根据文献调研显示，欧美国家的钙基脱硫灰主要来源于烧结烟气脱硫，主要用途是回填，综合利用比例不高。美国年产烧结烟气钙基脱硫灰约1.25×10⁶吨，处置率约76％，其中煤矿回填60.8％，废物稳定和固化使用钙基脱硫灰15.2％。欧洲每年产生的烧结烟气钙基脱硫灰已基本实现全部处置，其中79.2％的钙基脱硫灰用作建筑工业结构回填，8.5％用作土壤修复改良，5.6％作为替代水泥稳定路基，4.3％用作水泥生产原料，其余的2.4％用在其他工业行业。

目前，我国钙基干法、半干法脱硫灰年排放量已超过2000万吨，随着国家废气超低排放政策的实施，排放量还在不断增长。针对钙基干法、半干法脱硫灰的处置及综合利用，国内科研工作者开展了大量的研究，如生产免烧砖、蒸养砖、填筑材料等，但因钙基干法、半干法脱硫灰中含有20％-40％的亚硫酸钙存在，原料特性不稳定，导致各综合利用途径频出问题，只能勉强少量掺配而无法实现大宗量利用，绝大部分的钙基脱硫灰还是被堆存、填埋、非正规化处置等，不仅占用大量土地，而且对环境和水源造成严重污染。

根据研究发现，钙基干法、半干法脱硫灰中主要物相为亚硫酸钙、硫酸钙、碳酸钙、氢氧化钙及氯化钙等物质，其中亚硫酸钙(CaSO₃)占比在20％-40％。钙基脱硫灰中大量亚硫酸钙(CaSO₃)的存在对后续脱硫灰综合利用的影响主要有：1)亚硫酸钙(CaSO₃)使水化反应变慢，不能直接凝结产生强度，这一特性影响了钙基脱硫灰在混凝土中的应用。2)稳定性差。亚硫酸钙(CaSO₃)在空气中常温下会缓慢转化为硫酸钙(CaSO₄)，导致体积膨胀，这一特性影响了其在掺入制作免烧砖方向的应用。3)遇高温(≥800℃)，亚硫酸钙(CaSO₃)会重新释放出SO₂，造成大气二次污染，这一特性影响了其作为水泥原料的使用。

因此，要想实现钙基脱硫灰的大宗量稳定利用，首先把钙基脱硫灰中含有的20％-40％的亚硫酸钙进行稳定化处理才是可行的前提。