کارخانه‌های اسید سولفوریک متالورژیکی

فرآیندهای پایرومتالورژی برای ذوب و پالایش سنگ معدن‌های سولفیدی(مس، روی، سرب، نیکل و غیره) گازهای حاوی غبار و بخارات فلزی و دی‌اکسیدگوگرد تولید می‌نماید که باید قبل از رها شدن در محیط تصفیه شوند. معمول‌ترین روش تصفیه این گونه گازها به وسیله هدایت آنها به واحدهای اسید سولفوریک متالورژیکی است. طراحی واحدهای اسید سولفوریک به علت تفاوت کیفیت گاز پروسس در هر واحد متالورژیکی متفاوت است. غلظت دی‌اکسیدگوگرد در بازه گسترده‌ای از 1 تا 2 درصد در واحدهای تسویه مولیبدنیم تا بیش از 50% در گازهای خروجی برخی فرآیندهای ذوب مانند Flash (مجهز به سیستم غنی‌سازی با اکسیژن) تغییر می‌کند. نوع و مقدار موجود در گاز بستگی به ماهیت سنگ‌های معدن دارد. کیفیت برخی گازهای متالورژیکی به گونه‌ای است که آلاینده‌های موجود در آنها را به راحتی می‌توان جذب نمود، درحالیکه تصفیه برخی دیگر به علت داشتن ترکیباتی چون فلئوریدها، کلریدها، آرسنیک، سلنیوم و غیره بسیار مشکل‌تر است. برخلاف واحدهای اسید سولفوریک گوگردسوز غلظت SO₂ در واحدهای متالورژیکی بسیار متغیر است. این موارد طراحی واحدهای اسید سولفوریک متالورژیکی را سخت‌تر و حساس‌تر می‌نماید. واحدهای اسید سولفوریک متالورژیکی از دو بخش اصلی تشکیل شده است:

بخش تمیزسازی گاز (Gas Cleaning)

یکی از بخش‌های اصلی هر واحد اسید سولفوریک متالورژیکی بخش Gas Cleaning می‌باشد که گازهای متالورژیکی را در ابتدای ورود به کارخانه اسید سولفوریک شستشو و غبارزدایی می‌نماید و با حذف آلاینده‌های آن گاز آماده ورود به بخش Contact می‌گردد. اولین مرحله در بخش Gas Cleaning کاهش دادن دمای گاز است که این کار در برج‌های Quench انجام می‌گردد. در طی عبور گاز از این برج‌ها دمای آن کاهش یافته، غبارات آن به صورت جزیی گرفته شده و رطوبت آن افزایش می‌یابد. معمولا بعد از این مرحله، گاز وارد سیستم شوینده نظیر Venturi Scrubber می‌شود که در آن بیشتر آلاینده‌های موجود در گاز گرفته می‌شوند.

بعد از این مرحله، گاز مجددا سرد می‌شود تا با کندانس آب اضافی موجود در آن، بالانس آب واحد  اسید سولفوریک با غلظت مطلوب برقرار شود. این عمل توسط سیستم‌هایی چون Scrubber Cooling Tower یا Sheel and Tube Head Exchanger انجام می‌شود. مرحله نهایی در بخش Gas Cleaning حذف نهایی آلاینده‌های به صورت غبارات بسیار ریز جامد و قطرات بسیار کوچک به وسیله سیستم رسوب‌دهنده الکترواستاتیکی می‌باشد که این عمل در تجهیز WESP انجام می‌گردد. طراحی و بهره‌برداری از سیستم Gas Cleaning تعیین‌کننده کیفیت محصول تولیدی و بسیاری از مشکلات عملیاتی است. هر آلاینده‌ای که از این بخش عبور کند در نهایت، خود را محصول تولیدی نشان خواهد داد. فلئوریدها اگر در این بخش گرفته نشوند به هرچیزی که در ساخت آن از سیلیکا استفاده شده باشد، حمله می‌کنند، از Packingهای سرامیکی در برج‌های جذب تا آجرهای ضد اسید و ساپورت‌های کاتالیست در کنورتور. کلریدها و آرسنیک مسموم کننده کاتالیست‌ها هستند و اثر خود را با کاهش دادن درصد تبدیل بسترهای کاتالیستی نشان می‌دهند. غبارهای جذب نشده در این بخش نیز در میان بسترهای کاتالیستی رسوب نموده موجبات افت فشار زیاد در بستر را پدید می‌آورند. اگر بخش Gas Cleaning از طراحی و عملکرد مناسبی برخوردار باشند، کیفیت اسید تولیدی در واحدهای متالورژیکی با واحدهای اسید سولفوریک گوگردسوز یکسان خواهد بود.

بخش Contact

در واحدهای اسید سولفوریک متالورژیکی برخلاف واحدهای گوگردسوز گاز ورودی به بخش Contact سرد است و باید قبل از ورود به بستر اول کنورتور گرم شود. این کار با تبادل حرارت انجام یافته بین گازهای خروجی از بسترها که واکنش تبدیل SO₂ به SO₃ آنها را داغ کرده است انجام می‌شود. این مطلب تفاوت اصلی بین واحدهای متالورژیکی و گوگردسوز می‌باشد. در یک واحد اسید سولفوریک متالورژیکی غلظت SO₂ موجود در گاز تعیین می‌نماید که آیا حرارت اضافی در سیستم موجود است یا خیر. اگر غلظت SO₂ در گاز بالا باشد، در اثر واکنش‌های تبدیل در کنورتور، دمای گاز ورودی به برج جذب نهایی به اندازه نامناسبی بالا رفته و باید قبل از ورود به آن توسط تجهیزاتی چون SO₃ Gas Cooler یا Boiler به دمای مناسب برسد. اگر غلظت SO₂ در گاز کم باشد ممکن است گرمای کافی برای برقراری موازنه حرارتی سیستم موجود نباشد که در این مواقع از سیستم پیش‌گرم‌کن برای تامین گرمای لازم سیستم استفاده می‌شود.

سیستم گردش اسید قوی

افزایش رطوبت موجود در گاز به معنی افزایش حرارت تولید شده در برج‌های جذب رطوبت (Dry Tower) بوده و در نتیجه، بار حرارتی اسید کولرها افزایش می‌یابد. همچنین بخشی از SO₂ موجود در گاز که در برج‌های رطوبت‌گیر با اسید در تماس است در آن حل می‌شود و از طریق جریان‌های جانبی اسید سولفوریک وارد برج جذب SO₃ شده در آنجا از گاز اسید جدا شده و همراه سایر گازهای خروجی از این برج به دودکش رفته و در محیط رها می‌شود. بدین ترتیب نشر SO₂ در دودکش زیاد می‌شود و از طرف دیگر در واحدهایی که غلظت SO₂ آنها پایین است، دردسرهای کمبود SO₂ در گاز را نیز بیشتر می‌نماید.

واحدهای اسید سولفوریک متالورژیکی برای اجتناب از انتقال SO₂ توسط اسید به دودکش یا برج‌های رطوبت‌گیر و جذب همواره دارای پمپ تانک‌های مستقل بوده و غلظت اسید در این پمپ تانک‌ها نیز در نتیجه این امر متفاوت خواهد بود. در واحدهای اسید سولفوریک گوگردسوز برج‌های رطوبت‌گیر و جذب می‌توانند از پمپ تانکی مشترک استفاده نمایند که این امر در واحدهای اسید سولفوریک متالورژیکی به علت پدیده انتقال SO₂ امکان‌پذیر نمی‌باشد. روش دیگری که برای جلوگیری از پدیده انتقال SO₂ استفاده می‌شود، بکارگیری برج Stripper در سر راه جریان جانبی اسید سولفوریک از پمپ تانک سیستم رطوبت‌گیر به برج جذب SO₃ میانی قبل از ورود به پمپ تانک برج جذب می‌باشد که طی آن SO₂ موجود در جریان اسید جانبی در این برج از آن جدا شده (با عمل Stripping) و به همراه گازهای خروجی از آن به کنورتور بازمی‌گردد. علت اتخاذ چنین روشی آن است که دمای اسید بالاست و این به معنی کاهش حلالیت SO₂ در آن است و همچنین غلظت SO₂ در گاز ورودی به برج جذب کمتر از غلظت SO2 در گاز وردی به برج رطوبت‌گیر می‌باشد.