下载文档原格式
第2课时硫酸工业中的三废处理及能量利用学案【学习目标】1.了解硫酸工业生产中的三废处理的方法，防止环境污染。
2.了解硫酸工业生产中如何实现能量的综合利用。
3.理解硫酸工业的有关计算。
【重点难点】1.理解硫酸工业的有关计算。
2.通过对硫酸工业“三废”、能量的利用以及生产规模、厂址的选择等的讨论，认识环境保护的重要性，培养良好的环境保护意识。
课前预习【情景材料】化工生产中废渣，一般是由未反应的固体原料或是在生产过程中新生成的固体所形成的。
化工废渣属于环境污染物，但许多化工废渣都有一定程度的利用价值。
从可持续发展的大战略上看待化工废渣的合理利用或处理，价值就更高了。
如何处理硫酸工业中的三废及能量利用？【预习内容】根据教材有关内容填写下列空白：一、生产中的三废处理1．尾气吸收硫酸生产的尾气中含有少量，可用吸收，使其生成，再用处理，生成和。
方程式为、；2.污水处理硫酸生产过程中的污水，含有杂质，可用中和法处理。
方程式为。
3.废渣的利用废渣可用来制或制造。
炉渣和矿灰，可作为的原料。
二、能量的充分利用硫酸生产过程中的三个反应都是热反应，如果分利用这些热量，不但可以由硫酸厂自行提供能量，而且还可以，可大大降低生产成本。
一般生产1t硫酸约需消耗的电能。
生产1t硫酸放出的反应热相当于的电能。
如果能够充分利用这些热量，不但可以由硫酸厂自行能量，还可以向外界大量的能量，可大大降低。
预习内容答案一、1.SO2 Ca(OH)2CaSO3H2SO4SO2CaSO4SO2 +Ca(OH)2 =CaSO3+H2O H2SO4+CaSO3= CaSO4+H2O+SO2↑2.酸性石灰乳Ca(OH)2 + H2SO4= CaSO4+2H2O3．砖水泥炼铁二、放向外界输出大量能量100 kW·H 200 k W·H 提供输出生产成本堂中互动【问题探究1】常说的工业三废指的是什么？硫酸工业生产过程中三废如何处理？【教师点拨】预处理及生产过程中产生的废气、废液、废渣情况及处理成本，往往成为是否采用该工艺的决定性因素。
关于硫酸工业综合经济效益的讨论_高三化学教案_模板学习目标1．了解硫酸工业“三废”的处理和利用。
2．通过对硫酸工业“三废”、能量的利用以及生产规模、厂址的选择等的讨论，认识环境保护的重要性，培养良好的环境保护意识。
学习过程一、自学探究1．硫酸工业“三废”的处理和利用：（1）尾气中的SO2，用吸收，可得到肥。
反应方程式是。
你认为还可以用等物质吸收，请写出有关的化学反应方程式。
（2）污水中含有，可用吸收，反应方程式是。
（3）废渣的利用。
2．硫酸生产过程中的三个反应是热反应，请你提出充分利用这些热能的方案。
[1] [2] 下一页第二课时目标：1．影响盐类水解的因素，与水解平衡移动。
2．盐类水解的应用。
教学设计：1．师生共同复习巩固第一课时相关知识。
（1）根据盐类水解规律分析醋酸钾溶液呈性，原因；氯化铝溶液呈性，原因；（2）下列盐溶于水高于浓度增大的是2．应用实验手段，启发思维实验1．在溶液中滴加几滴酚酞试液，观察现象，分析为什么？将溶液分成二等份装入二支干净试管中，一支加热，另一支保持室温，进行比较。
现象；原因分析；实验2．将新制备的胶体中，分装于二支试管中，一支试管加入一滴盐酸，与另一支试管对照比较。
现象；原因分析。
教学过程（）：影响盐类水解的因素1．主要因素是盐本身的性质。
组成盐的酸根对应的酸越弱，水解程度也越大，碱性就越强，越高。
组成盐的阳离子对应的碱越弱，水解程度也越大，酸性就越强，越低。
2．影响盐类水解的外界因素主要有温度、浓度及外加酸碱等因素。
（1）温度：盐的水解是吸热反应，因此升高温度水解程度增大。
（2）浓度：盐浓度越小，水解程度越大；盐浓度越大，水解程度越小。
（3）外加酸碱能促进或抑制盐的水解。
例如水解呈酸性的盐溶液加入碱，就会中和溶液中的，使平衡向水解方向移动而促使水解，若加酸则抑制水解。
盐类水解知识的应用1．盐溶液的酸碱性判断根据盐的组成及水解规律分析。
“谁弱谁水解，谁强显谁性”作为常规判断依据。
教案17（5-2-1关于硫酸工业综合经济效益的讨论）第二节关于硫酸工业综合经济效益的讨论学习目标1．了解硫酸工业“三废”的处理和利用。
2．通过对硫酸工业“三废”、能量的利用以及生产规模、厂址的选择等的讨论，认识环境保护的重要性，培养良好的环境保护意识。
学习过程一、自学探究1．硫酸工业“三废”的处理和利用：（1）尾气中的SO2，用吸收，可得到肥。
反应方程式是。
你认为还可以用等物质吸收，请写出有关的化学反应方程式。
（2）污水中含有，可用吸收，反应方程式是。
（3）废渣的利用。
2．硫酸生产过程中的三个反应是热反应，请你提出充分利用这些热能的方案。
3．如果要筹建一间硫酸厂，你认为应该考虑哪些因素？4．讨论：学过的化工生产（如钢铁工业、合成氨、硝酸工业、煤和石油化工、氯碱工业等）中，应该如何处理环境和综合经济效益等问题？二、总结与评价【总结】随着经济的发展，环境保护问题越来越引起人们的重视，本课就硫酸工业中的环境和综合利用等问题展开讨论，从而培养良好的环境保护意识。
【例题讲解】[例题]SO2是引起大气污染的主要有害气体之一，我国大气质量标准中规定大气中SO2的最高浓度限值如下表：注：“年日平均”为任何一年的平均浓度均值不许超过的限值；“日平均”为任何一日的平均浓度不许超过的限值；“任何一次”为任何一次采样测定不许超过的浓度限值。
（1）据报道，1952年2月，某城市雾大无风，家庭和工厂排出的烟雾经久不散，大气中SO2的含量高达3.8mg/（m3空气），烟尘达4.5mg/（m3空气），居民健康普遍受到危害，4天之内死亡人数约4000，流经该城市的主要河道也因此而受到污染，引起鱼类死亡。
大气中的SO2将直接危害陆生高等植物的____组织，大气中SO2超标最容易影响人的_______系统而患疾病，而河流中鱼类死亡与SO2造成大气污染所形成______有关。
（2）某空气污染监测仪是根据SO 2和Br 2水的定量反应来测定空气中的SO 2含量的。
第一单元第一节化工生产过程中的基本问题四、生产中三废的处理（教学设计）所用教材人民教育出版社出版的普通高中课程标准实验教科书《化学2（选修）化学与技术》教材分析设计思路本节课，是第一单元《走进化学工业》课题一《化工生产中的基本问题》的第四小目——生产中三废的处理，是针对硫酸生产过程中产生三废的处理。
作为本书三废处理最开始的课题，是学生获取工业生产过程中基本问题处理的一般方法的窗口，是解决化工生产造成环境污染的行之有效的通路。
其中设计污水处理的分组实验，则是力求通过观察实验和提出问题让学生认识到实验设计的科学性和严谨性，提高学生的化学实验素养，同时可以帮助学生将所学化学基础知识与实际生产建立有效的教学联系，拉近生产与课堂之间的距离，有利于学生加深对化学、技术、和社会相互关系的认识。
教学目标知识与技能1．掌握硫酸厂三废处理的一般方法；2．学会设计简单的工业三废处理工艺流程或方案。
过程与方法以硫酸生产中三废的处理为例，通过自主学习、小组探究等学习方法培养学生多角度、全方位分析、思考问题，综合运用知识解决问题的能力。
情感态度与价值观认识化学在生产、生活中的重要作用，从而养成环境保护意识和绿色化学思想。
教学重点工业上三废处理的方法及原则教学难点三废处理的原理及工艺流程设计的思路学情分析1. 学生在必修模块的化学中已经对硫酸、二氧化硫的基本性质及酸碱中和反应、离子反应、氧化还原反应等知识有了掌握，为本节课的学习奠定了基础，以必修模块的化学知识为基础，必要时为本模块补充基础知识。
2. 学生具备一定的实验操作能力和观察分析能力，以及分析问题、解决问题的能力。
教法分析以化学反应原理及其应用为重点，以环境保护为线索展开教学内容，建立“问题—讨论—探究”的有机学习模式。
结合讲授法、实验讨论法、问题探究法，以期在学生头脑中形成系统的知识体系，并采用多媒体辅助教学手段进行本节课的教学。
教学过程板书设计知识梳理教学反思查漏补缺这是一堂基于新课改理念，运用现代教育技术，渗透着现代教育思想的化学课。
《化工生产中的基本问题--- 生产中三废的处理》教学设计化学对创造物质财富和精神财富、满足人民日益增长的美好生活需要做出了很大贡献，但同时对生态环境也产生了各种影响。
本节课通过调查环境污染的热点问题让学生认识经济发展和环境保护的关系，认识物质及其变化对环境的影响，发展学生综合分析，解决问题的能力，发展学生的“科学态度和社会责任”的核心素养。
一教学与评价目标1.教学目标（1）通过交流讨论构建硫酸工业工业生产中“三废”处理的的一般方法，提高学生分析问题和解决问题的能力。
（2）通过调查研究热点问题认识化学对环境保护的作用，认同必须坚持“绿色化学”的思想，形成“化学·技术·社会·环境”的基本理念。
2.评价目标（1）通过真实的情境创设，诊断并发展学生对化学价值的认识水平。
（2）通过对硫酸工业生产中“三废”处理的一般方法的分析，诊断并发展学生科学探究水平及分析问题解决问题的水平。
（3）通过对生活中环境污染物和防治措施的讨论，诊断并发展学生对“绿色化学”和“可持续发展”的认识水平。
二教学与评价思路三 教学流程1.情景创设，激趣诱思【学习任务1】工业三废的现状和危害【评价任务1】诊断并发展学生科学态度和社会责任的核心素养水平。
学生活动 设计意图学习任务1 教学流程图2．复习旧知，学习新知【学习任务2】了解硫酸工业中三废的处理方法。
【评价任务2】诊断并发展学生科学探究水平，提高学生综合分析问题、解决问题的能力水平。
学生活动设计意图教学任务23．知识拓展，培养情感【学习任务3】了解生活中常见污染物的处理的思路，提出“绿色化学”的核心。
【评价任务3】诊断并发展学生的参与意识及对化学价值的认识水平。
学生活动设计意图教学任务3 教学流程图【教学反思】《化工生产中的基本问题》是高中化学必修模块主题5的部分内容，是典型的工业生产中的知识。
硫酸是三大强酸之一，是重要的化工原料，硫酸产量的高低是衡量一个国家化工生产水平的重要标志之一。
我国硫酸工业污染物减排技术1硫酸工业污染物来源及存在问题 (2)1．1 SO2废气 (2)1．2酸性废水(也称污酸) (3)1．3废渣 (3)2 SO2废气减排技术概述 (3)2．1制酸技术进展 (4)2．2烟气脱硫技术进展 (4)2．2．1湿式氨法 (4)2．2．2石灰/石灰石一石膏法 (5)2．2．3双碱法 (5)2．2．4氧化锌法 (5)2．2．5活性焦法 (6)2．2．6再生胺法 (6)2．2．7离子液循环吸收法 (6)2．3对SO2废气减排的技术探讨 (7)3酸性废水减排技术概述 (7)3．1酸性废水处理工艺 (8)3．1．1石灰法和石灰一铁盐法 (8)3．1．2氧化法一石灰法(或石灰一铁盐法) (9)3．1．3硫化法一石灰法(或石灰一铁盐法) (9)4废渣处理技术概述 (9)4．1硫铁矿烧渣资源化利用工艺 (10)4．2中和渣处理工艺 (10)4．3硫化物渣处理工艺 (10)6硫酸工业污染物减排技术展望 (11)6.1迎接更低SO2排放的挑战 (11)6．2酸性废水回用 (12)6．3按废渣危险程度分类处置 (12)7我国硫酸工业污染物减排需要解决的几个问题 (13)7．1改进冶炼和制酸工艺、提高装置效率，减少尾气SO2排放 (13)7．2加快可资源化烟气脱硫技术的推广，提高硫资源利用率 (13)7．3继续加大酸性废水的综合治理和循环利用的力度，实现真正意义上的废水零排放。
(13)7．4加强废渣资源化利用，严格控制废渣中有毒、有害杂质对环境的二次污染 (14)7．5寻求国家政策扶持，推进全行业减排发展 (14)7．6企业的社会责任与经济效益 (14)8结语 (14)在《国民经济和社会发展第十一个五年总体规划纲要》的指导下，我国先后出台一系列宏观调控政策，调整产业布局、优化产业结构、提倡节能减排、鼓励发展循环经济。
硫酸工业作为一个基础行业，近年来在大型化、国产化、清洁化生产方面取得了较快发展，生产技术和装备水平大有提高，与国际先进水平的差距正在日益缩小。
我国硫酸工业在加强“三废”治理和环境保护、减少污染物排放方面做了大量工作，坚持用先进技术和设备新建装置及对老装置进行扩产改造，使硫酸企业的生产环境得到重大改观，基本改变了以前跑、冒、滴、漏频繁、生产环境差的现象，许多企业建成了花园式工厂。
现对我国硫酸工业在污染物减排方面有关三废治理的方面作一概述。
1硫酸工业污染物来源及存在问题我国硫酸装置按原料来分有硫磺制酸、硫铁矿制酸、冶炼烟气制酸、硫化氢制酸、石膏制酸和废硫酸再生制酸，硫磺制酸由于原料清洁、工艺流程简单，仅有少量SO2废气及硫磺过滤渣排放，而其它原料制酸受原料特性的限制，生产中会产生SO2废气、酸性废水和废渣。
1．1 SO2废气硫酸工业SO2废气的来源有三方面，一是最终吸收塔出来的SO2废气，从烟囱以尾气的形式排放，由于受SO2平衡转化率和SO2吸收率的限制，尾气中必定含有一定量的SO2和酸雾；二是硫铁矿和石膏制酸中原料破碎、干燥工序排放的废气，其中含有SO2和颗粒物；三是由于硫酸装置工艺设备、储罐不严密导致的跑、冒、滴、漏，以及检验取样、设备检修等过程产生的废气排放，其中含有SO2、酸雾和颗粒物。
硫酸工业SO2废气主要来源是从最终吸收塔出来的SO2废气。
对于两转两吸和一转一吸加尾气处理的硫酸装置，尾气基本上都能达标排放，但仍有少数采用一转一吸工艺(未设尾气处理装置)及部分采用两转两吸工艺的硫酸装置由于设备状态不好、管理不到位、总转化率不高而存在尾气SO2超标问题。
同时，在硫酸装置开车过程中存在尾气SO2排放超标问题。
1．2酸性废水(也称污酸)以硫铁矿、冶炼烟气、石膏和废硫酸为原料制酸时，炉气中含有大量固态和气态有害杂质，必须采用干法和湿法捕集设备进行净化处理。
湿法净化过程中会产生一定量的酸性废水需要外排，酸性废水中除了含有硫酸、亚硫酸、矿尘外，还可能含有砷、氟、铜、铅、锌、镍、镉、汞等有害杂质，容易造成环境污染，因此必须处理达标后才能排放。
酸性废水有害杂质成分与制酸原料有关，如硫铁矿制酸废水主要有害杂质是砷、氟和悬浮物；冶炼烟气制酸废水中砷、氟和重金属离子含量较高；磷石膏制酸废水中氟和悬浮物含量较高；废硫酸再生制酸废水中主要是金属氧化物或氢氧化物和悬浮物。
原先硫酸生产采用水洗净化工艺，吨酸排放污水量达到l0t左右，现在普遍采用酸洗净化工艺，从而大大减少了新鲜水用量，同时也降低了废水排放量，目前吨酸排放W(H2SO2)10％左右酸性废水约0.1 t。
但仍有一些环保要求不太严格地区的中、小型装置，以及部分靠近江、河、湖、海的硫酸装置仍采用水洗净化工艺，产生的污水仅经过简单处理后直接排放，有害物质靠水稀释达标。
部分硫铁矿制酸装置使用高砷矿，但未能很好处理，排水中砷含量超标严重。
1．3废渣硫铁矿制酸的主要固体废弃物有硫铁矿烧渣和中和渣(主要为石膏)，以前硫铁矿烧渣大多堆存处理，现在一般出售给水泥厂用作添加剂。
冶炼烟气制酸固体废弃物主要有铜滤饼、铅滤饼、砷滤饼和中和渣(石膏或含铁盐石膏)等，大型企业副产的铜滤饼、铅滤饼一般返回冶炼炉回收其中的有价金属，砷滤饼一般外售或回收三氧化二砷，因此基本没有二次污染问题；中、小型企业受技术和装备水平的限制，存在一定的砷、镉二次污染问题。
硫磺制酸生产中只排放少量硫磺过滤产出的硫磺渣，这些硫磺渣可用作硫铁矿制酸原料。
石膏制酸和废硫酸再生制酸主要固体废弃物为中和渣。
目前，国内仅有少数硫酸企业将中和渣制成建筑材料，绝大部分中和渣都用堆存的方式处理，存在二次污染问题。
2 SO2废气减排技术概述目前，我国硫酸装置尾气SO2排放面临SO2排放标准日益严格和地区SO2排放总量逐年削减两大压力，大幅度减少s0：废气排放的技术主要有两类，一是采用先进技术和高效设备及催化剂提高制酸装置转化率、吸收率从而降低尾气SO2排放量；二是采用烟气脱硫技术处理尾气减少SO2排放。
2．1制酸技术进展我国硫酸工业推广应用了两转两吸制酸工艺、中高温吸收工艺，采用了新型高效的催化剂、不锈钢转化器、塔填料、分酸器、纤维除雾器等设备，提高了硫酸装置的转化率和吸收率。
近年来，含铯催化剂也在国内得到应用(如金隆铜业、云南铜业)，使用含铯催化剂的优点一是可实现更快、更清洁地开车，以减少开车过程中SO2排放。
二是可提高转化率、降低尾气SO2浓度。
这些措施从源头上减少了SO2废气的排放。
2．2烟气脱硫技术进展国内外开发的烟气脱硫技术已有上百种，但实现工业化应用的只有十几种，这些脱硫系统主要应用于电力行业，少数应用于化工行业。
随着环保要求的日益严格，硫酸行业也开始应用烟气脱硫技术处理尾气以进一步减少SO。
的排放。
2．2．1湿式氨法我国从20世纪50年代就开始采用湿式氨法处理硫酸生产尾气，目前该工艺仍然是硫酸生产尾气最常用的脱硫技术。
根据生产过程和副产物不同，湿式氨法可分为氨一酸法、氨一亚硫酸铵法和氨一硫酸铵法等工艺，这3种工艺在国内都有应用，例如云南云天化国际、川化集团、浙江巨化、铜官山化工、云南铜业、驰宏锌锗等，副产物硫酸铵用作生产化肥、亚硫酸铵供造纸厂用。
湿式氨法最突出的优点：一是脱硫系统不会发生结垢堵塞、操作容易；二是脱硫效率高(95％以上)；三是不存在二次污染问题并且副产物有一定经济效益。
其缺点：一是脱硫剂氨的价格太高且来源受限制；二是氨易挥发，损耗较大；三是湿式氨法处理冶炼烟气时，烟气中少量的砷、铅、锌、铜等杂质最终进入产品中，影响产品质量。
近年来，国内湿式氨法脱硫技术在核心设备吸收塔的结构改进、减少氨损、提高亚硫酸铵氧化率、降低硫酸铵蒸发结晶能耗及二次蒸汽污染等方面进行了大量研究并取得进展，如云南亚太公司开发的硫酸铵负压强制循环蒸发工艺，解决了传统硫酸铵蒸发结晶工艺管路易堵塞、气体污染及不能连续生产等问题：上海弗卡斯公司开发的FCL氨法采用浓缩塔加脱硫塔模式，充分利用了135℃左右烟气废热，减少了硫酸铵蒸发结晶能耗。
2．2．2石灰/石灰石一石膏法石灰/石灰石一石膏法目前电厂和有色冶炼烟气脱硫最主要也是成本最低的技术，国内云南锡业、金隆铜业、安阳岷山冶炼等采用该工艺。
石灰/石灰石一石膏法突出的优点：一是吸收剂资源丰富、价格低廉；二是脱硫效率较高(90％左右)。
最主要的缺点是脱硫塔及管道易堵塞、副产品脱硫石膏用途受限。
近年来，石灰/石灰石一石膏法设备易结垢堵塞问题，又发展了钠碱法、双碱法。
根据吸收液再生方法不同，钠碱法可分为亚硫酸钠法、亚硫酸钠循环法和钠盐一酸分解法。
钠碱法突出的优点：一是技术成熟可靠，脱硫效率高(95％以上)；二是副产物亚硫酸钠有一定经济效益，硫酸钠属中性溶解盐可以直接排入江河。
最主要的缺点是脱硫剂强氢氧化钠或碳酸钠价格较高、设备容易腐蚀。
国外钠碱法是常用技术，但受脱硫剂价格和副产物销路影响，在国内硫酸和有色冶炼工业的应用并不多，金川集团用钠碱法处理低浓度冶炼烟气和硫酸尾气生产亚硫酸钠，宁波东方冶炼用钠碱法处理鼓风炉铜冶炼烟气生产亚硫酸钠，吉化集团400kt/a废酸再生装置尾气处理采用钠碱法，副产物硫酸钠溶液直接排放。
钠碱法最近的一大发展趋势是与氯碱装置配套，以解决高价脱硫剂氢氧化钠来源问题，如贵州安顺电厂在建一期2.4×106m3/h烟气脱硫项目即采用氯碱一硫酸钠配套技术，将氯碱装置产生的氢氧化钠脱除烟气中的SO2，副产品亚硫酸钠酸解生产元明粉，高浓度SO2气体制酸。
2．2．3双碱法双碱法(氢氧化钠或碳酸钠/氢氧化钙)是在石灰/石灰石一石膏法和钠碱法技术的结合，该工艺既有钠碱法反应速度快、脱硫效率高(95％以上)且吸收塔和管道不易结垢的优点，又有石灰/石灰石一石膏法运行费用低的优势，且副产物脱硫石膏纯度较高有一定出路。
缺点是系统复杂且操作困难、设备腐蚀严重，运行成本仍然很高。
由于双碱法未能根本解决石灰/石灰石一石膏法和钠碱法的缺陷，在硫酸和有色冶炼工业应用相对较少。
2．2．4氧化锌法我国从20世纪70年代就开始氧化锌法脱硫技术的研究，云冶锌业、融安粤桂冶炼、来宾冶炼等企业先后采用该工艺处理锌挥发窑尾气或硫酸尾气，但由于工艺不完善、吸收塔易发生结垢堵塞、脱硫效率偏低(70％～80％)、能耗高等原因，这些脱硫装置相继关停。
近年来，国内氧化锌法在解决脱硫塔堵塞、提高脱硫剂稳定性和再生后活性、脱硫产物无害化处理等方面进行了研究，如2008年来宾冶炼对“氧化锌吸收一电解废液释放工艺"进行了工业试验，试验脱硫效率达95％以上，亚硫酸锌废液电解释放率达92．3％。
目前该厂氧化锌法脱硫项目正在建设中，脱硫后的亚硫酸锌废液电解释放的SO2用于制酸。
考虑到脱硫剂氧化锌的来源及产物硫酸锌、亚硫酸锌的处理，该工艺仅适合锌冶炼厂硫酸尾气或低浓度冶炼烟气的处理。
