硫酸有着非常广泛的用途，是生产各种硫酸盐的主要原料，是塑料、人造纤维、染料、油漆物等生产中不可缺少的原料。其中最主要用途是生产化学肥料，用于生产磷酸铵、重过磷酸钙、硫酸铵等。目前我国硫酸生产能力仅次于美国，居世界第二位。

目前我国生产硫酸多用接触法。用接触法制造硫酸的原料是多种多样的。多以硫黄、硫铁矿为原料，两者制酸的过程基本相似，但后者工序稍复杂一些。由于我国硫酸原料以硫铁矿为主，故下面重点介绍以硫铁矿为原料的制酸过程。

接触法生产的基本环节是焙烧、精制、转化、吸收四部分(图111)：

① 焙烧矿石，制备二氧化硫气体(称为炉气);

② 精制炉气，除去其中的各种杂质，如三氧化二砷、二氧化硒和矿尘等;

③ 精制后的二氧化硫气体借助于催化剂而被炉气中的过量氧气氧化为三氧化硫(即转化);

④ 用浓硫酸(983%H2SO4)吸收三氧化硫气体转化成硫酸或发烟硫酸。

含硫原料→ 焙烧→ 炉气净化→ 二氧化硫催化转化→ 吸收→硫酸

图111　硫酸生产工艺流程

一、从硫铁矿制二氧化硫炉气

(一)生产硫酸用的原料

制酸原料是指能够产生二氧化硫的含硫物质，如硫化物矿、硫黄、硫酸盐、含硫化氢的工业废气以及冶炼烟气等。硫铁矿分为普通硫铁矿和磁硫铁矿两类。自然界开采的硫铁矿都是不纯的，矿石中除FeS2外，还含有铜、锌、铅、砷、镍、钴、硒、碲等元素的硫化物和氟、钙、镁的碳酸盐与硫酸盐以及少量银、金等杂质。最常见的普通硫铁矿是黄铁矿，含硫量一般为30%～50%。含硫量在25%以下的称为贫矿。硫黄是制造硫酸使用最早而又最好的原料。天然硫黄和回收硫黄的纯度很高，可达998%以上，有害杂质的含量很少。作为生产硫酸的原料，不需要复杂的炉气净制工序，还可以省掉排渣设备，工艺流程短，生产费用低，生产中热能可合理利用，对环境污染少。

利用石油炼制过程中产生的酸性气(主要含硫化氢)和有色冶炼过程产生的含硫烟气(主要含二氧化硫)制造硫酸在我国占有较大的份额，其中酸性气制酸工艺可参见第十章第十三节酸性气制硫酸相关内容。

(二)矿石原料的预处理

对原料进行预处理的目的，是使原料的硫含量、粒度和水分分别达到一定的要求。不同的原料，需进行的预处理不同。硫精砂的粒度很细，只需干燥后便可送去焙烧，硫铁矿一般为块矿，焙烧前需要破碎和磨细。

1矿石的粉碎

首先应对矿石进行粉碎。通常粉碎分两级进行，先在颚式压碎机中粗碎，再在辊式压碎机或反击式破碎机中细碎，然后用电振动筛进行筛分。

2配料

将贫矿与富矿搭配，以使混合矿中含硫量达到工艺要求;含煤硫铁矿和普通硫铁矿搭配，混合矿含碳量应在1%以下;高砷矿与低砷矿搭配。

3干燥

沸腾焙烧硫铁矿时，为了维持正常的沸腾操作状态，要求矿粉中的水含量小于6%，因此，含水量高的矿粉在进入焙烧炉之前要进行干燥，使矿粉含水量降到6%以下。存在的主要职业病危害因素：矿石粉碎过程中会产生粉尘、噪声与振动;配料过程中有粉尘产生;在干燥过程中产生矿尘、高温与辐射热。

(三)硫铁矿的焙烧

随着流态化技术在硫酸工业中的应用，焙烧炉的发展经历了由固定型块矿炉、机械炉到现在全部使用的沸腾炉。焙烧硫铁矿的沸腾炉有直筒型、扩散型和锥床型等多种形式，我国主要采用扩散型。通过对硫铁矿焙烧制备二氧化硫气体。

硫铁矿通过焙烧，首先在大约900℃的高温下，硫铁矿受热分解为硫化亚铁和硫，然后分解产物中的硫燃烧，生成二氧化硫;硫化亚铁氧化为三氧化二铁和二氧化硫。

4FeS2+11O2 =2Fe2O3+8SO2↑

硫铁矿焙烧过程中，除上述反应外，当空气量不足、氧浓度低时，还有Fe3O4生成。在Fe3O4的催化作用下，尚能使少量SO2氧化为SO3。一般矿石中所含铜、铅、锌、钴、镉、砷、硒等的硫化物，在焙烧后有一部分成为氧化物。其中铜、锌、钴、镉的氧化物均留在矿渣中，而氧化铅、三氧化二砷及二氧化硒则部分气化，随炉气进入后续工序。硫铁矿中钙、镁的碳酸盐，分解为二氧化碳和金属氧化物;如矿石中含有氟化物，则亦会有一部分分解进入炉气中。

(四)余热的回收

硫铁矿焙烧时放出大量热量，炉气温度高达850～950℃。沸腾焙烧炉配置废热锅炉是回收余热的有效措施。

(五)炉气除尘

沸腾焙烧制得的炉气夹带的矿尘较多。通常采用旋风除尘和电除尘。存在的主要职业病危害因素：硫铁矿焙烧过程中会产生二氧化硫、三氧化硫、一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物等有害气体，同时产生大量的粉尘，其中含有氧化铁尘、三氧化二砷、氟化物、氧化硒、二氧化硅等。如果矿石含铅高，则会产生氧化铅尘(烟);如果矿石含氟高，则会产生氟化氢气体。此外，焙烧过程中产生噪声、高温与辐射热等。物料运输过程中产生粉尘与噪声。

二、炉气的精制

焙烧硫铁矿产生的SO2炉气含有一定量的有害杂质，不能直接送入转化工序，需要对炉气进行净化与干燥。其目的就是向SO2催化转化工序提供比较纯净的原料气体。

(一)炉气的成分

焙烧炉出口炉气中含有气体组分和固体悬浮物，主要是氮、氧、二氧化硫、三氧化硫、水、三氧化二砷、二氧化硒、氟化氢以及一些金属氧化物蒸气和矿尘(包括矿中的脉石、三氧化二铁、四氧化三铁、硫酸盐、铅等)。其中二氧化硫和氧为转化反应物，应尽可能不损失，氮为无害惰性气体。

(二)炉气净化方法

炉气净化，首先要清除矿尘，以免妨碍对其他杂质的去除，因此炉气出焙烧炉后需经过一系列除尘设备，这些设备虽然设置在焙烧工段，但实质上是净化的开始。

分离砷、硒、氟化合物采用湿法净化法。湿法净化又分为水洗和酸洗。用稀硫酸洗涤炉气叫“酸洗流程”，如炉气从焙烧炉出来后，直接用清水循环洗涤以代替酸洗，则叫“水洗流程”。

1砷和硒的清除

三氧化二砷和二氧化硒的饱和蒸气含量随着温度下降而显著降低。炉气冷却到30～50℃后，三氧化二砷和二氧化硒几乎全部凝结。用水或酸洗涤炉气时，一部分砷、硒氧化物被液体带走，大部分凝成固态颗粒悬浮在气相中，成为硫酸冷凝成酸雾的凝聚中心，随后在电除雾器中与酸雾一起清除。

2氟化氢的清除

气相中的HF被水或稀酸洗涤吸收并溶解。

3酸雾的形成和清除

用水或稀硫酸洗涤时，还有大量水分进入炉气。水分与三氧化硫作用，生成硫酸，其反应式为：

SO3+H2O=H2SO4

炉气冷却到100～150℃时，炉气中的绝大多数三氧化硫转变成硫酸蒸气。湿法净制时，用水或稀硫酸洗涤炉气，炉气的温度骤降，形成酸雾是不可避免的。酸雾的雾滴直径很小，很难捕集，洗涤时只有少部分(30%～50%或更少)被酸吸收，大部分要用湿式电除雾器清除。常用的湿法净化设备有空塔、填料塔、泡沫塔、文丘里洗涤器、间接冷凝器及电除雾器等。

(三)炉气的干燥

因浓硫酸具有吸湿性，通常就用它来干燥炉气。干燥过程所用的设备目前广泛采用的是填料塔。

经过净化除去杂质的湿炉气从干燥塔的底部进入，与塔顶喷淋的浓硫酸逆流接触，气相中的水分被硫酸吸收后，经捕沫器以除去气体夹带的酸沫，然后去转化工序。

吸收了水分后的干燥酸温度升高，由塔底流入淋洒式酸冷却器、温度降低后流入酸贮槽，再由泵送到塔顶喷淋。

存在的主要职业病危害因素：二氧化硫、三氧化硫、氟化氢、硫酸雾、三氧化二砷、二氧化硒以及一些金属氧化物蒸气和矿尘等。

三、二氧化硫的转化

二氧化硫炉气经过净化和干燥，消除了有害杂质，余下主要是SO2、O2和惰性气体氮。SO2和O2

在钒催化剂作用下发生氧化反应，生成三氧化硫，称为二氧化硫的催化氧化或称为二氧化硫转化。

2SO2+O2 =2SO3

二氧化硫转化工序的设备主要有转化器、换热器、鼓风机和加热炉等。存在的主要职业病危害因素：二氧化硫、三氧化硫等。

四、三氧化硫的吸收

二氧化硫转化为三氧化硫之后，气体进入吸收系统用发烟硫酸或浓硫酸吸收，制成不同规格的产品硫酸。

在硫酸生产中，多采用浓度为983%的浓硫酸来吸收三氧化硫，三氧化硫与其中的水生成硫酸。在吸收操作中，一般都是用浓硫酸循环，在循环过程中，由于硫酸生成、浓度不断提高，需要低于983%的硫酸和水来稀释，以保持吸收酸的浓度。同时，随着吸收酸量的增加，可不断排出多余部分作为成品酸。

存在的主要职业病危害因素：三氧化硫、硫酸雾、噪声等。