生成中三废的处理ppt配套的教学设计及说课稿

十九大精神进课堂

选修II

化学与技术

第一单元

走进化学工业

课题1：化工生产过程中的基本问题

第2课时 硫酸工业中的三废处理及能量利用

【学习背景】

1.十九大报告指出：生态文明是中华民族永续发展的千年大计。绿色化学是化学发展的方向，在课堂教学中体现绿色化学的思想有助于学生形成科学的和谐发展观，从小形成可持续发展的环保理念；

2.从最新的高考趋势来看，关注社会关注环境保护也是高考化学的热点问题，本节课作为学生的拓展性课程，力求有助于开拓学生视野，发展学生综合思维的能力。

【学习要点】

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。

【重点难点】

通过对硫酸工业“三废”的处理、能量的利用等的讨论，认识环境保护的重要性，培养良好的环境保护意识和能源意识，形成可持续发展的环保理念。

【学习过程】

一、硫酸在国民经济中的重要地位

硫酸是化学工业中的重要产品之一。被广泛应用于国民经济的各个部门。

大量用于化肥和农药的生产；

在有机合成工业中，硫酸用于各种磺化反应和硝化反应，生产醚、酯、有机酸、也要消耗硫酸；

在无机化学工业中，HF、H3PO4等的生产及K、Fe、Cu、Zn、Al的硫酸盐的生产等，都要消耗硫酸；

在冶金工业及国防工业中，如生产炸药；

在石油工业、染料、人造纤维、食品、电池、搪瓷、医药、机械加工工业等许多工业部门，

随着工农业生产的发展，对硫酸的需求量在逐年增长。

而自然界中却没有天然的硫酸，需要以自然界中的含硫物质原料来制硫酸，这就是硫酸工业。

硫酸工业在我国的国民经济中占据重要的地位，也是我国的基础工业。硫酸生

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产主要采用的原料有硫铁矿、硫磺、石膏及冶炼烟气等。硫磺制酸由于原料清洁，工艺流程简单，仅有少量二氧化硫废气排放，而我国广泛使用硫铁矿和冶炼烟气制取硫酸，其产量一直占全国硫酸总产量的8O%以上。

受到原料特性的限制，生产过程中会产生的大量的“三废”——【废渣、废水、废气】。主要有含未完全转化或吸收的SO2、SO3 的制酸尾气，炉气净化工序产生的污酸、污水及厂区内冲洗工艺设备、被污染地面的排出水，硫铁矿高温焙烧所产生的烧渣。上述“三废”直接排放不但对土壤、水系和大气等环境造成严重的污染，严重影响人民身体健康，而且也会危害周围农作物的生长，同时也是资源的极大浪费。因此，硫酸生产的“三废”治理对保护环境、提高资源利用率均具有十分重要的意义。

近年来，我国硫酸工业的发展取得了飞速的进步，在硫酸工业的装备水平与生产技术手段方面也得到了很好的发展，更为可喜的是，硫酸工业在节能减排的生产技术方面也有了非常大的进步与发展，为实现硫酸工业的可持续发展奠定了坚实的基础。

二、硫酸工业中的三废处理及能量利用

1、硫酸生产中能量（热能）的充分利用

任何生产过程都要消耗能量，但是很多化学反应过程常伴随有热量放出，如果能合理地回收这些能量，就可以减少原始能量的消耗，甚至可以提供生活或其他生产所需的能源。

在当今世界能源紧张的情况下，能量的综合利用显得越来越重要。

在硫酸工业中，每生产1t硫酸需消耗80——100度（kw·h）的电能，但是，硫酸生产过程中的三个反应都是放热反应，工厂里把它们叫做“废热”。每生产1t硫酸放出的反应热相当于200度（kw·h）的电能。这些废热的利用，可以向外界输出大量的能量，能大大降低生产成本

。

开动机器设备——电能

维持接触室400-500度----热能 4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2 吸热

2SO2+O2=2SO3 放热

SO3+H2O=H2SO4 放热

思考：你认为硫酸工业可以怎样合理利用能源？[来源:学

提示：（1）在沸腾炉（造气炉）旁设置蒸汽锅炉进行发电

（2）在接触室（催化反应室）中设置热交换器一方面预热反应原料气，另一方面使接触氧化到适宜温度

（3）在接触室（催化反应室）附近建造浴室，提高劳动福利或创造经济效益。

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【拓展阅读】：一般来说，在对高温废热进行回收时会利用火管或者水管废热锅使其有蒸汽产生，让蒸汽能够运用到生活当中。将中温废热通过过热器或者省煤器等等一些设备回收，并转换为过热蒸汽,使蒸汽的生产率和质量得到提高。目前国内只有少数企业回收了中温位热能;低温位热能回收的较少。硫酸生产过程的余热利用途径很多，国内外均有成熟经验，问题是如何根据生产能力不同，因地制宜地予以实施，不仅将余热作为热源，而且要根据能量的数量和质量，用以做功或发电，从而使生产工艺系统和动力系统紧密结合起来,以形成工艺-动力综合体，这样做的结果，无疑将节约大量能源，降低产品成本，从而提高经济效益。

2、硫酸生产中三废的综合利用

2-1 尾气处理和利用

硫酸厂尾气中的有害物，主要是SO2

、少量的SO3、酸雾，其组成随工艺流程、工况不同而异。近年来，由于广泛采用二转二吸等先进流程，尾气中的有害组分已基本可满足排放标准，但考虑开停车及事故排放，仍需建有尾气处理系统。

常用碱法或氨法吸收。 2-1-(1)碱法

采用各种碱液吸收尾气中的SO2，常用的碱吸收液有碳酸钠(钾)溶液，氢氧化镁溶液及石灰乳等。特点是脱除率高，工艺简单

国外普遍采用石灰乳法，其反应如下：

Ca(0H)2+SO2+H2O=CaSO3·2H2O Ca(OH)2+SO3+H2O=CaSO4·2H2O 2CaSO3·2H2O+O2=2CaSO4·2H2O 生成的亚硫酸钙和硫酸钙，经处理后回收，或经澄清分离后铺路、填沟。其突出优点是石灰来源方便，价格低廉，投资和操作费用都较低。日本由于资源缺乏，故此法应用极为广泛。我国石灰石资源丰富，该法副产品市场需求有限。

2-1-(2)氨法

常用氨一酸法。用氨水或铵盐溶液吸收SO2，多余循环液用浓硫酸进行分解，得到高浓度SO2气及硫酸铵溶液，SO2返回制酸系统，或加工成液体SO2出售，硫酸铵溶液中和后直接出售或加工成固体硫胺。反应式如下：

2NH3·H2O+SO2 ===(NH4)2SO3+H2O (NH4)2SO3+SO2+H20=2NH4HSO3

2NH4HSO3+H2SO4=(NH4)2SO4+2SO2↑+2H2O (NH4)SO3+H2SO4=(NH4)2SO4+SO2↑+H20 处理后的产品也可进一步利用：

（NH4）2SO4作化肥

； SO2可循环利用，可作它用。

氨一酸法工艺可靠，处理能力弹性大，SO2脱除率高。SO2进口浓度为0.4%～

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0.5% 时，净化后SO2出口浓度<0.01%，总吸收率达98%。尾气中的SO2经处理后返回干燥工序，基本循环利用。产品（NH4）2SO4为农业所需的化肥，在我国应用极广。但需大量消耗浓硫酸和氨。

其它方法有金属氧化物法、干法挣化法、活性炭法、离子交换树脂法等。

【拓展阅读】采用软锰矿吸收低浓度SO2。充分利用软锰矿和SO2的氧化还原性能，省去传统硫酸锰生产工艺的还原工序，既治理了环境，又降低了硫酸锰的生产成本。在软锰矿矿浆液固比为l：4，温度50℃下时，SO2浓度0.2%～3.0%范围内吸收率达90%左右。道化学公司(美国)最近与加拿大安大略省的Turbo Sonic公司合作开发SO2脱除系统，这种技术是采用比一般含水8O%～85%甲基一乙醇胺含水量少5O%的甲基二乙醇胺(MEDA)脱除SO2，所用能耗低，脱除率高，与一般的脱SO2方法比较，排放的废料大为减少。

2-2 排放液的处理和回收

硫酸厂排出液主要含As、F、Se等，其处理主要是除砷。目前国内外一般采用石灰中和法、硫化法、铁盐法、离子交换法、溶剂萃取法等。采用硫化法处理含砷废水，一级处理后砷含量降到0.05～0.50mg/L；

用离子交换法处理含砷废水，可将砷含量降至0.3mg/L 以下；试验表明，用硫酸亚铁沉淀一石灰中和一鼓风氧化法两级处理工艺，控制一、二级处理时废水的PH值分别为9．6和8～9，Fe/As摩尔比分别为1和5，可使废水中的砷含量由115mg／L 降到0．14 mg/L，若用PFS替代硫酸亚铁，可使砷含量降至0．32mg／L，其它各项指标亦符合GB8978-1996中的一级标准。

2-3 硫铁矿渣的综合利用

硫铁矿渣是硫铁矿制酸中在沸腾炉高温焙烧后的产物，主要组分Fe203

和Fe3O4、金属的硫酸盐、硅酸盐和氧化物。我国目前每年堆置的硫铁矿渣近千万吨，约占化工废渣的1/3。废渣成分一般含30%～5O%的铁及少量的铜、锌、钴等。由于产地不同，渣的成份有差异。但总的来说，具有很好的利用价值，综合回收具有重要的环境效益和经济效益。

2-3 -(1)炼铁

硫铁矿烧渣中铁含量一般较高，可用作炼铁原料。高品位硫铁矿烧渣，其铁含量高，可直接掺烧后炼铁。如： Fe2O3+3CO==2Fe+3CO2中低品位硫铁矿的烧渣中，铁含量较低，有害杂质含量较高，不符合炼铁要求，必须进行造矿。采用选矿后炼铁．过去～般将烧渣还原熔烧成磁性渣(Fe

O4)，如重油还原法、还原磁化焙烧法等，目前直接采用磁性焙烧，使排出的矿渣以磁性铁为主，再进行磁选获得精矿，此法更先进、经济。

2-3 -(2)回收有色金属

有的硫铁矿中含有多量的有色金属，其价值超过了硫的价值。氯化焙烧法综合回收是比较成熟的方法。

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氯化焙烧法分高温、中温两种。高温氯化焙烧是将烧渣与氯化(CaCl2)等均匀混台、翩成干燥球团，在回转窖或立窖内经1000～1250℃焙烧，使有色金属以氯化物形式挥发，湿法处理回收，同时获得优质球团供高炉炼铁。中温氯化法将硫铁矿渣、硫铁矿与食盐混合，使混台料含硫6%～7%及食盐4%左右，然后投入沸腾炉内，在600～650℃温度下进行氯化、硫酸化焙烧，使矿渣中有色金属由不溶物转为可溶的氯化物或硫酸盐．然后用水或稀酸把可溶性有色金属氯化物浸出并回收，除去了有色金属的氧化铁作为炼铁原料。

硫铁矿渣可分别用盐酸法和硫酸法生产铁铝净水剂和聚合羟基硫酸铁净水剂(PFS)；经还原、酸提、碱沉淀、空气氧化等可制取氧化铁黄或氧化铁红等铁系颜料；亦可大量用于建材中。

2-4 结束语

对硫酸生产中排出的三废进行综台利用，可基本实现废物资源化。某硫酸厂年产硫酸6万吨，针对硫酸生产过程中排放的钴硫精矿烧渣采用硫酸化沸腾焙烧一浆化提出—洗涤过滤一置换除铜一硫化沉钴新工艺，年产硫化钴40t，副产海绵铜60t，年增产值240万元，利润40万元，尾渣用作水泥需加剂、把低浓度二氧化硫烟气返回与焙烧炉气合并制酸，二氧化硫转化率提高3%～4%，尾气中的二氧化硫含量降至0.02%以下，每年可多生产硫酸4000余吨，年增产值120余万元，废水经处理后回用，每天减少废水排放400立方米。实现了经济、社会和环境教益的统一。

课堂互动

【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。

分析解答:三废处理方法：①尾气吸收。

②污水处理

利用不同化工生产过程中产生的污水所含的杂质不同，根据杂质的性质利用不同的化学方法进行处理。③废渣的利用。

【即学即练1】下列废物处理方法中正确的是(

)

A.化学实验中产生的二氧化硫废气可用浓硫酸吸收

B.化学实验中产生的二氧化氮废气可用烧碱溶液吸收

C.用黄铁矿作原料生产硫酸的过程中产生的废渣可用于提取燃料

D.用黄铁矿作原料生产硫酸的过程中产生的废气可用于提取漂白剂

1.BD【解析】二氧化硫在浓硫酸中的溶解度非常小，A项错误；二氧化氮可跟烧碱溶液发生化学反应2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O，B项正确；黄铁矿本来就是无机矿物质，又经过高温煅烧后，废渣的主要成分是氧化铁、二氧化硅、氧化铝等，从中提取燃料是不现实的，C项错误；硫酸生产厂的废气中含有较高浓

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度的二氧化硫气体，二氧化硫可用作漂白剂，D项正确。

【问题探究2】你认为硫酸工业可以怎样合理利用能源？

【教师点拨】硫酸工业的能量循环（理论：放热大于吸热），这些废热的利用，可以向外界输出大量的能量，能大大降低生产成本。

分析解答：（1）在沸腾炉（造气炉）旁设置蒸汽锅炉进行发电

（2）在接触室（催化反应室）中设置热交换器一方面预热反应原料气，另一方面使接触氧化到适宜温度

（3）在接触室（催化反应室）附近建造浴室，提高劳动福利或创造经济效益。

【即学即练2】接触法生产硫酸的过程中，对废气、废水、废渣、废热的处理正确的是(

) ①尾气用氨水处理

②污水用石灰乳处理

③废渣用来造水泥、炼铁

④设置废热锅炉产生蒸汽、供热或发电

A.①② B.①③④ C.①②③ D.①②③④

2.D【解析】硫酸厂尾气中含有SO2，可用氨水吸收处理；硫酸厂废水中含有硫酸可用石灰乳中和；硫酸厂废渣中含有SiO2、Fe2O3等，可用于制造水泥、炼铁；由于硫酸生产过程中三个化学反应都是放热反应，可以充分利用这些反应放出的热能来降低生产成本。

练 案

A组（课堂反馈 满分50分）

一、选择题（每小题5分，共35分）

1.工业制硫酸用硫黄作为原料产生的污染较用硫铁矿小，主要方面是( ) A.废气 B.废渣 C.废水 D.酸雨

B【解析】用硫铁矿制硫酸，废渣较多，而用硫黄作为原料，几乎没有废渣，但废气的量没有减少，也会产生废水。

2.环境污染已成为人类社会面临的重大威胁，各种污染数不胜数，下列名词与环境污染无关的是(

) ①温室效应

②赤潮

③酸雨

④光化学污染

⑤臭氧层空洞 ⑥水俣病

⑦潮汐

⑧大脖子病

A.①②

B.⑦⑧ C.⑥⑦⑧ D.②⑤⑦

B【解析】①③④⑤属于大气污染，②⑥属于水污染，潮汐是一种自然现象，大脖子病是因人体缺乏碘元素造成的，所以⑦⑧不属于环境污染。

3.工业上以硫铁矿为原料制硫酸所产生的尾气除了含有N2、O2外，还含有SO2等对环境有较大影响的有害气体。能用于测定硫酸尾气中SO2含量的是(

) A.NaOH溶液、酚酞试液 B.石灰水、石蕊试液

C.碘水、淀粉溶液 D.氨水、酚酞试液

C【解析】测定SO2含量必须要能跟SO2反应，而且可以用颜色变化来准确确定反

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应终点。A项和D项虽然能反应，但A在完全生成Na2SO3时溶液还是碱性，没变色，而D在SO2还没与氨水完全反应时就开始变色了。C项石灰水中所含溶质较少，且石蕊试液的颜色变化不明显。

4.某制药厂尾气中含少量SO2气体，一般用NaOH溶液或氨水吸收，以防污染环境。分别用0.1 mol·L－1的NaOH溶液或同浓度的氨水处理相同量的尾气，两种方法所需吸收液的体积关系是(

) A．NaOH溶液的体积大于氨水

B．NaOH溶液的体积等于氨水

C．NaOH溶液的体积小于氨水

D．无法判断

B【解析】SO2＋2NaOH===Na2SO3＋H2O，SO2＋2NH3·H2O===(NH4)2SO3＋H2O。

5.为了提高硫酸工业的综合经济效益，下列做法正确的是(

) ①对硫酸工业生产中产生的废气、废渣、废液进行综合利用

②充分利用硫酸工业生产中的“废热”

③不把硫酸厂建在人口稠密的居民区和环保要求高的地区

A．① B．②

C．③ D．①②③

选D ①建立处理“三废”措施，严格执行国家“三废”排放标准；②变“三废”为宝，实行综合利用。尽可能地利用“废气、废渣、废液、废热”，既可以提高原料的利用率，降低成本，又能减少对环境的污染。硫酸厂对环境的污染是比较严重的，不能建立在人口稠密的地区和环保要求高的地区。

6．硫酸制造业中采取以下几种措施：①改进煅烧黄铁矿的技术；②氧化二氧化硫时使用催化剂；③在氧化二氧化硫的设备中安装热交换器；④将二氧化硫进行多次循环氧化；⑤回收利用尾气中的二氧化硫。其中能减少酸雨产生的措施是(

) A．①②④⑤ B．②③④⑤

C．①②③④⑤ D．④⑤

选D 减少酸雨产生，即减少向环境中排放SO2，④和⑤能达此目的。

二、填空题（共15分）

7.(7分)石膏也可用于工业生产二氧化硫，进而生产硫酸。天然石膏的化学式为CaSO4·2H2O。将天然石膏脱水后，第2步化学反应就可制得二氧化硫。

(1)写出第1步反应的化学方程式______________________________________。

(2)在第2步化学反应中，下列原料可以使用的是(用序号填空)________。写出有关化学反应的方程式______________________________________。

①空气

②氧气

③硫酸

④焦炭

(3)在第2步化学反应中，可能会排入空气的气态污染物是________________。它(或它们)的主要危害是______________________________________。

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(1)CaSO4·2H2O=====CaSO4＋2H2O（2分）

高温(2)④（1分）2CaSO4＋C=====2CaO＋2SO2↑＋CO2↑（2分）

(3)二氧化硫和一氧化碳（1分）

二氧化硫导致酸雨，一氧化碳使人中毒（2分）

【解析】在CaSO4→SO2的变化中硫元素被还原，所以要使用还原剂(焦炭)。焦炭的氧化产物中有可能含有一氧化碳。

8.(8分)工业上以硫铁矿为原料制硫酸所产生的尾气除了含有N2，O2外，还含有SO2、微量的SO3和酸雾。为了保护环境，同时提高硫酸工业的综合经济效益，应尽可能将尾气中的SO2转化为有用的副产品。请按要求回答下列问题：

(1)将尾气通入氨水中，能发生多个反应，写出其中可能发生的两个氧化还原反应的化学方程式________________________、___________________。

(2)在尾气与氨水反应所得到的高浓度溶液中，按一定比例加入氨水或碳酸氢铵，此时溶液的温度会自行降低，并析出晶体。

①导致溶液温度降低的原因可能是____________________________________。

②析出的晶体可用于造纸工业，也可用于照相用显影液的生产。已知该结晶水合物的

相对分子质量为134，则其化学式为_____________________。

③生产中往往需要向溶液中加入适量的对苯二酚或对苯二胺等物质，其目的是

_____________________________________________________________。

8.(1)2H2SO3＋O2===2H2SO4（2分）

2(NH4)2SO3＋O2===2(NH4)2SO4或2NH4HSO3＋O2===2NH4HSO4

（2分）

(2)①反应吸热（1分）

②(NH4)2SO3·H2O（2分）

③防止亚硫酸铵被氧化

（1分）

【解析】(1)尾气中的SO2与NH3·H2O的反应：SO2＋2NH3·H2O===(NH4)SO3，当SO2继续通入则发生：(NH4)2SO3＋SO2＋H2O===2NH4HSO3。发生的氧化还原反应应是SO32－、HSO3－被氧气氧化为SO42－；(2)在尾气与氨水反应所得到的高浓度溶液中主要含NH4HSO3，加入的氨水或碳酸氢铵与NH4HSO3反应生成(NH4)2SO3。①导致溶液温度降低的原因应是反应吸热。②Mr[(NH4)2SO3]＝116，结合结晶水合物的相对分子质量134，可知结晶水合物含1分子H2O，化学式为(NH4)2SO3·H2O。③(NH4)2SO3易被氧气氧化，且对苯二酚或对苯二胺具有还原性，所以加入适量的对苯二酚或对苯二胺等物质，其目的是防止亚硫酸铵被氧化。

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B组（课后拓展）

9.已知氢氧化钙和碳酸钙在水中存在下列溶解平衡：Ca(OH)2(s) Ca2＋(aq)＋2OH－(aq)，CaCO3(s)CO32－(aq)＋Ca2＋(aq)。在火力发电厂燃烧煤的废气中往往含有SO2、O2、N2、CO2等。为了除去有害气体SO2并变废为宝，常常用粉末状的碳酸钙或熟石灰的悬浊液洗涤废气。

(1)写出上述两个反应的化学方程式：

①SO2与CaCO3悬浊液反应______________________________________；

②SO2与Ca(OH)2悬浊液反应______________________________________。

(2)试说明用熟石灰的悬浊液而不用澄清石灰水的理由___________________________。

(3)在英国进行的一项研究结果表明：高烟囱可以有效地降低地表面的SO2浓度。在上世纪的60～70年代的十年间，由发电厂排放的SO2增加了45%，但由于建造高烟囱的结果，地表面SO2浓度却降低了30%之多。请你从全球环境保护的角度，分析这种方法是否可取并简述理由： 。

1.(1)①CaCO3＋SO2===CaSO3＋CO2 ②SO2＋Ca(OH)2===CaSO3＋H2O (2)由于Ca(OH)2的溶解度太小，澄清石灰水吸收SO2的效果不好

(3)不可取，这种方法虽然能减少地表面SO2的浓度，但SO2仍然存在，污染并未消除

【解析】本题以工业尾气中SO2的处理为背景，考查了环保知识，解答问题的关键是从反应的实质入手。[来源:学#科#网]

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