摘　要：提出了用軟錳礦漿吸收法綜合治理工業(yè)廢氣中SO2氣體，并對該方法在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了試驗(yàn)研究，確定了試驗(yàn)的最佳工藝條件。

關(guān)鍵詞：軟錳礦；工業(yè)廢氣；SO₂

前　言

隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，工業(yè)廢氣排放量也越來越大，其中SO2對大氣的污染已經(jīng)危及環(huán)境的生態(tài)平衡和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。國內(nèi)外研究開發(fā)了許多煙氣脫硫技術(shù)，美國和法國多采用拋棄法，而我國國土資源寶貴，大多采用吸收法。目前采用的“石灰乳吸收法”和“鈉堿法”，其投資和運(yùn)行費(fèi)用高，且脫硫副產(chǎn)品的價格低，經(jīng)濟(jì)效益不明顯。因此，進(jìn)一步開發(fā)低成本、能回收高價值副產(chǎn)品的脫硫技術(shù)成為當(dāng)務(wù)之急。

軟錳礦漿是一種很好的SO2吸收劑，近幾年來，我們進(jìn)行了軟錳礦漿吸收SO2廢氣的實(shí)驗(yàn)研究，“軟錳礦漿吸收法”可以較好地解決SO2廢氣對環(huán)境的污染問題，而且副產(chǎn)品硫酸錳又有較高的應(yīng)用價值。該方法真正能做到“綜合治理、變廢為寶”。

1　反應(yīng)原理

軟錳礦中主要成分是二氧化錳，二氧化錳是強(qiáng)氧化劑，在酸性溶液中具有較強(qiáng)的氧化性，而SO2在水溶液中具有較強(qiáng)的還原性，從它們的標(biāo) 準(zhǔn)電極電位分別為：

可以看出，用軟錳礦漿來吸收工業(yè)廢氣中SO2，會發(fā)生比較完全的氧化還原反應(yīng)。

軟錳礦漿煙氣脫硫過程中發(fā)生的反應(yīng)如下：

根據(jù)《熱力學(xué)數(shù)據(jù)》手冊計算得ΔGθ＝－190kJ/mol，Kθ＝1．13×1034，可以看出反應(yīng)(5)不僅能自發(fā)進(jìn)行，而且可進(jìn)行得較完全。

從動力學(xué)觀點(diǎn)來看，用軟錳礦漿液來吸收工業(yè)廢氣中的SO2，反應(yīng)是比較容易進(jìn)行的，因?yàn)檎麄€吸收過程在氣、液、固三相內(nèi)進(jìn)行，由于吸收塔內(nèi)加入了大量的填料，可使氣液接觸面積增大，從而使MnO2和SO2的反應(yīng)有較好的動力學(xué)條件。

2　實(shí)驗(yàn)條件及方法

2．1　實(shí)驗(yàn)原料

煙氣：利用SO2鋼瓶氣和空壓機(jī)在緩沖瓶內(nèi)配置成一定SO2濃度的模擬煙氣。

軟錳礦漿：將100～160目的軟錳礦粉直接用清水配置而成。軟錳礦取自貴州某礦山，其成分分析結(jié)果如表1。

2．2　實(shí)驗(yàn)方法

在實(shí)驗(yàn)室條件下，采用小型填料吸收塔吸收SO2煙氣。

3　實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

3．1　各因素的影響

3．1．1　正交試驗(yàn)

為了探索各種因素對脫硫率的影響，我們在試驗(yàn)室進(jìn)行了大量的試驗(yàn)，確定液固比、鼓風(fēng)量、吸收溫度三個因素，各取三個水平進(jìn)行正交試驗(yàn)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)、影響因素、水平見表2。

從正交試驗(yàn)表中分析：表2中的數(shù)據(jù)反映出第一列R值最大，第二列次之，第三列最小，說明了因素A變動時，指標(biāo)波動最大，因素C變動時，

指標(biāo)波動最小。此時可以根據(jù)極差大小排出影響因素的主次順序：

主　A＞B＞C　次

由于SO2的吸收試驗(yàn)要求吸收率越高越好，所以應(yīng)挑選每個因素里Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中最大的那個水平。由此而得A1、B2、C1為應(yīng)選水平。A1B2C1這一較好組合方案不在已做的9次試驗(yàn)之中，正好說明正交表安排的9次試驗(yàn)具有代表性，能夠比較全面反映出三個因素水平對SO2吸收率的影響，使之能在對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計算分析后，從27種搭配中挑選出較好的組合方案而不會被漏掉。

3．1．2　單因素實(shí)驗(yàn)

為了更深入了解各因素變化時對脫硫率的影響，在正交試驗(yàn)取得較好結(jié)果的基礎(chǔ)上，又進(jìn)行了單因素試驗(yàn)。

(1)液固比的影響

在鼓風(fēng)量和吸收溫度不變的條件下，改變液 固比的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1。

從圖1中SO2氣體的吸收率來看，液固比越大，料漿的濃度越稀，使得一定濃度H2SO3所能接觸到的礦粉量減少，故脫硫率降低。

(2)鼓風(fēng)量的影響

在液固比和吸收溫度不變的條件下，改變鼓風(fēng)量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2。從圖2中SO2氣體吸收率與鼓風(fēng)量的關(guān)系可以看出，鼓風(fēng)量增加時，吸收率有一 波峰值。說明鼓風(fēng)量在300L/h時吸收率較好。

(3)在液固比和鼓風(fēng)量不變的條件下，改變吸收溫度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3。

從圖3中SO2氣體吸收率與吸收溫度的關(guān)系可以看出，溫度由低到高變化時，吸收率有一波谷值。這是因?yàn)橛密涘i礦漿吸收SO2，就物理溶解而言，溫度越低越好，而就氧化還原反應(yīng)來說，溶液的溫度升高反應(yīng)速度加快。綜合這兩個條件看，溫度在40℃是較理想的吸收溫度。

3．2　對比實(shí)驗(yàn)

3．2．1　對比實(shí)驗(yàn)一：驗(yàn)證最佳條件

將軟錳礦吸收SO2廢氣的工藝條件確定在液固比為8∶1，鼓風(fēng)量為300L/h，吸收溫度為40℃(即由正交表所確定的最佳工藝條件)。試驗(yàn)結(jié)果：SO2吸收率為95．7％，大于正交表上的9次試驗(yàn)中的任意一次，因此可視為最佳工藝條件。

3．2．2　對比實(shí)驗(yàn)二：不同軟錳礦的影響

將軟錳礦漿的品位由41．68％降低到25％，工藝條件確定在液固比為8∶1，鼓風(fēng)量為300L/h，吸收溫度為40℃(即由正交表所確定的最佳工藝條件)。試驗(yàn)結(jié)果：SO2吸收率為91．74％。由此可知，該工藝條件對于采用低品位軟錳礦漿液作為吸收劑效果也很好。

4　結(jié)　論

(1)試驗(yàn)結(jié)果證明，用軟錳礦漿吸收工業(yè)廢氣中的SO2，在技術(shù)上是可行的，SO2吸收率可達(dá)到90％以上。

(2)用軟錳礦漿吸收工業(yè)廢氣中的SO2方法比傳統(tǒng)方法(如石灰—石膏法、雙堿法、氨液吸收法)的社會經(jīng)濟(jì)效益好，副產(chǎn)品價值高。

(3)本試驗(yàn)確定的最佳工藝參數(shù)如下：液固比為8∶1，吸收溫度為40℃，鼓風(fēng)量為300L/h。

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