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1.2两种废料粒径测定及其脱硫效率分析
脱硫剂的粒径对脱硫效率有很大影响,Borgwardt、Ishihara、Howard、Gullett等对脱硫剂粒径的研究表明:脱硫反应最佳的孔径范围在5~20μm,当孔径>20μm时,可用于硫化反应的孔隙比表面积和孔容积会急剧减少,脱硫反应效率降低;Kramlich等发现颗粒减小到1~2μm时对硫酸化反应有益,但低于这一尺寸则反而有害,1~2μm是小颗粒尺寸的极限。
为了探明两种废料的粒径分布情况,本文采用激光粒度分布仪,对废料A、B的粒径分布进行测定。
测试结果表明:废料A、废料B粒径在40μm以下的成分含量接近90%;当废料A的粒径<40μm时,其中氧化镁的含量达到37%~39%;并且废料A、B粒径分布峰值在20μm。40μm以上仍有大量颗粒存在(图3、图4)。由于颗粒粒径在5~20μm时,镁基活性和钙基活性将大幅提高,有利于提高脱硫效率。因此在生产过程中,应根据原料的实际情况,通过研磨、风采等手段,统一原料的粒径,这样有利于脱硫反应的进行。
图3废料A的粒径分布
图4废料B的粒径分布
2 镁渣废料配比实验及分析
2.1废料混合水溶液的pH测定和配比
由于现有的湿法脱硫方式中所需水溶液的pH值应小于12,因此,获取pH值在12以下的水溶液是湿法脱硫的关键一步。
为了在实际应用中充分利用两种废料,现需测定二者之间不同配比时其溶液pH值的变化情况。实验取10g废料B与100mL蒸馏水混合,再加入不同质量的废料A充分混合,测得水溶液pH值的变化如表3所示。可见:当加入的A含量达到1.75g时,溶液的pH值达到12,此时的水溶液pH值处在较高的水平,可获得较好的脱硫效果。故本文采用A∶B=1.75∶10,也即7∶40的配比来配制新的脱硫剂。
表3 A和B混合水溶液pH值变化
由表3可以看出:废料A溶于水后呈现较强的碱性,混合水溶液加入一定比例的废料A,可使脱硫剂中和反应活性提高。
由于废料A和B的产量、溶于水的碱性以及脱硫活性存在差异,实验通过对废料A和B进行特定的混合配比7∶40制成一种新型的脱硫剂,并通过粒径控制及添加活性剂,使其水溶液pH值稳定在12以内。不仅克服了废料A产量少以及废料B活性低的缺点,而且形成了钙基和镁基共同作用的脱硫效应,可以代替传统使用的脱硫剂CaO,大大提高了脱硫效率。
2.2镁渣配比脱硫剂中和滴定实验
废料A和B的混合水溶液和硫酸反应主要的生成物包括MgSO4、CaSO4、CO2和H2O。水溶液和亚硫酸溶液反应主要的生成物包括MgSO3、CaSO3、CO2和H2O。实际脱硫过程水溶液是与亚硫酸溶液进行反应,生成MgSO3和CaSO3,进而通过曝气工艺,氧化成MgSO4和CaSO4。
若消耗相同量的水溶液,则对应消耗的硫酸溶液和亚硫酸溶液的量相同,且曝气工艺后亚硫酸溶液和硫酸溶液与废料发生反应的产物相同。考虑到亚硫酸的易挥发性,本文采用硫酸溶液与水溶液进行酸碱中和实验。
为测定已添加活性剂的两种废料水溶液消耗酸的能力,取10gA废料、10gB废料分别溶于100mL蒸馏水中,并将水溶液与1ml/L稀释硫酸溶液进行中和反应。现有工艺采用氧化钙作为脱硫剂时,中和反应后要求溶液pH=7,按此要求,两种废料中和反应后,消耗的稀硫酸量如表4所示。测试结果表明:废料A对酸溶液的中和能力明显强于废料B,相同质量废料A配制的水溶液消耗相同浓度稀硫酸几乎为废料B所配制水溶液的11倍。
表4 废料A和B分别对硫酸的消耗量
进而,将1.75gA废料和10gB废料的混合物溶于100mL蒸馏水中,中和滴定后pH值为7时,消耗的稀硫酸量如表4所示。计算可得:如按把3.5gA和20gB充分溶于200mL蒸馏水中后,可以消耗42.1mL稀硫酸,与使用10gA废料达到的脱硫效果相当。
上述实验效果在工程实际中得到验证,实际工程的脱硫塔直径4.0m,总高12m,脱硫浆液pH为12以内的条件下,中和后溶液的pH值控制在6.8,脱硫取得了较理想的效果,含硫量达到380mg/m3的烟气脱硫后降低到50mg/m3以内。
3 结论
针对皮江法冶镁废料作为脱硫剂应用的关键技术问题,对皮江法冶镁废料的特性、脱硫效果及脱硫剂配比等问题,进行了系统的实验测试和分析,提出的新型脱硫剂形成了钙基和镁基共同作用的脱硫效应,可以代替传统使用的脱硫剂,且大大提高了脱硫效率,降低了脱硫成本,实现了镁渣废料的无害化利用,具有良好的应用前景。主要结论如下:
1)从废料成分分析发现,冶镁工艺除尘器和还原炉中的废料成分能与亚硫酸进行反应,满足脱硫剂的基本要求。
2)废料粒径在40μm以下的成分含量接近90%,粒径分布峰值分别在20μm。但40μm以上仍有大量颗粒存在,研磨、风采等手段是提高脱硫反应效率的重要措施。
3)废料混合水溶液的pH测定和脱硫剂中和滴定实验表明:以除尘器废料A和还原炉废料B进行混合,以配比7∶40制成的新型脱硫剂,可较好满足脱硫剂水溶液的pH值要求,有效消耗亚硫酸成分,实现良好的脱硫效果,并得到了实际工程验证。
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