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【技术汇】新型含镁渣环保脱硫剂的制备及其性能测试

北极星大气网  来源:《环境工程》  作者:肖勇强 高亚萍等  2019/3/11 9:03:23  我要投稿  
所属频道: 大气治理  关键词:脱硫剂 湿法脱硫 脱硫系统

北极星大气网讯:摘要:为降低脱硫剂生产成本,提高资源综合利用率,对皮江法冶镁工艺过程中产生的镁渣固体废弃物的成分、水溶液pH值、粒径分布以及中和性能进行分析,提出了基于镁渣固体废物混比的新型脱硫剂制备方法。废料成分分析实验证明: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。粒径测试发现,废料粒径在40μm以下的成分含量接近90%,粒径分布峰值在20μm以上,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。通过两种废料不同配比的水溶液pH值分析,提出除尘器废料与还原炉废料配比为7∶40可满足脱硫剂要求,并通过滴定实验和工程应用验证了其消耗亚硫酸的能力。

关键词:皮江法;还原渣;湿法脱硫;脱硫剂

0 引言

2016年国务院印发了《“十三五”生态环境保护规划的通知》,指出我国每年二氧化硫(SO2)等污染物排放量处于2000万t左右的高位,环境承载能力超过或接近上限。煤炭燃烧过程中所排放的烟气是空气中SO2和粉尘的主要来源,引发了雾霾等环境问题,严重危害到人类的健康,因此控制烟气中SO2的排放对我国节能减排大政方针的实施具有重要意义。

目前,我国二氧化硫(SO2)的控制主要以湿法脱硫工艺为主,脱硫系统主要包括吸收塔系统、烟气系统、石膏脱水系统、石灰石制备系统、公用系统、排放系统和废水处理系统,其工艺流程如下:将石灰石粉加水制成浆液作为吸收剂泵入吸收塔和喷淋装置,锅炉烟气经电除尘器除尘后,通过增压风机、降温后进入吸收塔。烟气在吸收塔内向上流动且被向下流动的循环浆液以逆流方式洗涤,再与烟气充分接触混合,烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及从塔下部鼓入的空气进行氧化反应生成硫酸钙。

湿法脱硫按脱硫剂种类,具体可以分为钙法脱硫和镁法脱硫,脱硫剂分别为氧化钙(CaO)脱硫和氧化镁(MgO),二者脱硫原理基本相同。

由于MgO价格较高,限制了其应用和推广。钙法脱硫因脱硫反应速度快、原材料成本较低,脱硫剂利用效率高,得到广泛应用。但随着我国大气污染物排放标准的严格实施,钙法脱硫剂的石灰石(CaO)在开采和烧结过程中造成严重的大气污染,随着治理雾霾力度的加大,石灰石的开采、生产限制越来越严格。石灰石的产量下降,价格在逐渐升高,传统的钙法脱硫工艺的缺点开始暴露。

随着皮江法冶镁技术在我国的推广,中国镁产量从1990年的0.58万t达到2014年的87.38万t,每生产1t原镁,约产生5.5t镁冶炼渣和粉尘(简称镁渣),镁渣产量巨大且目前未有效利用,填埋后引发土壤盐碱化给环境带来沉重负担。许多学者针对炼镁废渣的综合利用进行相关的研究,霍冀川等对镁渣配料煅烧硅酸盐水泥熟料进行研究,其研究结果表明,镁渣中的主要矿物组成为CaO,MgO,CF,C2F,FeO,CaF2等。赵爱琴对利用镁渣研制新型墙体材料进行研究,将镁渣直接磨细与一定比例的磨细矿渣混合,在复合激发剂作用下,配制胶结料生产各种新型墙体材料。

综上所述,虽然炼镁废渣的综合利用的研究已经很普遍,但是其作为脱硫剂的相关研究还较少,尤其是炼镁的还原渣(含MgO)和烟尘(含CaO)混比配成新型脱硫剂的研究尚未见报道,在我国以钙法脱硫“一统天下”的今天,钙镁法(CaO和MgO混合)脱硫更彰显其技术经济、环境和资源优势。本文研究结合对湿法脱硫工艺中脱硫剂与皮江法炼镁废渣处理的双重需求,分析了该新型环保脱硫剂的特点及其应用。

1 镁渣废料的测定与脱硫效果分析

在皮江法冶镁工艺中主要产生两种废料,分别是通过回转窑后除尘器(如图1所示)产生的过滤粉尘废料(废料A),以及还原炉(如图2所示)高温煅烧后产生的残渣(废料B)。废料A的产量较小,废料B产量较大。为了对两种废料的成分、粒径及其溶液的pH值等合理分析和了解,采用X射线衍射分析实验、酸碱中和滴定实验以及激光粒度分析等方法进行研究。

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图1除尘器外观

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图2还原炉外观

1.1皮江法冶镁废料的成分测定

本文采用美国PANalytical公司的EMPYREAN型X射线衍射分析仪对废料A进行成分及其比例的测定。经实验测定,废料A的主要成分为氧化镁(MgO)、氧化钙(CaO)、白云石和碳酸钙(CaCO3),其含量占总含量的93%,如表1所示。

表1废料A的成分 %

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废料B的主要成分主要为氧化钙(CaO)、二氧化硅(SiO2)、氧化镁(MgO)、三氧化二铁(Fe2O3)、三氧化二铝(Al2O3),如表2所示。

从废料成分分析可以看到:废料A和B中MgO、CaO等能与亚硫酸(SO2溶于水的产物)反应的成分较大,对于脱硫非常有利。

表2废料B的成分 %

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