用軟錳礦漿吸收工業廢氣中SO2氣體的研究
摘 要：提出了用軟錳礦漿吸收法綜合治理工業廢氣中SO2氣體，并對該方法在實驗室進行了試驗研究，確定了試驗的最佳工藝條件。
關鍵詞：軟錳礦；工業廢氣；SO2
前 言
隨著現代工業的快速發展，工業廢氣排放量也越來越大，其中SO2對大氣的污染已經危及環境的生態平衡和經濟的可持續發展。國內外研究開發了許多煙氣脫硫技術，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”，其投資和運行費用高，且脫硫副產品的價格低，經濟效益不明顯。因此，進一步開發低成本、能回收高價值副產品的脫硫技術成為當務之急。
軟錳礦漿是一種很好的SO2吸收劑，近幾年來，我們進行了軟錳礦漿吸收SO2廢氣的實驗研究，“軟錳礦漿吸收法”可以較好地解決SO2廢氣對環境的污染問題，而且副產品硫酸錳又有較高的應用價值。該方法真正能做到“綜合治理、變廢為寶”。
1 反應原理
軟錳礦中主要成分是二氧化錳，二氧化錳是強氧化劑，在酸性溶液中具有較強的氧化性，而SO2在水溶液中具有較強的還原性，從它們的標 準電極電位分別為：
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可以看出，用軟錳礦漿來吸收工業廢氣中SO2，會發生比較完全的氧化還原反應。
軟錳礦漿煙氣脫硫過程中發生的反應如下：
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根據《熱力學數據》手冊計算得ΔGθ＝－190kJ/mol，Kθ＝1．13×1034，可以看出反應(5)不僅能自發進行，而且可進行得較完全。
從動力學觀點來看，用軟錳礦漿液來吸收工業廢氣中的SO2，反應是比較容易進行的，因為整個吸收過程在氣、液、固三相內進行，由于吸收塔內加入了大量的填料，可使氣液接觸面積增大，從而使MnO2和SO2的反應有較好的動力學條件。
2 實驗條件及方法
2．1 實驗原料
煙氣：利用SO2鋼瓶氣和空壓機在緩沖瓶內配置成一定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，其成分分析結果如表1。
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2．2 實驗方法
在實驗室條件下，采用小型填料吸收塔吸收SO2煙氣。
3 實驗結果及分析
3．1 各因素的影響
3．1．1 正交試驗
為了探索各種因素對脫硫率的影響，我們在試驗室進行了大量的試驗，確定液固比、鼓風量、吸收溫度三個因素，各取三個水平進行正交試驗。試驗數據、影響因素、水平見表2。
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從正交試驗表中分析：表2中的數據反映出第一列R值最大，第二列次之，第三列最小，說明了因素A變動時，指標波動最大，因素C變動時，
指標波動最小。此時可以根據極差大小排出影響因素的主次順序：
主 A＞B＞C 次
由于SO2的吸收試驗要求吸收率越高越好，所以應挑選每個因素里Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中最大的那個水平。由此而得A1、B2、C1為應選水平。A1B2C1這一較好組合方案不在已做的9次試驗之中，正好說明正交表安排的9次試驗具有代表性，能夠比較全面反映出三個因素水平對SO2吸收率的影響，使之能在對實驗數據進行計算分析后，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 單因素實驗
為了更深入了解各因素變化時對脫硫率的影響，在正交試驗取得較好結果的基礎上，又進行了單因素試驗。
(1)液固比的影響
在鼓風量和吸收溫度不變的條件下，改變液 固比的實驗結果如圖1。
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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)鼓風量的影響
在液固比和吸收溫度不變的條件下，改變鼓風量的實驗結果如圖2。從圖2中SO2氣體吸收率與鼓風量的關系可以看出，鼓風量增加時，吸收率有一 波峰值。說明鼓風量在300L/h時吸收率較好。
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(3)在液固比和鼓風量不變的條件下，改變吸收溫度的實驗結果如圖3。
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從圖3中SO2氣體吸收率與吸收溫度的關系可以看出，溫度由低到高變化時，吸收率有一波谷值。這是因為用軟錳礦漿吸收SO2，就物理溶解而言，溫度越低越好，而就氧化還原反應來說，溶液的溫度升高反應速度加快。綜合這兩個條件看，溫度在40℃是較理想的吸收溫度。
3．2 對比實驗
3．2．1 對比實驗一：驗證最佳條件
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)。試驗結果：SO2吸收率為95．7％，大于正交表上的9次試驗中的任意一次，因此可視為最佳工藝條件。
3．2．2 對比實驗二：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)。試驗結果：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 論
(1)試驗結果證明，用軟錳礦漿吸收工業廢氣中的SO2，在技術上是可行的，SO2吸收率可達到90％以上。
(2)用軟錳礦漿吸收工業廢氣中的SO2方法比傳統方法(如石灰—石膏法、雙堿法、氨液吸收法)的社會經濟效益好，副產品價值高。
(3)本試驗確定的最佳工藝參數如下：液固比為8∶1，吸收溫度為40℃，鼓風量為300L/h。
參考文獻
［1］三廢治理與應用［M］．北京：冶金工業出版社，1995．246－267．
［2］賈榮寶．用軟錳礦漿吸收煙道氣中SO2氣體的研究［J］．無機鹽工業，1996，(4)：10－13．
［3］黃 研，等．軟錳礦漿脫除煙氣中SO2的研究［J］．環境工程，1998，16(4)：43－46．
［4］李軍旗．工業二氧化硫廢氣治理新方法［J］．環境科學與技術，1998，(1)：33－34．
［5］馮 玲，等．煙氣脫硫技術的發展及應用現狀［J］．環境工程，1997，15(2)：19－24．
［6］Bassett H，et al．The Oxidation of sulphurous Acid［J］．Chemsol，1951．
［7］寧 平，等．冶煉廠SO2軟錳礦濕法脫硫研究［J］．環境科學，1997，18(5)：68－70．
［8］梁仁杰，等．軟錳礦漿煙氣脫硫及副產品硫酸錳的研究［J］．重慶大學學報，1994，17(5)：88－93．
［9］葛喜臣，等．用軟錳礦治理硫酸尾氣中SO2的研究及經濟評價［J］．硫酸工業，1995，(3)：29－31．
［10］符劍剛，等．軟錳礦濕法脫硫工藝的研究［J］．中國錳業，2003，21(1)：19－22．
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