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利用钢厂赤泥和碱厂白泥制备烟气脱硫剂

张新玲  
【摘要】: 本课题立足于我国日益加剧的烟气SO_2污染和碱厂白泥、钢厂赤泥引起的工业废弃物污染现状,研究利用碱厂白泥和钢厂赤泥开发制备烟气脱硫剂。将白泥和赤泥烘干粉碎筛分,添加少量助剂,制成具有一定机械强度的成型脱硫剂,在固定床反应装置上进行烟气脱硫活性评价。通过考察白泥赤泥配比,助剂用量和制备方式等因素对脱硫剂脱硫性能的影响,进一步改进脱硫剂制备工艺,提高硫容;通过XRD表征对脱硫剂成分和TG表征对脱硫剂性能进行验证,从而深入研究脱硫机理,并为脱硫产物寻找用途。 对原料成分含量分析结果:所用青岛碱厂白泥含CaCO_3 53.21%;青岛钢厂赤泥含铁氧化物总量66.57%,并含部分CaCO_3 ,MgO等碱性物质,说明二者有效成分均很高,适合制备烟气脱硫剂。 依据白泥赤泥的成分和性质,以及各种助剂的作用和需要量,确定主原料含量占90%,助剂含量共占10%为宜。主原料的最佳配比为白泥:赤泥=2:1(wt%),即白泥60%,赤泥30%。主原料粉碎越细越好,粒径超过40目制备的成型脱硫剂机械强度较好,使用效果良好。助剂分别为粘结剂——高岭土5%,造孔剂——淀粉4.9%,润滑剂——石墨0.1%为宜。按照上述优选的脱硫剂成分和含量加适量水混匀,采用挤条机挤条成型,直径Ф3mm,长度为2~5cm。烘箱105℃6h烘干。马弗炉中焙烧温度400℃,脱硫效果最好。焙烧时间1~5h几乎对脱硫效果无影响。 考察了最佳脱硫剂的脱硫反应条件,结果表明:脱硫剂在较高温度下才可进行,350~600℃温域范围内,脱硫效果很好,且随温度越高脱硫效果越好;空速对脱硫效果影响也很大,600~1400 h-1空速范围内,脱硫剂在越小空速下反应脱硫效果越好;烟气中SO_2进口浓度对脱硫效果有一定影响,随SO_2含量增大,脱硫效果有增大的趋势;烟气中含水量对脱硫效果的影响也较大,含水量过多过少均对脱硫效果不利,最佳含水量为4%。烟气中含O_2量对脱硫效果也有较大影响,O_2量越多,脱硫效果越好,6%时达到最大值,继续增加O_2量对脱硫效果基本没有影响。 XRD表征表明,制备脱硫剂时,400℃焙烧使得原料中FeO、Fe_3O_4向活性Fe2O_3转变,利于脱硫反应进行;在350~600℃温域范围内,白泥脱硫剂随着反应温度升高,脱硫反应更加彻底;添加赤泥后的脱硫剂也是如此,而且赤泥的加入对脱硫反应更加有利;同一脱硫温度下(400℃),配比白泥赤泥为2:1即脱硫剂[B_6C_3]~(40)NaZ_bR-G_(400)~2的脱硫效果最好。 TG表征结果表明,在室温20~600℃之间,经白泥和赤泥混合制备的脱硫剂其质量随温度变化很小,脱硫剂受热稳定;在室温20~600℃之间,脱硫后的“废”脱硫剂,其热稳定性比脱硫前的脱硫剂还要好,可考虑填埋地基,筑路,修海坝等用途。 通过从XRD,实际、理论饱和硫容的计算比较,化学分析多个角度,确知脱硫产物中无Fe_2(SO_4)_3生成,进而推测出脱硫机理,即赤泥中铁氧化物对烟气脱硫起催化促进作用,具体的是催化氧化机理和活性中心机理。这种脱硫机理还不能完全清晰透彻,还存在一定问题需要进一步研究。 本文利用碱厂白泥和钢厂赤泥联合烟气脱硫,实验证实脱硫效果很好。本课题“以废治废”,使经济与环保共赢,在我国具有非常现实的意义。


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