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(NH_4)_2法同时脱除冶炼烟气中Hg和SO_2

熊建林  
【摘要】:近年来随着工业生产规模的发展产业结构的调整,精加工行业逐渐受到重视,但矿物的开采、冶炼、加工仍是我国工业的重要组成部分,这些传统行业与新兴产业相比具有环境的污染、资源的浪费等缺陷,日益受到社会的关注和重视。在传统的冶炼行业中,冶炼废气中重金属对人体健康危害极大,且进入人和动物体内后难以通过代谢排出,容易富集,引发引发癌症和新生儿畸形及其他各种疾病。其中,矿物冶炼产生的废气成分主要包括:二氧化硫(S02)、三氧化硫(S03)、氮氧化物(NOx)、水蒸气和铅、镉、汞等重金属。其中S02排放量大,排放浓度大约在0.05%~25%;而在锌冶炼工艺中约有52%的汞流入冶金废气中;随着矿物冶炼排入大气中的汞的主要的形态有单质形态(Hg0)、离子形态(Hg2+)和其它形态(Hgp),其中炼锌工艺是汞中Hg0排放的主要污染源,因而探索适合有色行业炉窑烟气的S02和汞(Hg0)的协同控制与资源化技术,解决冶炼行业亟待解决的污染物的去除难题,有重要的现实意义。本研究尝试了用汞蒸气管和管式气氛炉作反应器高温加热重金属化合物的方式模拟含有两种价态(Hg0、Hg2+)的含汞烟气,模拟Hg0和离子形态的汞(Hg2+)最佳条件分别为:室温下气体流量10ml/min、和加热400℃下气体流量为200ml/min,并调节烟气中各污染物的浓度(SO2与Hg0、Hg2+)与实际生产中浓度范围一致,建立实验平台;实验选用用硫化铵溶液作为吸收液实验在含有二氧化硫的冶炼烟气中吸收净化两种价态的汞气体混合的模拟烟气,重点探索研究(NH4)2S去除有色冶炼过程中S02和两种形态的汞的协同控制的最佳工艺条件,试验pH值,硫化铵溶液浓度,气体流速,反应温度条件等对吸收过程的影响。通过采用X射线光电子能谱分析(XPS)、 X射线衍射(XRD)等表征手段分析各反应产物,确定本方法的反应机理。实验研究结果表明:综合考虑去除率和经济成本,硫化铵在含有二氧化硫的冶炼烟气中去除单质汞(Hg0),在满足适合的工艺条件下(硫化铵溶液浓度为0.8mol/L,溶液pH值为6~4,反应温度为30℃),汞的最大去除率可达89.45%以上,但处理后的单质汞(Hg0)不能达到国家排放标准,需要进一步的深度脱汞处理,此时二氧化硫的去除率可超过99.99%,排放达到《铅、锌工业污染物排放标准》(GB 25466-2010);硫化铵在含有二氧化硫的冶炼烟气中脱离子形态的汞(Hg2+)的最佳工艺条件为硫化铵溶液浓度为0.8mol/L,溶液pH值为12-8和4~6,反应温度为室温(20℃),最大除汞率可达99.99%以上,处理后烟气中离子汞(Hg2+)浓度为0.45mg/m3,能够达到《锡,锑,汞工业污染物排放标准》(GB 30770-2014);硫化铵单独吸收去除二氧化硫的最佳工艺条件为硫化铵溶液浓度为0.4mol/L以上,溶液pH值为4~7,反应温度为室温(20℃),处理后的排放浓度达到国家标准。实验研究结果还得出:二氧化硫的存在对离子汞(Hg2+)的吸收去除起抑制作用;但对于单质汞(Hg0),当参与反应的二氧化硫的浓度较低时,通过对反应产物的分析证明二氧化硫参与反应与硫化铵溶液生成的单质硫(S),硫化氢气体能够促进单质汞(Hg0)氧化为离子汞(Hg2+),实验显示二氧化硫对单质汞(Hg0)的去除有一定程度的促进作用。通过X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱分析(XPS)分析硫化铵法同时去除汞和二氧化硫的产物,主要产物为HgS、(NH4)2SO4、(NH4)2S2O3和单质硫等,确立可能的反应原理,证明硫化铵法的产物是便于分离回收二次利用的,具有去除率高、节约经济成本等优点。


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