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Study on SO₂ absorptionfromwaste gases by pyrolusite slurry

<--标题EN(结束)←-->JINHui－xin¹，SHILian－jun²，LIJun－qi¹，WUFu－zhong¹，TANGDao－wen¹


(1．Department of Metallurgy Guizhou University of Technology，Guiyang 550003，China；
　　2．Technique Center of Guizhou Hongfu Industry General Company，Fuquan 550003，China)

    Abstract：The techniqueis putforward and studied thatindustry waste－gas SO₂is absorbedinthe plasma of pyrolusite on thelab．And make sure the optimal processing condition．<--摘要EN(结束)←-->
<--→关键EN(开始)-->　　Key words：pyrolusite；industry waste－gas；SO₂

<--关键EN(结束)←-->0　前　言
　　随着现代工业的快速发展，工业废气排放量也越来越大，其中SO₂对大气的污染已经危及环境的生态平衡和经济的可持续发展。国内外研究开发了许多烟气脱硫技术，美国和法国多采用抛弃法，而我国国土资源宝贵，大多采用吸收法。目前采用的“石灰乳吸收法”和“钠碱法”，其投资和运行费用高，且脱硫副产品的价格低，经济效益不明显。因此，进一步开发低成本、能回收高价值副产品的脱硫技术成为当务之急。
　　软锰矿浆是一种很好的SO₂吸收剂，近几年来，我们进行了软锰矿浆吸收SO₂废气的实验研究，“软锰矿浆吸收法”可以较好地解决SO₂废气对环境的污染问题，而且副产品硫酸锰又有较高的应用价值。该方法真正能做到“综合治理、变废为宝”。

1　反应原理
　　软锰矿中主要成分是二氧化锰，二氧化锰是强氧化剂，在酸性溶液中具有较强的氧化性，而SO₂在水溶液中具有较强的还原性，从它们的标 准电极电位分别为：

    可以看出，用软锰矿浆来吸收工业废气中SO₂，会发生比较完全的氧化还原反应。
    软锰矿浆烟气脱硫过程中发生的反应如下：


　　根据《热力学数据》手册计算得ΔG^θ＝－190kJ/mol，K^θ＝1．13×10³⁴，可以看出反应(5)不仅能自发进行，而且可进行得较完全。
　　从动力学观点来看，用软锰矿浆液来吸收工业废气中的SO₂，反应是比较容易进行的，因为整个吸收过程在气、液、固三相内进行，由于吸收塔内加入了大量的填料，可使气液接触面积增大，从而使MnO₂和SO₂的反应有较好的动力学条件。

2　实验条件及方法
    2．1　实验原料
　　烟气：利用SO₂钢瓶气和空压机在缓冲瓶内配置成一定SO₂浓度的模拟烟气。
　　软锰矿浆：将100～160目的软锰矿粉直接用清水配置而成。软锰矿取自贵州某矿山，其成分分析结果如表1。

    2．2　实验方法
　　在实验室条件下，采用小型填料吸收塔吸收SO₂烟气。

3　实验结果及分析
    3．1　各因素的影响
    3．1．1　正交试验
　　为了探索各种因素对脱硫率的影响，我们在试验室进行了大量的试验，确定液固比、鼓风量、吸收温度三个因素，各取三个水平进行正交试验。试验数据、影响因素、水平见表2。

　　从正交试验表中分析：表2中的数据反映出第一列R值最大，第二列次之，第三列最小，说明了因素A变动时，指标波动最大，因素C变动时，
指标波动最小。此时可以根据极差大小排出影响因素的主次顺序：
    主　A＞B＞C　次
　　由于SO₂的吸收试验要求吸收率越高越好，所以应挑选每个因素里Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中最大的那个水平。由此而得A1、B2、C1为应选水平。A1B2C1这一较好组合方案不在已做的9次试验之中，正好说明正交表安排的9次试验具有代表性，能够比较全面反映出三个因素水平对SO₂吸收率的影响，使之能在对实验数据进行计算分析后，从27种搭配中挑选出较好的组合方案而不会被漏掉。
    4．1．2　单因素实验
　　为了更深入了解各因素变化时对脱硫率的影响，在正交试验取得较好结果的基础上，又进行了单因素试验。
    (1)液固比的影响
　　在鼓风量和吸收温度不变的条件下，改变液 固比的实验结果如图1。

     从图1中SO₂气体的吸收率来看，液固比越大，料浆的浓度越稀，使得一定浓度H₂SO₃所能接触到的矿粉量减少，故脱硫率降低。
    (2)鼓风量的影响
　　在液固比和吸收温度不变的条件下，改变鼓风量的实验结果如图2。从图2中SO₂气体吸收率与鼓风量的关系可以看出，鼓风量增加时，吸收率有一 波峰值。说明鼓风量在300L/h时吸收率较好。

　　(3)在液固比和鼓风量不变的条件下，改变吸收温度的实验结果如图3。
　　从图3中SO₂气体吸收率与吸收温度的关系可以看出，温度由低到高变化时，吸收率有一波谷值。这是因为用软锰矿浆吸收SO₂，就物理溶解而言，温度越低越好，而就氧化还原反应来说，溶液的温度升高反应速度加快。综合这两个条件看，温度在40℃是较理想的吸收温度。

    3．2　对比实验
    3．2．1　对比实验一：验证最佳条件
　　将软锰矿吸收SO₂废气的工艺条件确定在液固比为8∶1，鼓风量为300L/h，吸收温度为40℃(即由正交表所确定的最佳工艺条件)。试验结果：SO₂吸收率为95．7％，大于正交表上的9次试验中的任意一次，因此可视为最佳工艺条件。
    3．2．2　对比实验二：不同软锰矿的影响将软锰矿浆的品位由41．68％降低到25％，工艺条件确定在液固比为8∶1，鼓风量为300L/h，吸收温度为40℃(即由正交表所确定的最佳工艺条件)。试验结果：SO₂吸收率为91．74％。由此可知，该工艺条件对于采用低品位软锰矿浆液作为吸收剂效果也很好。

4　结　论
　　(1)试验结果证明，用软锰矿浆吸收工业废气中的SO₂，在技术上是可行的，SO₂吸收率可达到90％以上。
　　(2)用软锰矿浆吸收工业废气中的SO₂方法比传统方法(如石灰—石膏法、双碱法、氨液吸收法)的社会经济效益好，副产品价值高。
    (3)本试验确定的最佳工艺参数如下：液固比为8∶1，吸收温度为40℃，鼓风量为300L/h。
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