CN108176216B - 改性镁冶炼废渣用于制备湿法脱硫剂的方法 - Google Patents

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Abstract

一种改性镁冶炼废渣用于制备湿法脱硫剂的方法，所述方法是通过离子液体激冷与脉冲液相放电对炽热镁渣进行改性，获得冶炼镁渣湿法脱硫剂用于燃煤烟气中SO2的脱除。本方法简单易行、经济实用，不仅缓解了镁工业生产所带来的环境污染，达到以废治废的目的，而且降低了开采石灰石过程中给环境带来的污染，实现了对多种污染物的综合治理。

Description

改性镁冶炼废渣用于制备湿法脱硫剂的方法
技术领域
本发明涉及一种用于湿法脱硫的脱硫剂及其制备装置与方法，特别涉及一种通过离子液体激冷与脉冲液相放电改性镁渣制备脱硫剂的方法，属于燃煤污染物防治领域。
背景技术
中国作为全球最大的能源生产、消费及污染国，发电量占全球总量的四分之一以上，而燃煤发电占据了我国电力生产总量的70%左右，煤炭消费量占能源总消费的60%以上，燃煤过程中会产生SO2，其已对人体健康、生态系统、工农生产造成了严重的威胁和破坏，我国现阶段要求对燃煤机组全面实施超低排放和节能改造，其中SO2排放限值为50mg/m3，根据我国目前情况，能够用于现有湿法脱硫技术的脱硫剂为石灰石，但其在开采过程中会对环境造成较大的影响，随着我国对SO2的排放要求愈加严格，寻求良好的燃煤脱硫方法，以较低的成本来有效地控制SO2的排放仍然迫切。
随着各国轻量化工程的压力，对中国镁及镁合金制品的需求量越来越多，而镁冶炼作为一种高污染行业，由此产生的废弃镁渣会造成很多方面的污染，现阶段对镁还原渣的处理方式主要是集中的堆放或填埋，这必然会造成土壤污染和滑坡塌方等危害，由于镁渣本身含有很多的碱性物质，存在转变为脱硫剂的潜质，因此采用废弃镁渣来制备脱硫剂便可以减缓镁工业生产带来的一系列污染和燃煤电厂的大气污染，达到以废治废的目的，同时还能降低开采石灰石时对环境带来的压力，实现多种污染物综合治理，与可持续发展及节能环保的方针相契合。
发明内容
针对现有燃煤烟气湿法脱硫技术和镁冶炼过程中存在的问题，本发明利用镁冶炼过程中所产生的固态废弃物镁渣，通过离子液体激冷与脉冲液相放电实现对炽热状态下的镁渣进行改性，使其具备较高的脱硫性能，之后利用泥浆泵将所获得的冶炼镁渣湿法脱硫剂浆液输送至燃煤电厂的脱硫塔，从而实现对燃煤主要污染物SO2的脱除。
为了解决现有燃煤烟气湿法脱硫技术和镁冶炼过程中存在的问题，本发明所采取的措施，一种改性镁冶炼废渣用于制备湿法脱硫剂的方法，其特征在于：所述方法是通过离子液体激冷与脉冲液相放电对炽热镁渣进行改性，所获得的冶炼镁渣湿法脱硫剂用于燃煤烟气中SO2的脱除；
具体方法是先配置不同浓度与种类的离子液体，包括PO4 3-类离子液体、NO3 -类离子液体、MnO4 2-类离子液体、Br-类离子液体或是CrO4 -离子液体，之后将制得的离子液体投入改性装置内，通过水位感应器对离子液体投放量进行检测，当水位高度达到20cm时，利用装置内加热棒对液体进行加热，同时通过温度传感器对液相温度进行监测；当满足80℃水合温度条件后，开启电动搅拌器与脉冲电源，并从进料口处投入炽热镁渣，从而对镁渣进行离子液体激冷与脉冲液相放电改性反应，反应时间为1-2h，最终从出料口获得改性镁渣脱硫剂及其浆液。
本发明上述改性冶炼镁渣湿法脱硫剂是用于燃煤烟气中SO2的湿法脱硫，所述改性镁渣脱硫剂是用于电厂燃煤烟气中SO2的湿法脱硫；所述湿法脱硫是将所获得的改性镁渣脱硫剂及其浆液，利用泥浆泵输送至燃煤电厂中的脱硫塔，至上而下喷淋，与上升燃煤烟气中的SO2进行逆向反应，所生成主要产物为CaSO4，从而实现对SO2的脱除，其脱除率是100%。
实施上述本发明所提供的一种改性镁冶炼废渣用于制备湿法脱硫剂的方法所获得的用于燃煤烟气湿法脱硫剂，与现有用于燃煤烟气湿法脱硫剂石灰石相比，具有的优点与积极效果如下：
本方法利用离子液体激冷与脉冲液相放电对原始炽热镁渣进行改性处理，改善了镁渣的表面化学特性和孔隙结构，从而提高了其对烟气中SO2的脱除能力。
本方法是针对燃煤湿法脱硫技术的一种有效脱硫剂，与传统方法中所用的石灰石脱硫剂相比，其不仅具备制备简单、经济性高等优点，而且还缓解了镁工业生产所带来的环境污染问题，达到以废治废的目的，并降低了开采石灰石过程中给环境带来的压力，最终实现对多种污染物的综合治理。
附图说明
图1是本发明中的改性镁渣脱硫剂制备及脱硫工艺示意图。
图2是本发明中自制的镁渣改性装置示意图。
图中：1：炽热镁渣及离子液体进料口；2：改性镁渣及其浆液出料口；3：电动搅拌器；4：温度传感器；5：加热棒；6：脉冲液相放电电极；7：电源；8：接地装置；9：水位感应器。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式做出进一步的说明。
在具体实施方式中，所采用的镁渣来源于镁工业生产过程中，镁冶炼主要采用皮江法，其中还原剂为硅铁、矿化剂为萤石粉和煅烧后的白云石，按比例研磨并压制成球，在高温和高真空的条件下于还原罐中煅烧，在还原罐中氧化镁被还原成镁，并以蒸气形式逸出，冷凝在还原罐的结晶器中，由此得到粗镁，其余高温废渣以固体形式排出即为镁渣。
在具体实施方式中，所采用的改性装置，如附图2所述的结构示意图，包括用于填入炽热镁渣及离子液体的进料口1，用于排出改性镁渣及其浆液的出料口2，并且设置有电动搅拌器3、温度传感器4、加热棒5、水位感应器9以及脉冲液相放电电极6，该电极配有电源7，整个装置有相应接地设置8，这些共同构成本发明所采用的改性装置，且装置尺寸为40cm×30cm×30cm，容量为36L。
在具体实施方式中，所采用的方法是通过离子液体激冷与脉冲液相放电对炽热镁渣进行改性，获得冶炼镁渣湿法脱硫剂用于燃煤烟气中SO2的脱除；具体方法是先配置不同浓度与种类的离子液体，包括PO4 3-类离子液体（如K3PO4）或NO3 -类离子液体（如KNO3）或MnO4 2-类离子液体（如K2MnO4）或Br-类离子液体（如KBr）或CrO4 -离子液体（如KCrO4），之后将制得的离子液体投入改性装置内，通过水位感应器对离子液体投放量进行检测，当水位高度达到20cm时，利用装置内加热棒对液体进行加热，同时通过温度传感器对液相温度进行监测。当满足80℃水合温度条件后，开启电动搅拌器与脉冲电源，并从进料口处投入炽热镁渣，从而对镁渣进行离子液体激冷与脉冲液相放电改性反应，反应时间为1-2h，最终从出料口处得到用于脱除燃煤烟气中SO2的冶炼镁渣湿法脱硫剂（或者叫改性镁渣脱硫剂）及其浆液。
所获得用于燃煤烟气中SO2的改性冶炼镁渣湿法脱硫剂是用于燃煤烟气中SO2的湿法脱硫，所述湿法脱硫是将所获得的改性镁渣湿法脱硫剂及其浆液，利用泥浆泵输送至燃煤电厂中的脱硫塔，至上而下喷淋，与上升燃煤烟气中的SO2进行逆向反应，所生成主要产物为CaSO4，从而实现对SO2的脱除，其脱除率可到达100%，相比现有湿法脱硫技术，有较大提升。
下面通过具体实施例进一步说明本发明的具体实施方式。
实施例1
先将24L的去离子水加入烧杯中，添加120g K3PO4或120g KCrO4，通过增力电动搅拌器进行搅拌，并设置转速为1500rpm，搅拌15min后，获得质量浓度为0.5%的K3PO4离子液体或0.5%的KCrO4离子液体。之后将所制得的K3PO4离子液体或KCrO4离子液体通过进料口1投入改性装置内，通过水位感应器9对离子液体投放量进行检测，当水位高度达到20cm时，利用装置内加热棒5对液体进行加热，同时通过温度传感器4对液相温度进行监测。当满足80℃水合温度条件后，开启电动搅拌器3（转速设置为2000rpm）与脉冲电源7（设置为220V（AC）、75Hz），并从进料口1投入炽热镁渣（480g），从而对镁渣进行离子液体激冷与脉冲液相放电改性反应，反应时间为70min，最终从出料口处2得到用于脱除燃煤烟气中SO2的冶炼镁渣湿法脱硫剂（或者叫改性镁渣脱硫剂）及其浆液。
选用上述实施例1中制备的0.5% K3PO4或0.5% KCrO4改性镁渣脱硫剂及其浆液，在脱硫试验系统中验证其脱硫性能，脱硫系统由配气装置、脱硫反应装置和数据采集装置三部分组成，测试时，原始镁渣与改性镁渣脱硫剂测试量为10mg，且测试气氛为模拟电厂实际烟气脱硫前SO2浓度，即SO2浓度为8600mg/m3，在70min脱硫时间内，原始未改性镁渣的脱硫性能仅为24.63%；而0.5% K3PO4或0.5% KCrO4改性镁渣脱硫剂的脱硫性能为100%。这是由于通过本改性方法，PO4 3-或CrO4 -与镁渣主要成分Ca2SiO4中的SiO4 4-，结合形成络合活性离子，从而有利于炽热镁渣在冷却过程中产生更多水化活性较好的β型Ca2SiO4，进而较大改善脱硫效果；
实施例2
先将24L的去离子水加入烧杯中，添加480g KNO3或480g KBr，通过增力电动搅拌器进行搅拌，并设置转速为1500rpm，搅拌10min后，获得质量浓度为2%的KNO3离子液体或2%的KBr离子液体。之后将所制得的KNO3离子液体或KBr离子液体通过进料口1投入改性装置内，通过水位感应器9对离子液体投放量进行检测，当水位高度达到20cm时，利用装置内加热棒5对液体进行加热，同时通过温度传感器4对液相温度进行监测。当满足80℃水合温度条件后，开启电动搅拌器3（转速设置为2000rpm）与脉冲电源7（设置为220V（AC）、75Hz），并从进料口1投入炽热镁渣（480g），从而对镁渣进行离子液体激冷与脉冲液相放电改性反应，反应时间为90min，最终从出料口处2得到用于脱除燃煤烟气中SO2的冶炼镁渣湿法脱硫剂（或者叫改性镁渣脱硫剂）及其浆液。
选用上述实施例2中制备的2% KNO3或2% KBr改性镁渣脱硫剂及其浆液，在脱硫试验系统中验证其脱硫性能，脱硫系统由配气装置、脱硫反应装置和数据采集装置三部分组成，测试时，原始镁渣与改性镁渣脱硫剂测试量为10mg，且测试气氛为模拟电厂实际烟气脱硫前SO2浓度，即SO2浓度为8600mg/m3，在70min脱硫时间内，原始未改性镁渣的脱硫性能仅为24.63%；而2% KNO3或2% KBr改性镁渣脱硫剂的脱硫性能为100%。这是由于NO3 -或Br-与通过脉冲放电所产生的自由基活性物质发生反应，有利于炽热镁渣颗粒在水合过程中的分散，使其形成更小的颗粒，从而较大提高其脱硫能力。
实施例3
先将24L的去离子水加入烧杯中，添加240g K2MnO4，通过增力电动搅拌器进行搅拌，并设置转速为1500rpm，搅拌5min后，获得质量浓度为1%的K2MnO4离子液体。之后将所制得的K2MnO4离子液体通过进料口1投入改性装置内，通过水位感应器9对离子液体投放量进行检测，当水位高度达到20cm时，利用装置内加热棒5对液体进行加热，同时通过温度传感器4对液相温度进行监测。当满足80℃水合温度条件后，开启电动搅拌器3（转速设置为2000rpm）与脉冲电源7（设置为220V（AC）、75Hz），并从进料口1投入炽热镁渣（480g），从而对镁渣进行离子液体激冷与脉冲液相放电改性反应，反应时间为120min，最终从出料口处2得到用于脱除燃煤烟气中SO2的冶炼镁渣湿法脱硫剂（或者叫改性镁渣脱硫剂）及其浆液。
选用上述实施例3中制备的1% K2MnO4改性镁渣脱硫剂及其浆液，在脱硫试验系统中验证其脱硫性能，脱硫系统由配气装置、脱硫反应装置和数据采集装置三部分组成，测试时，原始镁渣与改性镁渣脱硫剂测试量为10mg，且测试气氛为模拟电厂实际烟气脱硫前SO2浓度，即SO2浓度为8600mg/m3，在70min脱硫时间内，原始未改性镁渣的脱硫性能仅为24.63%；而1% K2MnO4改性镁渣脱硫剂的脱硫性能为100%。这是由于MnO4 2-主要通过改善炽热镁渣激冷水合脱硫剂表面的孔隙结构、比表面积、孔容积等微观结构以提高改性脱硫剂的脱硫效果。其中，原始未改性镁渣的比表面积和比孔容积分别为2.229m2·g-1和0.0121cm3·g-1；而1% K2MnO4改性镁渣脱硫剂的比表面积和比孔容积分别为27.052m2·g-1和0.0785cm3·g-1。

Claims (2)

1.一种改性镁冶炼废渣用于制备湿法脱硫剂的方法，其特征在于：所述方法是通过电解质溶液激冷与高压脉冲液相放电对炽热镁渣进行改性，所获得的冶炼镁渣湿法脱硫剂用于燃煤烟气中SO2的脱除；
具体方法是先配置不同浓度与种类的电解质溶液，包括PO4 3-类溶液或NO3 -类溶液或MnO4 2-类溶液或Br-类溶液或CrO4 -溶液，之后将制得的电解质溶液投入改性装置内，通过水位感应器对溶液投放量进行检测，当水位高度达到20cm时，利用装置内加热棒对液体进行加热，同时通过温度传感器对液相温度进行监测，当满足80℃水合温度条件后，开启电动搅拌器与脉冲电源，并从进料口处投入炽热镁渣，从而对镁渣进行电解质溶液激冷与220V、AC、75Hz的高压脉冲液相放电改性反应，反应时间为1-2h，最终从出料口处得到改性镁渣脱硫剂及其浆液。
2.根据权利要求1所述的改性镁冶炼废渣用于制备湿法脱硫剂的方法，其特征在于：所述改性镁渣湿法脱硫剂用于电厂燃煤烟气中SO2的湿法脱硫，所述湿法脱硫是将所获得的改性镁渣湿法脱硫剂及其浆液，利用泥浆泵输送至燃煤电厂中的脱硫塔，至上而下喷淋，与上升燃煤烟气中的SO2进行逆向反应，所生成主要产物为CaSO4，从而实现对SO2的脱除，其脱除率是100%。
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