CN113856430A - 基于铁锰改性赤泥的水泥窑烟气干法脱硫方法 - Google Patents

基于铁锰改性赤泥的水泥窑烟气干法脱硫方法 Download PDF

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Abstract

基于铁锰改性赤泥的水泥窑烟气干法脱硫方法属于工业烟气污染物控制技术领域。该方法在不改变赤泥碱性的基础上，通过水合法置换出赤泥中对水泥性能有不良影响的钠、钾离子，经过铁锰水合改性后制备的脱硫剂，脱硫率提高，脱硫产物分解率降低。其中乙酸锰‑赤泥改性脱硫剂，在温度为600℃，2％O2含量，脱硫率可达到93％，脱硫产物分解率为2.88％。将改性后的赤泥应用于水泥窑烟气脱硫，不仅可以进一步提高赤泥的烟气脱硫效率，降低脱硫产物的分解提高脱硫产物稳定性，同时由于改性赤泥成分与水泥生料成分相近，脱硫产物可直接参与水泥生料生产熟料的生产进程，解决了脱硫产物的二次污染问题，以废治废为赤泥资源化利用开辟新途径。

Description

基于铁锰改性赤泥的水泥窑烟气干法脱硫方法
技术领域
本发明属于工业烟气污染物控制技术领域，具体涉及一种基于铁锰改性赤泥的水泥窑烟气干法脱硫方法。
背景技术
SO2作为水泥工业的第二大大气污染物，目前水泥窑烟气SO2的脱除按脱硫过程是否加水和脱硫产物的干湿形态，烟气脱硫主要分为干法脱硫、半干法脱硫和湿法脱硫。其中干法脱硫避免了湿法脱硫带来的腐蚀、结露问题，但脱硫效率相对较低。若要得到理想的脱硫效率，无论哪种脱硫技术均需要脱硫剂作为载体。目前烟气脱硫中常用脱硫剂是石灰石-石灰脱硫剂。随着电厂脱硫对石灰石消耗量的增大，石灰石作为一种不可再生的自然资源，其过度开发现象日益严重，对生态环境造成巨大影响。且在脱硫过程中存在脱硫产物降解速度快，SO2在窑中循环往复导致假象脱硫窑体膨胀，及脱硫产物不能得到合理利用造成二次污染等问题。
赤泥是铝土矿生产氧化铝过程中产生的工业碱性废渣，pH值介于11-13之间，主要成分为二氧化硅、氧化铁、氧化铝、氧化钙、氧化钠等。赤泥因其高碱性目前并未得到合理利用，只能采用露天堆放处置。面对不容乐观的现状，赤泥的有效处置和资源化利用成为众多学者研究的方向。将赤泥制备成吸收剂用于烟气脱硫，并与水泥厂现有协同处置工艺相结合，实现赤泥多功能利用、变废为宝是本发明的主要研究方向。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于铁锰改性赤泥的水泥窑烟气干法脱硫方法，该方法同步解决了赤泥的处理、干法脱硫效率低、脱硫产物易分解且形成二次污染问题，以废治废，变废为宝，脱硫效率高，成本低，脱硫产物可随水泥生料后续生产，经济效益高，适用于工业化生产。
本发明通过如下技术方案实现：
本发明的基于铁锰改性赤泥的水泥窑烟气干法脱硫方法包括以下步骤：
(1)改性步骤：将赤泥放入烘箱，干燥12h后取出研磨至过100目筛；向烧杯中加入干燥研磨后的赤泥、乙酸锰和水，其中赤泥用量10g，乙酸锰与赤泥质量比为3：20，即乙酸锰用量为1.5g，水100ml，磁力搅拌3.5h，经离心分离后取下层沉淀物于50℃条件下干燥12h，研磨至过80目筛，制得乙酸锰-赤泥改性脱硫剂。
向烧杯中加入干燥研磨后的赤泥、二氧化锰和水，其中赤泥用量10g，二氧化锰与赤泥质量比为3：20，即二氧化锰用量为1.5g，水100ml，磁力搅拌3.5h，经离心分离后取下层沉淀物于50℃条件下干燥12h，研磨至过80目筛，制得二氧化锰-赤泥改性脱硫剂。
向烧杯中加入干燥研磨后的赤泥、铁粉和水，其中赤泥用量10g，铁粉与赤泥质量比为3：20，即铁粉用量为1.5g，水100ml，磁力搅拌3.5h，经离心分离后取下层沉淀物于50℃条件下干燥12h，研磨至过80目筛，制得铁粉-赤泥改性脱硫剂。
向烧杯中加入干燥研磨后的赤泥、氧化铁和水，其中赤泥用量10g，氧化铁与赤泥质量比为3：20，即氧化铁用量为1.5g，水100ml，磁力搅拌3.5h，经离心分离后取下层沉淀物于50℃条件下干燥12h，研磨至过80目筛，制得氧化铁-赤泥改性脱硫剂。
(2)脱硫步骤：将制备的四种改性脱硫剂及未改性处理的赤泥分别置于脱硫测试装置中测试其脱硫效率，脱硫剂用量为1g，烟气组成为SO2浓度600ppm，ω(O2)＝0-3％，N2为平衡气，气体流速为450mL/min，在室温升温至400℃，500℃，600℃，测试不同温度下出口烟气的成分及含量，计算脱硫率，表征改性脱硫剂的脱硫性能。
本发明中，改性前的赤泥在SO2浓度为600ppm，3％O2含量，脱硫率随温度的升高而提高，温度达到600℃后，脱硫率可以达到58％。在2％O2含量时，600℃时脱硫率达到最高，可达到71％，脱硫产物分解率为4.94％。经过铁锰水合改性后的制备的脱硫剂，脱硫率提高，脱硫产物分解率降低。其中赤泥用量为10g，乙酸锰用量为3.5g，水100ml，磁力搅拌3.5h制得的乙酸锰-赤泥改性脱硫剂，在2％O2含量，温度为600℃，脱硫率可达到93％，脱硫产物分解率为2.88％。
本发明的效果是：
(1)由于赤泥自身的高碱性对酸性气体SO2有较高的化学吸附能力，赤泥内铁的存在形式主要为+3价态，在脱硫过程中可实现对SO2的氧化，由此提高气体酸度，使之更易与碱性赤泥基体反应，利用不同价态的铁/锰改性赤泥的氧化能力，不需要高毒性的强氧化剂，脱硫产物更稳定且随生料生产，不产生二次污染问题，还能拥有更高的SO2脱除效率。
(2)将铁锰改性赤泥加入到设备中时无需对工厂现有设备进行改造、投资成本低、操作简单，且在脱硫的同时也解决了赤泥的处理问题，环境效益显著。
本发明的原理是：
赤泥表面的碱性物质首先对通入的SO2进行物理吸附和化学吸附，然后赤泥内分散的活性Fe2O3发挥作用，将SO2氧化为SO3，使之更容易被碱性赤泥基体表面的碱性位点所吸附，发生更紧密的化学结合，形成高价态硫酸盐，使得脱硫产物更稳定。而Fe、Mn改性赤泥则是基于赤泥自身的碱性基体对SO2吸附能力差的前提，补充赤泥内的活性氧化物质，提高赤泥基吸收剂对通入的酸性气体的氧化能力，使得在采用干法脱硫即不使用水的前提下，通过催化氧化反应将SO2氧化为SO3，从而被赤泥基碱性基体所吸收，以此达到脱除SO2的目的。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
对比例1
在烟气条件为600ppm SO2、3％O2，N2为平衡气，总气体流速为450ml/min时，将1g未改性处理赤泥粉末加入到直径为3cm的管式炉中。温度条件为400℃时，脱硫率为32％；温度条件为500℃时，脱硫率为41％；温度条件为600℃时，脱硫率为58％。
对比例2
在烟气条件为600ppm SO2，N2为平衡气，总气体流速为450ml/min，温度条件为600℃时，将1g未改性处理赤泥粉末加入到直径为3cm的管式炉中，当O2浓度为0％时，脱硫率为38％；当O2浓度为1％时，脱硫率为65％；当O2浓度为2％时，脱硫率为71％；当O2浓度为3％时，脱硫率为58％。其中600℃、2％O2浓度时，脱硫产物分解率4.94％。
实施例1
向烧杯中加入干燥研磨后的赤泥、乙酸锰和水，其中赤泥用量10g，乙酸锰与赤泥质量比为3：20，即乙酸锰用量为1.5g，水100ml，磁力搅拌3.5h，经离心分离后取下层沉淀物于50℃条件下干燥12h，研磨至过60目筛，制得乙酸锰-赤泥改性脱硫剂。取1g乙酸锰-赤泥粉末加入到直径为3cm的管式炉中，在烟气条件为600ppm SO2、2％O2，N2为平衡气，总气体流速为450ml/min，温度条件为600℃时，测得脱硫率为90％，脱硫产物分解率3.25％。
实施例2
向烧杯中加入干燥研磨后的赤泥、二氧化锰和水，其中赤泥用量10g，二氧化锰与赤泥质量比为3：20，即二氧化锰用量为1.5g，水100ml，磁力搅拌3.5h，经离心分离后取下层沉淀物于50℃条件下干燥12h，研磨至过60目筛，制得二氧化锰-赤泥改性脱硫剂。取1g二氧化锰-赤泥粉末加入到直径为3cm的管式炉中，在烟气条件为600ppm SO2、2％O2，N2为平衡气，总气体流速为450ml/min，温度条件为600℃时，测得脱硫率为93％，脱硫产物分解率2.88％。
实施例3
向烧杯中加入干燥研磨后的赤泥、铁粉和水，其中赤泥用量10g，铁粉与赤泥质量比为3：20，即铁粉用量为1.5g，水100ml，磁力搅拌3.5h，经离心分离后取下层沉淀物于50℃条件下干燥12h，研磨至过60目筛，制得铁粉-赤泥改性脱硫剂。取1g铁粉-赤泥粉末加入到直径为3cm的管式炉中，在烟气条件为600ppm SO2、2％O2，N2为平衡气，总气体流速为450ml/min，温度条件为600℃时，测得脱硫率为83％，脱硫产物分解率1.76％。
实施例4
向烧杯中加入干燥研磨后的赤泥、氧化铁和水，其中赤泥用量10g，氧化铁与赤泥质量比为3：20，即氧化铁用量为1.5g，水100ml，磁力搅拌3.5h，经离心分离后取下层沉淀物于50℃条件下干燥12h，研磨至过60目筛，制得氧化铁-赤泥改性脱硫剂。取1g氧化铁-赤泥粉末加入到直径为3cm的管式炉中，在烟气条件为600ppm SO2、2％O2，N2为平衡气，总气体流速为450ml/min，温度条件为600℃时，测得脱硫率为87％，脱硫产物分解率2.28％。

Claims (2)

1.一种基于铁锰改性赤泥的水泥窑烟气干法脱硫剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将赤泥放入烘箱，干燥12h后取出研磨至过100目筛；
向烧杯中加入干燥研磨后的赤泥、乙酸锰和水，其中赤泥用量10g，乙酸锰与赤泥质量比为3：20，即乙酸锰用量为1.5g，水100ml，磁力搅拌3.5h，经离心分离后取下层沉淀物于50℃条件下干燥12h，研磨至过80目筛，制得乙酸锰-赤泥改性脱硫剂；
或者向烧杯中加入干燥研磨后的赤泥、二氧化锰和水，其中赤泥用量10g，二氧化锰与赤泥质量比为3：20，即二氧化锰用量为1.5g，水100ml，磁力搅拌3.5h，经离心分离后取下层沉淀物于50℃条件下干燥12h，研磨至过80目筛，制得二氧化锰-赤泥改性脱硫剂；
或者向烧杯中加入干燥研磨后的赤泥、铁粉和水，其中赤泥用量10g，铁粉与赤泥质量比为3：20，即铁粉用量为1.5g，水100ml，磁力搅拌3.5h，经离心分离后取下层沉淀物于50℃条件下干燥12h，研磨至过80目筛，制得铁粉-赤泥改性脱硫剂；
或者向烧杯中加入干燥研磨后的赤泥、氧化铁和水，其中赤泥用量10g，氧化铁与赤泥质量比为3：20，即氧化铁用量为1.5g，水100ml，磁力搅拌3.5h，经离心分离后取下层沉淀物于50℃条件下干燥12h，研磨至过80目筛，制得氧化铁-赤泥改性脱硫剂。
2.应用如权利要求1所述方法所制备的脱硫剂的应用，其特征在于：将制备的四种改性脱硫剂之一和未改性处理的赤泥分别置于脱硫测试装置中测试其脱硫效率，脱硫剂用量为1g，烟气组成为SO2浓度600ppm，ω(O2)＝0-3％，N2为平衡气，气体流速为450mL/min，从室温升温至400℃-600℃，测试不同温度下出口烟气的成分及含量，计算脱硫率，表征改性脱硫剂的脱硫性能。
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