赤泥附液吸收烟气中的二氧化硫.pdf

第5 9 卷第4 期 2007 年11 月 有色金属 N O ．“ 1 f e l T o L k qM e a h V 0 1 ．5 9 ．N o ．4 N o v e m b e r20 07 赤泥I 泔液吸收烟气中的二氧化硫 陈云嫩，聂锦霞 江西理工大学环境与建筑工程学院，江西赣州3 4 1 0 0 0 摘要研究用赤泥附液处理含s 0 2 烟气吸收S 0 2 的过程．考察p H 、反应时间、脱硫率之间的关系。结果表明，反应时间大 约2 0 r a i n ．溶液p H i 5 ，脱硫率达到9 9 ．5 ％。赤泥附液处理含s 0 2 烟气具有脱硫率高、操作控制方便等优点，实现了以废治废。是氧 化铝生产过程中废气、废液治理的有效途径。 关键词环境工程；赤泥附液；烟气脱硫；以废治废 中国分类号X 7 5 8 ；T F 8 2 1文献标识码A文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 7 0 4 0 1 5 3 0 3 ’ 1 9 9 7 年全世界的原铝总产量约为2 4 0 0 万t ，仅 次于钢铁，居各种有色金属之首位。中国1 9 9 7 年的 原铝产量为2 0 0 万t ，居世界第4 位。目前氧化铝 的产量还不能满足铝电解的需要，以年产铝2 0 0 万t 计，需要4 0 0 万t 氧化铝，缺口量大约1 0 0 万t 。国 产氧化铝的产量正在扩大，质量正在提高之中[ 1 ] 。 然而同时带来的问题是，大量的赤泥及其附液的处 理需要大量的资金，若不处理又将造成土壤碱化、沼 泽化，污染地表及地下水源。另一方面，赤泥附液成 分主要是碱金属，与二氧化硫有很强的反应活性，同 时由于氧化铝生产的特点，外排赤泥的粒度也很小， 完全符合烟气脱硫过程的粒度要求。将赤泥与含硫 烟气，这两种原本对环境污染严重的物质，相互利 用，以废治废，对于氧化铝生产过程中治理废气、废 渣具有非常重大的意义。 l 氧化铝生产中S 0 2 烟气和赤泥附 液的污染 1 9 9 5 年全国S 0 2 的排放量达2 3 ．7 M t ，超过美 国的2 1 M t ，成为世界S 0 2 排放的第1 大国。由于 S 0 2 排放量的不断增加，不仅使大气中s 0 2 的污染 程度加剧，同时已使部分地区出现了严重的酸雨污 染，有的地区降水p H 值低于4 ．5 ，个别地区的最低 值达到2 ．8 。酸雨污染造成严重的经济损失，1 9 9 5 年约为9 5 0 亿元，占G D P 的1 ．6 ％【2 J 。 由于氧化铝提取和湿式提取液的蒸发中需要使 收穗日期2 0 0 6 0 1 1 7 作者简介陈云嫩 1 9 7 0 一 ，女，江西泰和人，剐教授。主要从事“三 废”治理等方嚼的研究。 用蒸汽，所以要使用锅炉。氧化铝工厂所消费蒸汽 量对于装备了热效率良好设备的工厂，1 t 氧化铝需 要l t 以上蒸汽，对于热效率较差的工厂，其蒸汽的 消费要高出2 ～3 倍，这样的工厂每年生产3 0 万t 的氧化铝，必须供给1 0 0 t ／h 的蒸汽【3J 。蒸汽锅炉可 通过设置脱硫装置和使用含硫量小的燃料以降低烟 气中S 0 2 的排放量。 另外，有些氧化铝厂的镓回收车间采用硫化钠 法，致使在镓回收过程中产生大量的H 2 S 废气。采 用燃烧法净化H 2 S 气体，其副产物为S 0 2 。 氧化铝的生产是将铝土矿、石灰石、煤等原料经 过一定的高温反应，用碱溶出氢氧化铝，氢氧化铝经 焙烧生产氧化铝，其废渣即为赤泥，它是一种严重的 碱性污染源。赤泥的化学组成及物相组成因铝土矿 产地和氧化铝生产方法的不同而有所不同。采用烧 结法和联合法生产氧化铝产生的赤泥C a o 含量高、 碱和铁含量较低，拜耳法产生的赤泥氧化铁、碱含量 高。因生产方法和铝土矿品位不同，每生产l t 氧化 铝大约要产生1 ．0 ～2 ．0 t 的赤泥，以霞石为原料的 烧结法厂，每生产l t 氧化铝产出的赤泥量多达5 ．5 ～7 ．5 [ 4 l ，赤泥所带附碱液，用水洗涤可转入液相。 赤泥湿法排放，每赤泥伴有3 ～4 m 3 ／t 的含碱废液， 以N a 2 0 计浓度为2 ～6 ．5 9 ／L ，各组分含量 某铝业 分公司拜耳法赤泥样品 见表1 。赤泥附液损失的 碱量约占氧化铝生产总耗量的1 6 ．5 ％。就我国目 前氧化铝生产能力计，每年外排赤泥数千万t ，外排 碱性废液数千万m 3 ，严重影响了氧化铝工业的可持 续发展。 万方数据 1 5 4 有色金属第5 9 卷 表1 赤泥附液组成 T a b l e1 C o m p o s i t i o no fw a s t e w a t e rf r o mr e dm u d 目前。国内一般采用筑坝湿法堆存处理赤泥，该 法易使大量废碱液渗透到附近农田，造成土壤碱化、 沼泽化，污染地表及地下水源。而国外氧化铝厂部 分赤泥混合浆液注人深海，多数是从赤泥堆场表面 取废液至赤泥洗涤流程的方法解决污染和回用部分 碱，但不能根本解决问题[ 5 】5 。赤泥的堆存、外排将 伴随着大量的污染物一一碱的排放，且附在赤泥当 中长久堆置，其堆存场地的防渗措施和回收措施如 何，直接关系到区域地下水的水质状况。 2 用赤泥附液处理含S 0 2 烟气的基 本原理 赤泥附液碱性很强，与二氧化硫有很强的反应 活性，同时由于氧化铝生产的特点，外排赤泥的粒度 很小，完全符合脱硫过程的粒度要求。 采用赤泥附液脱硫，是基于S 0 2 易溶于水，水 溶液呈酸性的特性，再利用废碱液的碱性将其中和。 为了避免设备管道的腐蚀，溶液始终保持微碱性，并 符合污水排放标准，p H 值控制在7 ～9 范围内。 S 0 2 与废碱液中的N a 2 C 0 3 反应，最终产物是 N a 2 S 0 3 和N a 2 S 0 4 ，这二者都能溶于水中，以溶液形 式排出。如反应式 1 ～反应式 3 所示。 S 0 2 H 2 0 H 2 S 0 3 1 H 2 S 0 3 N a 2 C 0 3 - - - J - N a 2 S 0 3 c 0 2 H 2 0 2 N a 2 0 S 0 2 - ．* - N a 2 S 0 3 3 亚硫酸水溶液与空气接触，按反应式 4 逐渐被 氧化成硫酸，硫酸与废碱液中的N a 2 C 0 3 发生中和 反应，生成硫酸钠，如反应式 5 所示。 ’ 2 H 2 S 0 3 0 2 2 H 2 S 0 4 4 H 2 S 0 4 N a 2 C 0 3 - - - N a 2 S 0 4 C 0 2 H 2 0 5 若采用的是烧结法和联合法生产氧化铝产生的 赤泥，其C a O 含量高，则C a O 与S 0 2 反应生成半水 亚硫酸钙和亚硫酸氢钙，再进一步与空气接触，逐渐 被氧化成二水硫酸钙 石膏 ，如反应式 6 ～反应式 1 0 所示。 C a O H 2 0 - - C a O H 2 6 2 C a O H 2 2 S 0 2 - - - 2 C , a S 0 3 。I ／2 H 2 0 H 2 0 7 2 C a S 0 3 。1 ／2 H 2 0 2 S 0 2 H 22 C a H S 0 3 2 8 2 C a S 0 3 。1 ／2 H 2 0 0 2 3 H 2 0 一2 C a S 0 ‘‘2 H 2 0 9 C a H S 0 3 2 0 2 2 H 2 0 一2 C a S O ‘2 H 2 0 2 S 0 2 1 0 3实验方法 以某铝业公司含N a 2 C 0 37 ．2 9 ／L 的赤泥附液 为吸收液，由于赤泥附液含固体物较多，为避免系统 堵塞而先将赤泥附液澄清。用S 0 2 发生器和空气 配制体积浓度为2 ％的S 0 2 气体，气体流量恒定。 S 0 2 气体浓度采用碘量法进行分析。达到一定浓度 的N a 2 8 0 4 通过循环泵外排，或蒸发结晶或外售。 试验装置如图1 所示。 若采用的是烧结法和联合法生产氧化铝产生的 赤泥附液吸收S 0 2 ，则同样可以使用图1 装置，不同 的是副产物为脱硫石膏 C a S O , 2 H 2 0 而不是 N a 2 S 0 4 。 1 一s 0 2 钢瓶；2 一流量计；3 一碱液循环槽；4 一喷淋塔； 5 一循环泵；6 一除雾器；7 一风机；8 一烟囱；9 一p H 计 图1 赤泥附液吸收S 0 2 试验装置 F i g ．1E x p e r i m e n t a le q u i p m e n tf o rS 0 2a d s o r p t i o n w i t hr e dm u dw a s t e w a t e r 4 试验结果与讨论 4 ．1 p H 与反应时间 溶液p H 随吸收时间的变化如图2 所示。随时 间延长，溶液p H 逐渐降低，由强碱性 p H 1 3 经 2 0 m i n 后p H 降到5 左右，最后变为强酸性 p H 2 ．5 。 4 ．2 S 0 2 出口浓度与溶液p H S 0 2 出口浓度与溶液p H 的关系如图3 所示。 S 0 2 出口浓度随溶液p H 降低而升高。当p H 5 时，S C h 出口浓度几乎为0 。当溶液p H 5 时，脱硫率为 9 9 ．5 ％，几乎为一直线。当p H 5 时，脱硫率急剧 下降。因此为得到较高的脱硫率，应该维持吸收过 程溶液p H i 5 。 冰 、 静 谨 蝥 p H 图4 脱硫率随溶液p H 值的变化 F i g ．4 E f f e c to fs o l u t i o np H0 1 1d e s u L f u r i z a t i o n 5结语 赤泥附液中含有的N a z O ，A 1 O H 3 ，C a 0 都是 烟气脱硫的脱硫剂。在赤泥附液吸收低浓度S 0 2 的操作中，只要监控N a 2 C 0 3 吸收液的p H 值，保证 p H i 5 ，就能保证烟气脱硫率达到9 9 ．5 ％，从而使烟 气达标排放。试验结果表明，赤泥附液处理含S 0 2 烟气，具有脱硫率高、操作控制方便等优点。赤泥与 含硫烟气，这两种原本对环境污染严重的物质，相互 利用以后消除对环境的污染，实现了以废治废，是氧 化铝生产过程中废气、废液治理的有效途径。 [ 1 ] 邱竹贤．世界铝工业与新技术发展趋势[ J ] ．有色冶炼，2 0 0 0 ，2 9 4 1 6 ，3 3 ． [ 2 ] 郭东明．硫氮污染防治工程技术及其应用[ M ] ．北京化学工业出版社．2 0 0 1 1 7 ． [ 3 ] 洪少贤．有色金属工业大气污染源控制手册 铜、铝冶炼篇 [ M ] ．北京中国环境科学出版社，2 0 0 0 9 5 ． [ 4 ] 杨绍文，曹耀华。李清．氧化铝生产厂赤泥的综合利用现状及进展[ J ] ．矿产保护与利用，1 9 9 9 ，6 1 0 4 6 4 9 ． [ 5 ] 张维润．电渗析处理赤泥碱性废水[ J ] ．水处理技术，1 9 9 6 ，2 2 5 2 7 1 2 7 6 ． A d s o r p t i o no fs 0 2f r o mF l u eG a sw i t hW a s t e w a t e ri nR e dM u d C H E NY u n - n e n ，N I EJ i n - x i a S c h o o l 盯E n v i r o n m e n t a la i u tA r c h i t e c t u r a lE n g i n e e r i n g ，J i a n g x iU n i v e r s i t y 、 o fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，G a n z h o u3 4 1 0 0 0 ，f i a n g x i ，C h i n a A b s t r a c t T h ea d s o r p t i o np r o c e s so fS 0 2f r o mf l u eg a sw i t hS 0 2b yw a s t e w a t e rf r o mr e dm u di si n v e s t i g a t e d ，a n dt h e r e l a t i o n s h i pa m o n gt h ep H ，r e a c t i o nt i m ea n dd e s u l f u r i z i n ge f f i c i e n c yi sd e s c r i b e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h e d e s u l f u r i z i n ge f f i c i e n c yc a nb eu pt o9 9 ．5 ％u n d e rt h ec o n d i t i o no fr e a c t i o nt i m e2 0m i n u t e sa n dp Hv a l u em o r e t h a n5 ．T h ed i s p o s a lo ff l u eg a sw i t hS 0 2b yw a s t e w a t e rf r o mr e dm u dh a sm a n ya d v a n t a g e ss u c hh i g h d e s u l f u r i z i n gr a t ea n dc o n v e n i e n to p e r a t i o n ，a n dt h ei d e a ls t a t u so fw a s t e st r e a t m e n tw i t hw a s t e si sa c h i e v e di n t h i sw a y ，i ti sa ne f f e c t i v et ot r e a tw a s t eg a sa n dw a s t e w a t e rf r o ma l u m i n ap r o d u c t i o n ． 一 K e y w o r d s e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g ；w a s t e w a t e rf r o mr e dm u d ； f l u eg a sd e s u l f u r i z a t i o n ；w a s t e 8 t r e a t m e n tw i t hw a s t e s 万方数据