用软锰矿浆吸收工业废气中SO2气体的研究
摘 要：提出了用软锰矿浆吸收法综合治理工业废气中SO2气体，并对该方法在实验室进行了试验研究，确定了试验的最佳工艺条件。
关键词：软锰矿；工业废气；SO2
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：
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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：
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根据《热力学数据》手册计算得ΔGθ＝－190kJ/mol，Kθ＝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。
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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。
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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。
3．1．2 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。
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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。
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(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。
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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。
参考文献
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