脫硫尾渣中硫酸銨及錳離子的洗滌回收

徐 瑩,蘇仕軍,孫維義

(1.四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院,四川成都 610065；2.四川大學(xué)國(guó)家煙氣脫硫工程技術(shù)研究中心,四川成都 610065)

0 引言

軟錳礦漿煙氣脫硫技術(shù)具有較高的脫硫率,并且所得副產(chǎn)品電解金屬錳及碳酸錳等具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。近年來,該技術(shù)在我國(guó)逐漸引起了重視,針對(duì)該技術(shù)及其資源化利用的研究較多[1～6]。筆者所在課題組已實(shí)現(xiàn)軟錳礦漿煙氣脫硫與電解金屬錳循環(huán)工藝,脫硫過程中產(chǎn)生的吸收液中,錳離子的濃度在40 g/L左右,硫酸銨濃度高達(dá)110～120 g/L,尾渣中含有30％～35％的吸收液,如果將尾渣直接排放,不僅會(huì)污染環(huán)境,而且會(huì)浪費(fèi)大量的錳資源及銨資源。以自來水為洗滌劑,通過洗渣,盡量使尾渣中的銨、錳回收到洗滌劑中,從而減小對(duì)環(huán)境的污染。洗渣后所產(chǎn)生的廢渣也可以通過燒結(jié)替代石膏生產(chǎn)水泥,以達(dá)到充分的資源化利用[7]。本文重點(diǎn)分析不同的洗滌條件對(duì)洗渣效果的影響,并且選擇合適的洗滌比例,在保證洗出率的同時(shí),節(jié)水節(jié)能、優(yōu)化系統(tǒng)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)流程及裝置

洗渣采用間歇式逆流二級(jí)洗滌,圖1是洗渣工藝流程圖,圖2是洗渣實(shí)驗(yàn)裝置圖。

圖1 洗渣工藝流程

圖2 洗渣實(shí)驗(yàn)裝置

洗滌過程在帶蓋的聚乙烯圓柱容器中進(jìn)行,使用增力電動(dòng)攪拌器進(jìn)行攪拌,洗滌容器直徑13 cm,攪拌槳直徑11 cm,攪拌槳距容器底部1 cm。將尾渣與一次水按比例倒入洗滌容器中,攪拌洗滌后離心,產(chǎn)生回收液和一次渣,然后按比例用自來水對(duì)一次渣進(jìn)行洗滌,離心后產(chǎn)生廢渣與一次水,一次水再被用來洗滌新進(jìn)尾渣,如此循環(huán)。洗渣結(jié)束后測(cè)定回收液體積及硫酸銨、錳離子濃度,廢渣質(zhì)量、含水率及其間隙水中硫酸銨及錳離子濃度,對(duì)水平衡及銨、錳平衡進(jìn)行計(jì)算。

1.2 實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)及分析方法

溶液中Mn2+：硝酸銨氧化容量法(G B 223.4-88)；(NH4)2SO4：蒸餾—中和滴定法(HJ 537-2009)。

洗滌比例通過式(1)計(jì)算：

式中M——洗滌比例；

G1——加入的洗滌劑質(zhì)量(g)；

G2——加入的尾渣質(zhì)量(g)。

硫酸銨、錳離子的洗出率,通過式(2)計(jì)算：

式中V——洗出率(％)；

C1——洗滌后廢液中的硫酸銨、錳離子質(zhì)量(g)；

C0——洗滌前系統(tǒng)中的原始硫酸銨、錳離子質(zhì)量(g)。

洗滌過程中硫酸銨、錳離子的損失率,通過式

(3)計(jì)算：

式中Q——損失率；

C0——洗滌前進(jìn)入系統(tǒng)的原始硫酸銨、錳離子質(zhì)量(g)；

C1——洗滌后回收液中的硫酸銨、錳離子質(zhì)量(g)；

C2——洗滌后廢渣中的硫酸銨、錳離子質(zhì)量(g)；

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 洗滌時(shí)間對(duì)洗滌效果的影響

圖3 洗滌時(shí)間對(duì)洗滌效果的影響曲線

圖3是洗滌時(shí)間對(duì)洗滌效果的影響曲線圖。

由圖3可知,洗滌時(shí)間在1～2 min之間,硫酸銨及錳離子的濃度波動(dòng)較大,而2 min后濃度變化趨于穩(wěn)定,波動(dòng)小于0.2 g/L,殘留于尾渣中的吸收液與洗滌劑混合均勻。

2.2 洗渣過程中洗滌劑、硫酸銨及錳離子的平衡計(jì)算

計(jì)算不同洗滌比例條件下洗滌劑、硫酸銨及錳離子的進(jìn)出平衡,進(jìn)而求得損失率,結(jié)果見圖4。

圖4 不同洗滌比例條件下的水、硫酸銨及錳離子損失率

由圖4可以看出,洗滌過程中水的損失小于1％,硫酸銨、錳離子損失率介于6％～8％,波動(dòng)小于2％,系統(tǒng)的平衡性較好。洗滌過程存在洗滌劑、硫酸銨及錳離子的損失,主要是因?yàn)橄礈旌碗x心過程中部分礦渣、洗滌劑會(huì)粘著在容器壁上。

2.3 洗滌比例對(duì)洗出率的影響及洗滌比例的選擇

圖5表示的是不同洗滌比例條件下的硫酸銨、錳離子的洗出率。

圖5 不同洗滌比例條件下的硫酸銨、錳離子洗出率

由圖5可以看出,選擇洗滌比例在1∶2～4∶1之間,錳的洗出率為69.7％～97.7％,銨的洗出率為69.2％～97.5％。隨著洗滌比例的增高,洗出率也變高,可回收的銨、錳資源也會(huì)越多,隨著洗滌比例的增加,當(dāng)洗滌比例在1∶2～4∶3之間時(shí),洗出率增長(zhǎng)較大 ,約為 69％～91％,在 4∶3～4∶1 之間時(shí) ,洗出率的增長(zhǎng)較小,約為91％～97％。

表1表示的是不同洗滌比例條件下的系統(tǒng)中硫酸銨、錳離子濃度變化。

表1 不同洗滌比例條件下的系統(tǒng)中硫酸銨、錳離子濃度變化

由表1可以看出,隨著洗滌比例的增高,洗滌同等質(zhì)量的尾渣,耗水量會(huì)越大,洗滌后產(chǎn)出的回收液體積也越大；同時(shí)如果洗滌比例過低,小于3∶4,那么廢渣間隙水中的硫酸銨濃度大于29.3 g/L,錳離子濃度大于9.5 g/L,相應(yīng)的重金屬離子濃度也會(huì)偏高,增加了對(duì)環(huán)境的危害。

結(jié)合表1和圖5可以看出,4∶3的洗滌比例為最佳洗滌比例,這是因?yàn)橄礈毂壤秊?∶3時(shí),錳離子的洗出率為90.96％,硫酸銨的洗出率為91.85％,洗出率較高；隨著洗滌比例的增加,耗水量增多,但是洗出率增量較?。划?dāng)洗出率小于4∶3時(shí),洗出率較低,而且廢渣中的金屬離子濃度較大。

3 結(jié)論

1)洗滌時(shí)間對(duì)洗滌效果的影響不大,洗滌效果主要受洗滌比例的影響。

2)通過分析比較,4∶3的洗滌比例是最佳洗滌比例,可以在保證洗出率的基礎(chǔ)上,降低耗水、耗電量,降低對(duì)環(huán)境的危害,優(yōu)化尾渣回收工藝。

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