脱硫废渣水热浸出去硫过程热力学及试验研究

摘要

脱硫废渣中较高的硫含量阻碍了废渣的循环利用，水热浸出法可有效降低脱硫废渣中硫含量，研究脱硫废渣浸出过程热力学及废渣主要组分和硫的溶解行为对废渣资源再生利用具有重要意义。本文针对脱硫废渣水热浸出去硫反应、浸出体系中多组分溶解平衡规律及对硫浸出的影响、浸出过程中浸出液和废渣物化性质变化等问题，研究了脱硫废渣水热浸出过程的Eh-pH图变化趋势及浸出体系中组分的溶解平衡规律，并进行了脱硫废渣水热浸出去硫试验。
　　通过对Ca-S-H2O系Eh-pH图的研究表明，Ca-S-H2O系Eh-pH图分为10个稳定平衡区，标态下废渣的浸出反应可自发进行，废渣中硫可通过S2-、HS-、H2S、S、SO42-等形式去除，升高温度促进了HS-生成S2-和H2S，同时H2S、HS-和S2-更易被氧化为单质硫或直接氧化成5O42-。随着氧压增大，S2-被氧化为SO42-的趋势增大。减小组分活度，单质S更易通过氧化还原反应转变为其他离子存在形式，同时Ca(OH)2易溶解产生Ca2+。
　　脱硫废渣水热浸出体系多组分的lg[Me]-pH图表明，CaS(s)易溶解，pH＞11.4时CaS(s)会溶解生成Ca(OH)2(s)，理论上浸出去硫可行。CaSO4(s)溶解度总小于CaS(s)且难溶解，废渣被氧化则不利于硫的浸出，但控制pH＞12.3，CaSO4(s)会逐渐溶解转化为Ca(OH)2(s);Al2(SO4)3(s)易溶解，体系中Al很难与浸出液中硫形成沉淀。
　　脱硫废渣水热浸出去硫试验结果表明，浸出液pH随时间增加而上升并稳定在12左右，浸出液Ca含量很高而Al含量很低，S浓度呈上升趋势，废渣中含Al组分对硫的浸出影响不大，水热法浸出去硫具有较好的效果。浸出去硫后废渣的有效组分不发生明显改变，主要物相仍为3CaO·Al2O3、2CaO·SiO2、12CaO·7Al2O3和CaO，但水热过程有对应水合产物形成，同时废渣由整体性较好的块状分散成粒状及片状小颗粒，且提高水热处理温度可使浸出渣颗粒尺寸略有减小。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 脱硫废渣来源及性质

1．2 脱硫废渣循环利用现状及处理工艺

1．2．1 冶金厂外资源化利用

1．2．2 返回冶金过程循环利用

1．3 脱硫废渣去硫研究进展

1．3．1 高温氧化法去硫

1．3．2 水热浸出法去硫

1．4 脱硫废渣水热浸出过程热力学

1．4．2 lg[Me]T-pH图在溶解平衡中的应用

1．5 浸出体系环境及浸出渣性质的变化

1．6 本文研究内容及意义

第二章 脱硫废渣浸出去硫过程的Eh-pH图变化

2．2 Ca-S-H2O系Eh-pH图

2．2．1 标准状态下Ca-S-H2O系Eh-pH图

2．2．2 温度对Ca-S-H2O系Eh-pH图的影响

2．2．3 氧分压对Ca-S-H2O系Eh-pH图的影响

2．2．4 离子活度对Ca-S-H2O系Eh-pH图的影响

2．3 本章小结

第三章 脱硫废渣浸出过程多组分溶解平衡

3．1 固相溶解平衡热力学基本原理

3．2 废渣水热浸出体系中可能存在的物质

3．3．1 CaS(s)溶解平衡变化

3．3．2 CaSO4(s)溶解平衡变化

3．3．3 Ca(OH)2(s)溶解平衡变化

3．3．4 Al2(OS4)3(s)的溶解平衡变化

3．4 浸出体系多组分溶解平衡间的影响

3．4．2 CaS-Ca(OH)2-H2O系热力学平衡

3．4．3 CaSO4-Ca(OH)2-H2O系热力学平衡

3．5 本章小结

第四章 脱硫废渣水热浸出去硫试验

4．1 试验原料

4．2 试验设备及分析仪器

4．3 试验流程及方案

4．4 试验结果及分析

4．4．1 浸出液中硫的含量及其迁移行为

4．4．2 浸出液中主要组分浓度及pH变化规律

4．4．3 浸出液电导率等性质的变化

4．4．4 脱硫废渣水热浸出前后成分变化

4．4．5 脱硫废渣水热浸出前后物相变化

4．4．6 脱硫废渣水热浸出前后微观结构变化

4．5 本章小结

第五章 结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文