工业含碱固体废弃物固硫性能的试验研究

摘要

煤燃烧固硫具有投资少、运行成本低、工艺简单等特点，是适合中国国情的固硫技术。目前国内常用的钙基固硫剂绝大部分采用石灰石。石灰石有来源广泛、价格便宜等优点，但各地区石灰石固硫性能差别很大，有的折算钙利用率比较低、高温固硫效果差。本文对山东省内常见的工业含碱固体废弃物的煅烧和固硫过程进行了专门研究，以便为改善煤燃烧固硫剂的性能或为寻找石灰石固硫剂的替代品提供理论指导和实践参考，同时也能部分解决固体废弃物污染环境的难题。 本人在全省范围内调查了主要工业行业(冶金、无机化工、有机化工、造纸工业等)的含碱固体废弃物产生机理和排放情况。经过对这些含碱固体废弃物的主要性质和排放情况的考察，有选择的采集了主要行业中1-2种具有代表性的且最有可能利用于煤燃烧固硫剂的工业含碱固体废弃物。作者侧重采集了碱法造纸白泥、烧结法炼铝赤泥、氨碱法碱渣白泥、生产乙炔气的电石渣、电解法生产烧碱的盐泥、发电厂粉煤灰和炉渣，并对它们的化学成分和物相组成进行了分析。为了和常用的固硫剂性能进行对比，还采集了电厂固硫用的石灰石、生石灰。 借助热分析仪法、平均硫容法、折算钙利用率法评价了工业含碱固体废弃物的固硫能力，分析比较结果表明，含碱废弃物分为5级，其中试验用废弃物中的碱渣属于1级，新鲜电石渣、风干白泥属于2级，砸碎盐泥、新鲜白泥、研磨盐泥、赤泥、风干电石渣属于4级，石灰石、生石灰、粉煤灰、炉渣属于5级。模拟烟气气氛下的试验结果表明碱渣、新鲜电石渣、风干白泥可以考虑单独作为固硫剂使用，而砸碎盐泥、新鲜白泥、研磨盐泥、赤泥、风干电石渣折算钙利用率较低，不适合单独作为固硫剂使用，可以考虑作为添加剂成分；而粉煤灰和炉渣不适合应用于煤燃烧固硫剂。 本文以高温管式炉和智能定硫仪试验为基础，借助于热天平和X射线衍射仪等分析技术，对几种废弃物及石灰石、生石灰的煅烧和固硫过程进行了专门的研究。结果表明，赤泥、电石渣、白泥固硫效果较好，盐泥、白泥、石灰石的煅烧过程中，气体产物较多，分解速率较快，这有利于改善固硫剂的孔隙结构；温度对各工业含碱固体废弃物的固硫能力影响不同，它们(碱渣、粉煤灰、炉渣除外)都是随着温度的升高，硫容增加，但是增加速率逐渐减小，它们都存在一个最佳固硫温度，试验条件下，赤泥的最佳固硫温度为800℃，碱渣、白泥、盐泥的最佳固硫温度为850℃，电石渣、生石灰最佳固硫温度为950℃；通过煅烧对固硫的影响试验，发现煅烧时间过短或过长都不利于固硫剂的固硫；增加固硫反应时间，提高烟气SO2浓度，减小粒径也都有利于提高废弃物的硫容。 本人以赤泥、电石渣、碱渣、盐泥、白泥、石灰石、生石灰为主料，采用在不同质量配比，直接混合复合的方法，经过大量的交叉试验，发现了7种固硫性能较好的复合固硫剂。1～7号复合固硫剂的硫容比单样废弃物要提高15～30％；它们的硫容都在70～99％之间，其中以石灰石、赤泥、白泥为主原料的1、2、7号复合固硫剂硫容都在90％以上。 最后作者对工业含碱固体废弃物固硫的机理进行了初步探讨。以赤泥为代表的各废弃物中含有10～13％的Fe2O3和2～4％的TiO2等，这些氧化物的存在是废弃物固硫性能要比石灰石和生石灰好的原因。其中Si-Al氧化物能与固硫产物CaSO4结合成3CaO·3Al2O3·CaSO4的新物相，且此产物可以覆盖或包裹CaSO4晶体的表面，抑制其分解，也可有效提高固硫效果；Fe2O3可以使CaSO4的分解温度有一定的提高，加快CaSO3的氧化反应。Si、Fe组分与硫酸钙晶体有着依附关系，紧密共生，并附着包裹其表面，高熔点的硅酸盐保护了生成的固硫产物。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：主要符号表

原创性声明及关于学位论文使用授权的声明

本文的主要创新点

1前言

2实验装置、试验参数的选择及试验样品

3本课题中的试验方法

4工业含碱固体废弃物固硫试验研究

5复合固硫剂的固硫性能

6全文总结及建议

附录：模拟烟气的配制方法

致谢

参考文献