电石渣焙烧制备活性氧化钙及粒级影响规律

电石渣→氧化钙→电石的循环利用,是实现电石渣钙质资源循环回用的有效途径,但由于电石渣组成复杂、提纯困难,目前仍难以实现大规模制备活性氧化钙循环利用。系统考察了电石渣焙烧过程的物相形貌变化,研究了不同粒径范围的电石渣成分组成差异,通过研究电石渣粒度特征及各粒级电石渣的焙烧特性,确定颗粒分级对电石渣制备活性氧化钙性能的影响。结果表明:电石渣中杂质集中在<45μm及>180μm颗粒中,酸不溶物、Fe、C等主要集中在150μm以上颗粒中;焙烧过程中,钙质组分在350~460℃、550~720℃两阶段逐渐转化为氧化钙,大部分碳质杂质颗粒能在800℃以下完成分解,影响制备活性氧化钙产品性能;活性氧化钙的抗压强度主要受颗粒粒度影响,活性度受粒径、成分共同影响,细颗粒会填补压制过程中颗粒间间隙,提高强度但阻碍水分渗透,粗颗粒中杂质过多难以分解且分解形成大型孔道,影响产品强度、活性,45~106μm较适宜制备活性氧化钙,活性度达411 mL(以4 mol/L标准盐酸计),抗压强度达2.46 MPa。上述研究可为电石渣循环回用提供借鉴。

湿法磷酸半水工艺考察与石膏结晶过程研究

湿法磷酸半水工艺可生产高浓度磷酸[w(P_(2)O_(5))>40%(质量)],但在半水反应阶段磷矿易发生钝化,半水石膏结晶粒径小,造成工艺后端过滤困难,磷回收率降低。以湖北典型中低品位磷矿为原料,系统考察了半水工艺中SO^(2)_(4−)浓度、磷酸浓度、反应温度等条件对半水石膏结晶物相、形貌及粒径的影响规律,分析了优化条件下石膏杂质赋存与含量变化。结果表明,半水反应中液相硫酸、磷酸浓度会引起半水石膏物相、形貌、粒径变化,磷硫浓度提高会导致石膏晶体形貌由柱状变化为棒状、片状,粒径从70μm减小到10μm。优化工艺条件下,半水石膏较原工艺石膏P_(2)O_(5)含量降低至1.39%(质量),磷的主要存在形式为难溶性磷酸盐,同时F含量降低至0.44%(质量),其以CaF2、AlF3等难溶物形式存在于石膏,其他杂质含量均有所降低。本研究可为半水工艺生产过程参数优化及半水石膏品质提升提供参考。

电石渣旋流分离制备脱硫剂及副产石膏研究

电石渣是电石法生产乙炔过程产生的固体废渣,是替代石灰石制备低碳脱硫剂的良好原料,但应用过程存在杂质含量高、粗颗粒难以分离等问题。针对以上问题,可采用多级旋流杂质分离法分离电石渣中的杂质和大颗粒组分,在优化条件下电石渣旋流分离效率可达93.97%。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线荧光光谱仪(XRF)、X射线光电子能谱仪(XPS)等对电石渣的形貌、组成和物相进行表征,系统分析电石渣旋流前后组成、粒度变化,并对电石渣中杂质的赋存形态和分布规律进行详细地探讨。研究结果表明,电石渣中钙主要以氢氧化钙形式存在且旋流分离前后含量相差不大,杂质主要包括三氧化二铁、氧化铝、氧化镁、二氧化硅、硫、碳和水溶性氯离子等;旋流分离后二氧化硅、氧化铝在细渣中富集,并以铝硅酸盐形式存在;三氧化二铁、碳在粗渣中富集,其中碳以单质碳和碳酸盐形式存在;氯、镁含量较低但分布均匀,铝硅分布集中,铝硫分布集中且铝硫颗粒主要嵌在电石渣颗粒上。采用电石渣旋流细渣作为脱硫剂进行烟气脱硫,工业副产脱硫石膏含水率为13.20%,石膏中二水硫酸钙质量分数为90.01%。该研究可为电石渣资源化利用提供参考和借鉴。

电石渣湿法烟气脱硫与脱硫石膏性能

本文研究了电石渣和石灰石的消溶特性,不同工艺条件对电石渣脱硫性能影响,在优化条件下电石渣脱硫率可达到97%以上,且电石渣法脱硫石膏产品对比石灰石法具有更好的产品质量指标。电石渣烟气湿法脱硫试验表明电石渣有极高的脱硫效率和优良的产品指标,可以取代传统的石灰石,节省了原生石灰石矿产资源,并为电石渣烟气湿法脱硫的工程化应用提供参考。

焦炉烟气湿法钢渣联合脱硫脱硝工艺及机理研究

富含氧化钙和氧化镁的废钢渣有望成为低成本硫和氮氧化物的碱性吸收剂而用于废气的净化。本文测试和分析了首钢转炉钢渣的成分,将其制成钢渣浆料用于焦炉烟气的联合脱硫脱硝;设计和制作了鼓泡反应装置;研究了湿法钢渣浆料脱除NO和SO_2的工艺和机理,并采用HSC Chemistry 6.0软件对相关反应做了热力学分析。结果表明,钢渣中碱性物质具有脱硫和脱硝作用;此时在反应器内的气-液-固三相体系中发生的化学脱除反应,大部分为自发放热反应;在303.15 K时,固含量8%的钢渣浆液对焦炉烟气的SO_2的脱除率可达97%,NO的脱除率却仅为10.1%,温度升高,SO_2和NO的脱除率下降。为了进一步解决其中NO脱除率低的问题,设计将氧气配入到烟气中,氧化NO成易于被浆料吸收和转化的氮氧化物,并同时在浆料中添加高锰酸钾做氧化助剂。结果表明,它们的存在使脱硝率得到了大幅提高,当O_2体积浓度为5%,高锰酸钾质量分数为2%时,SO_2和NO的总脱除率分别达到了98%和96%,使焦炉烟气的联合脱硫脱硝的应用成为可能,从而为钢渣脱硫和脱硝的理论研究及实际应用奠定了良好基础。

焦炉烟气钢渣湿法联合脱硫脱硝试验研究

焦炭生产过程会排放大量的烟气,烟气中的SO2和NOx会造成环境污染。随着焦化行业大气污染物排放标准越来越严格,为解决焦炉烟气中SO2和NOx的污染问题,以钢渣为吸收剂,在自制小型鼓泡搅拌反应器中进行了焦炉烟气联合脱硫脱硝试验,研究了浆液温度、浆液浓度、烟气流量、SO2浓度、NO浓度对SO2和NO脱除效率的影响,并得到优化的运行条件。研究发现,温度升高会降低NO氧化的反应速率,导致生成的NO2浓度降低,从而使脱硝效率下降;浆液浓度升高会增大浆液体系的pH值,促进NO脱除;烟气流量增加,即停留时间减少会降低气液接触时间,导致脱硫脱硝效率降低;优化的运行条件为30℃、浆液浓度8%、烟气流量400 mL/min,在最优运行条件下,可实现脱硝效率50.7%,脱硫效率高于95%。钢渣同时脱硫脱硝过程机理研究表明:钢渣中溶解出的OH^-能维持浆液保持碱性,具有较高的缓冲pH值能力,从而有利于SO2和NOx的脱除;NO与O2反应生成NO2,NO2与OH^-反应生成NO-2和NO-3;NO2与NO结合生成极易溶于水的N2O3,N2O3再与OH^-反应生成NO-2,从而实现NOx的脱除。通过气相预氧化将部分NO氧化为NO2,然后NO2以及剩余的NO和NO2结合的N2O3被钢渣浆液快速高效吸收,达到NOx排放标准甚至超低排放标准,有利于钢渣湿法联合脱硫脱硝的工程化应用。

电石渣特性及综合利用研究进展

随着氯碱行业的持续发展,电石渣的排放及堆存量日益增长,造成了严重的环境污染、土地与钙资源浪费。针对电石渣的资源化利用难题,在分析电石渣组成、结构特点的基础上,对其在建材、化工材料和环保治理方面的研究进行综述,重点讨论了资源综合利用的问题及研究趋势。分析表明,电石渣粒径细、反应活性高,传统大规模消纳主要用于替代石灰石制备水泥等建工建材,但受到了国内市场趋于饱和、地理位置集中等限制;电石渣主要成分是氢氧化钙,可用于制备氧化钙、碳酸钙等化工产品,但受电石渣中杂质影响导致处理过程成本高、易造成二次污染;电石渣呈强碱性、消融性较好,在酸性废水和烟气脱硫等环境治理过程中性能优异,替代钙基吸收剂用于烟气脱硫,将成为电石渣综合利用的发展方向之一。综上,电石渣资源化利用具有显著的经济效益和环境效益,电石渣中的有害组分和杂质是限制电石渣利用的主要因素,同时应结合其地域特点,因地制宜综合考虑不同地区的利用方式,从而实现以废治废的循环理念。

废SCR脱硝催化剂中砷元素赋存形态与氧化碱浸脱除

以燃煤电厂废SCR脱硝催化剂为研究对象,通过XPS、ICP等检测方法研究废催化剂中杂质As元素的含量及赋存形态,发现废SCR催化剂中As元素存在形态为As_(2)O_(3)与As_(2)O_(5)。采用氧化碱浸技术,将难与NaOH反应的As_(2)O_(3)氧化为更易反应的As_(2)O_(5),实现不同价态As元素的深度脱除。分别研究了氧化剂种类、氧化剂浓度、浸出剂浓度、反应温度、时间、液固比等因素对As元素脱除率的影响规律。结果表明,当反应温度为30℃、反应时间为4 h、H_(2)O_(2)浓度为5%(质量分数)、NaOH浓度为10%(质量分数)、液固比为2 mL/g时脱砷效果最佳,废催化剂中As含量由1334×10^(-6)降低至50×10^(-6),脱除率达到98.5%。所得产物为脱砷后催化剂,主要由锐钛矿型TiO_(2)与少量WO_(3)组成。通过EPR、XPS技术对H_(2)O_(2)强化浸出的反应机理进行研究,发现废SCR催化剂中V元素主要以V^(4+)、V^(5+)两种价态存在,其与NaOH反应生成的HV_(2)O_(5)^(-)、VO4^(3-)和H_(2)O_(2)引发的类Fenton反应,可产生具有强氧化性的羟基自由基,将难以脱除的As^(3+)氧化为更易溶于碱液的As^(5+),提高As元素的脱除率。

干法电石渣杂质赋存及高效分离研究

电石渣中Ca(OH)_(2)含量达到了80%以上,针对电石渣中包含的大颗粒杂质影响其资源化利用的问题,采用了XRD,XRF, XPS, FTIR和化学分析等方法对杂质组分进行了系统分析,采用短程气固高效分离工艺对电石渣进行旋风分离,研究了旋风分离过程对杂质的分离效果和产品应用的影响。结果表明,电石渣中的碳主要以碳单质和碳酸盐形式存在,铝硅多以铝硅酸盐形式存在,硫主要以硫酸盐、硫化物和硫醇的形式存在;旋风分离后电石渣中粗颗粒显著富集,铁在粗渣中富集现象显著,铝硅和钙组分未富集,细渣中酸不溶物含量显著减少。利用电石渣制备活性氧化钙,旋风分离细渣所制备的氧化钙产品抗压强度达到了5.1 MPa,相对于原渣和旋风分离粗渣均提高了约50%;细渣制备的活性氧化钙产品中酸不溶物质量分数与原渣和粗渣相比也显著降低,为0.46wt%。本研究为电石渣的杂质分析及工业化应用提供了依据。

电石渣湿法脱硫过程亚硫酸钙强制氧化及杂质影响规律

电石渣主要成分为氢氧化钙,可以代替石灰石进行湿法烟气脱硫,但是电石渣的碱性较强,脱硫产物亚硫酸钙颗粒细小,可能会影响其氧化结晶过程。系统考察了不同工艺条件对亚硫酸钙氧化及硫酸钙结晶过程中粒径、氧化速度、含水率及微观形貌的影响规律,并得到优化的工艺条件:亚硫酸钙浓度为5 g/L,曝气量为400 mL/min,初始pH为5.5,反应温度为40℃,反应时间为4 h;在最优条件下得到了粒度大、含水率低、纯度高和形貌均匀的脱硫石膏(主要为二水硫酸钙)产品,有利于其后续的资源化利用。电石渣在酸性条件下各元素浸出的先后顺序为Na>Ca>Mg>Si>Fe>Al;在上述最佳反应条件下考察了Na,Mg,Si,Fe,Al等杂质对亚硫酸钙的氧化过程及硫酸钙结晶的影响,结果表明,Mg,Si,Fe对亚硫酸钙氧化速率有明显促进作用,而Al,Na抑制亚硫酸钙氧化;同时添加杂质Si对硫酸钙结晶几乎无影响,添加杂质Mg,Fe,Na对硫酸钙结晶影响较小,而添加杂质Al对硫酸钙结晶有明显不利影响。本研究以电石渣基亚硫酸钙为原料,开展了亚硫酸钙氧化与二水硫酸钙结晶研究,为工业实际电石渣脱硫的强制氧化过程提供理论指导。

碱溶法回收废SCR脱硝催化剂中的二氧化钛

采用碱溶法分离回收燃煤电厂废SCR脱硝催化剂中的载体成分TiO2,通过正交实验考察了Na OH浓度、反应温度、固液比和转速对碱溶法回收TiO2过程中主要杂质W浸出分离、W和Ti浸出率的影响规律及浸出渣物相的变化规律,所得含钛浸出渣经20%H2SO4溶液或20%HCl溶液洗涤、煅烧回收TiO2。结果表明,反应温度对杂质W浸出影响最明显。回收Ti元素的最优条件为反应温度110℃及NaOH浓度40wt%、固液比1/5 g/mL、转速400 r/min,该条件下废SCR脱硝催化剂中W的脱除率达87.5%,Ti的溶出率仅为0.04%,浸出液中W/Ti浓度比为210。经H2SO4处理后生成锐钛型TiO2,经HCl处理生成金红石型TiO2,二者纯度均大于98%,实现了TiO2晶体的可控制备。

氧化法烟气脱硫脱硝废水回收NaNO2工艺

针对氧化法烟气脱硫脱硝废水中含大量亚硝酸盐造成水体污染及有价盐资源浪费问题,回收废水中的NaNO2,提出pH调控除杂-碳碱沉淀脱钙-结晶提纯分离工艺,分别考察了pH值、除钙剂投加方式、浓缩总盐浓度和结晶温度对废水中NaNO2结晶率和纯度的影响。结果表明,pH值和浓缩总盐浓度是影响脱硫脱硝废水中Na NO2结晶率及纯度的主要因素。在除杂pH=11、除钙剂湿投、浓缩总盐浓度70wt%、结晶温度50℃的条件下,NaNO2结晶率大于60%,产品质量达到GB/T 2367-2016标准。