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          鋼渣法脫硫

          時間:2023-05-13   訪問量:1631


          鋼渣的成分鋼渣是煉鋼過程中排出的熔渣,是一種由多種礦物組成的固溶體,其性質與化學成分有密切的關系。根據煉鋼工藝的不同有轉爐鋼渣、平爐鋼渣、電爐鋼渣之分。鋼渣主要由鈣、鐵、硅、鎂和少量鋁、錳、磷等的氧化物組成。主要的礦物相為硅酸三鈣(3CaO·SiO2)、硅酸二鈣(2CaO·SiO2)、鈣鎂橄欖石(CaO·MgO·SiO2)、鈣鎂薔薇輝石(3CaO·RO·2SiO2)、鐵鋁酸鈣(2CaO·XAl2O3·(1-X)Fe2O3)以及硅、鎂、鐵、錳、磷的氧化物形成的固溶體,還含有少量游離氧化鈣以及金屬鐵、氟磷灰石等。有的地區因礦石含鈦和釩,鋼渣中也稍含有這些成分。鋼渣中各種成分的含量因煉鋼爐型、鋼種以及每爐鋼冶煉階段的不同,有較一定差異。國內4家煉鋼廠的轉爐鋼渣化學成分如表1所列。

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          3  鋼渣法的脫硫原理

                  鋼渣法脫硫是粉狀鋼渣用水調制成的漿液,在吸收設備中與煙氣中的SO2反應生成穩定的化合物,使SO2從煙氣中分離出來,達到煙氣脫硫的目的。

                  3.1 SO2在水中溶解、氧化SO2與鋼渣漿液接觸,SO2溶于水中,SO2在水中溶解時首先生成亞硫酸,后者在水溶液中分解成離子:SO2+H2O=H2SO3=HSO3-+H+    (1)HSO3-=SO32-+H+    (2)由此,SO2在水中以溶解的SO2、未離解的亞硫酸和HSO3-和SO32-離子的形式存在。由于用于吸收二氧化的鋼渣漿液中含有錳、鐵氧化物,對SO32-的氧化具有催化作用,同時在煙氣中存在O2,因此一部分SO32-會氧化成SO42-:SO32-+1/2O2= SO42-    (3)

                 3.2 f-CaO等金屬氧化物的反應鋼渣中存在游離氧化鈣及鎂、錳等金屬氧化物,這些氧化物在溶有SO2的溶液中反應:CaO+H2SO3=CaSO3+H2O    (4)CaO+H2SO4=CaSO4+H2O    (5)MeO+H2SO3=MeSO3+H2O    (6)MeO+H2SO4=MeSO4+H2O    (7)

                 3.3礦物的水化反應轉爐鋼渣內的礦物在加水濕磨的情況下發生水化反應3CaO·SiO2+nH2O=xCaO·SiO2·mH2O(gel)+(3-x)Ca(OH)2    (8)2CaO·SiO2+nH2O=xCaO·SiO2·mH2O(gel)+(2-x)Ca(OH)2    (9)式(8)反應速度很快,式(9)反應速度比較慢。水化過程中CaO/SiO2在0.8~1.5之間。水化過程中會吸收空氣中的二氧化碳。Ca(OH)2+CO2=CaCO3    (10)

                 3.4礦物在吸收過程中的反應如前所述鋼渣的主要礦物經水化反應后,與溶有SO2的溶液分解,反應式如下:Ca(OH)2+H2SO3=CaSO3+H2O    (11)CaCO3+H2SO3=CaSO3+CO2+H2O    (12)xCaO·SiO2·mH2O+xH2SO3=xCaSO3+SiO2·mH2O+xH2O    (13)CaO·MgO·SiO2+2H2SO3+nH2O=CaSO3+MgSO3+SiO2·mH2O    (14)3CaO·RO·2SiO2+4H2SO3+nH2O=RSO3·3CaSO3·2SiO2·mH2O    (15)式(15)中RO代表FeO、MgO、MnO形成的固溶體。

               4  鋼渣的吸收性能

                  將鋼渣粉作為吸收劑在中試裝置上進行吸收性能試驗,進口煙氣流量10000Nm3/h,煙氣二氧化硫濃度1000mg/Nm3,一次加入鋼渣650kg配成濃度10%鋼渣漿液,液氣比6L/m3。在DS―多相反應器中進行脫硫實驗,鋼渣漿液。PH與時間變化關系圖如圖1,當PH值在6以上時,脫硫效率達到93%以上。

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          從圖1中可以看出,鋼渣漿液pH值隨反應時間的推移而降低,pH值改變分為四個階段:

          第一階段,反應的前3個小時。新鮮的鋼渣漿液的pH值由13降到7。此時主要是游離氧化鈣消化生成Ca(OH)2與SO2按反應式(4)、(5)反應,生成相應的亞硫酸鹽和硫酸鹽。

          第二階段,隨后3個小時。SO2繼續溶于水中,鋼渣漿液pH。值維持在7~6.5。鋼渣中游離氧化鎂、氧化錳也開始反應。同時鋼渣中的硅酸三鈣(3CaO·SiO2)水化反應生成Ca(OH)2,然后與酸性溶液反應。分別按反應式(6)、(7)、(8)進行,生成亞硫酸鈣和硫酸鈣。

          第三階段,隨后24個小時,是鋼渣脫硫的主要反應階段,鋼渣漿液pH值維持在6.5~6.0。硅酸二鈣(2CaO·SiO2)緩慢水化反應生成Ca(OH)2,然后與酸性溶液反應。分別按反應式(9)、(10)、(11)進行,是這一階段最主要的反應。隨著PH值降低,水化硅酸鈣溶膠、鈣鎂橄欖石(CaO·MgO·SiO2)、鈣鎂薔薇輝石(MnO,MgO,CaO)·SiO2、鐵鋁酸鈣(2CaO·XAl2O3·(1-X)Fe2O3)等礦物分解,按反應(13)~(16),生成相應的亞硫酸鹽、硫酸鹽。

          第四階段,最后5個小時??煞纸獾V物減少,礦物分解速度減慢,SO2繼續溶入漿液中,漿液pH值下降,最后降到到3.5,此時,可以認為鋼渣中能吸收SO2的成分已耗盡,脫硫效率迅速下降。由此可見,鋼渣脫硫過程以第二階段為主,PH值十分穩定,脫硫效率也十分穩定。

                5  鋼渣法脫硫技術的工程實例

                唐山德龍鋼鐵有限公司230m2燒結機煙氣脫硫工程就是采取鋼渣法脫硫技術。脫硫設備為多相反應器。

                5.1  煙氣條件(1)風機出口煙氣溫度:    180℃(2)二氧化硫含量:    1000mg/m3(3)含氧量:    15.4%(4)水分:    6―9%(5)粉塵含量:    150mg/Nm3(6)煙氣量:    1440000m3/h



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