專利名稱：利用水鎂石漿液脫硫方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于利用天然水鎂石[Mg(OH)2]漿液進(jìn)行脫硫的一種脫硫方法。
水鎂石由于其結(jié)構(gòu)及熱特性原因，對(duì)脫硫效果具有直接的影響，不可能所有水鎂石都能滿足脫硫的要求，因此選擇符合脫硫條件的水鎂石原料是很重要的。
本發(fā)明從技術(shù)層面確定了在脫硫工程中符合條件的水鎂石的結(jié)構(gòu)和熱特性范圍。
水鎂石原料經(jīng)過選擇、粉碎制成粉末，再與水混合制備成水鎂石漿液，進(jìn)行脫硫時(shí)，通過提高反應(yīng)器中循環(huán)水的溫度及增加水鎂石漿液的活性，從而達(dá)到了理想的脫硫目的。
背景技術(shù)：
對(duì)排放氣污染物中的硫化物(SOx)的脫硫方法，目前主要有濕法排放氣脫硫法及石膏-石灰法、苛性鈉法等。其中石膏法雖然其原料價(jià)格低，但需裝置的大型化，故需加大設(shè)備投資，而且副產(chǎn)物石膏的處理問題限制其適應(yīng)性。苛性鈉法雖具有裝置小型化的優(yōu)點(diǎn)，但其藥品價(jià)高，來源、運(yùn)輸及操作方面均有不便之處。
另外，利用氫氧化鎂的濕法排放氣脫硫裝置，因其排放氣的脫硫和脫除污染物的效率高，被認(rèn)為是經(jīng)濟(jì)上也合適的一種脫硫方法。在濕法排放氣脫硫時(shí)使用的氫氧化鎂，過去是用菱鎂礦提煉的焙燒氧化鎂加以粉碎后用水混合，進(jìn)而在常壓以上的條件下，提高溫度，將把焙燒氧化鎂中的氧化鎂進(jìn)行水解而制取。但這種制法要獲得高水解率需大量的時(shí)間，生產(chǎn)效率低。而且，為獲取焙燒氧化鎂需要用高溫焙燒原料礦-菱鎂礦，故還存在能源費(fèi)用高的問題。
另外，水鎂石(Brucite)又是一種被稱之為氫氧鎂石的天然礦物。這種水鎂石可以替代由焙燒氧化鎂的水解而制取的氫氧化鎂進(jìn)而用在脫硫工程中，但到目前為止尚無此方面的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的首要目的就是提供一種從前被認(rèn)為不可能工業(yè)化的脫硫方法，即用水鎂石脫除排放氣中硫化物(SOx)的水鎂石漿液法脫硫；其次，為上述目的提供從結(jié)構(gòu)及熱方面穩(wěn)定的水鎂石漿液。
本發(fā)明者推測到目前為止尚無水鎂石在脫硫工程中使用的先例，可能是水鎂石在一般脫硫工藝條件下，效率低或者存在其它不適宜的原因。為了搞清究竟什么原因，便開始對(duì)水鎂石的結(jié)構(gòu)及其脫硫法進(jìn)行研究。雖然水鎂石的結(jié)構(gòu)與由焙燒氧化鎂水解而制取的氫氧化鎂相同，但從微觀上看其結(jié)構(gòu)及熱穩(wěn)定性方面比后者更穩(wěn)定，基于水鎂石的這一特性而認(rèn)識(shí)到水鎂可利用于脫硫工程。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的用水鎂石脫除氧化硫(SOx)的方法，該方法包括水鎂石(Brucite)的選擇，粉末的制備階段、水鎂石與水混合取得水鎂石漿液階段和用水鎂石漿液與含有氧化硫的排放氣相接觸脫除其中氧化硫(SOx)的階段。
在本發(fā)明中所使用的水鎂石粉末在氮?dú)獗Ｗo(hù)下以5℃/分速度進(jìn)行加熱熱分析(Thermal Gravimetric Analysis；TGA)時(shí)，第一次主要重量減少區(qū)域內(nèi)，熱分解速度最高溫度為423±25℃為其特征；第二次主要重量減少區(qū)域內(nèi)熱分解速度最高溫度為708±30℃為其特征；另外，X-射線圖像分析峰(0，0，1)峰值比峰(1，0，1)的峰值更強(qiáng)。在脫硫工程中所投入的水鎂石漿液濃度約為20-50％較理想。另外，用水鎂石漿液接觸含有硫化物的排放氣脫除硫化物的濕法反應(yīng)溫度，即循環(huán)水的溫度在55～75℃范圍較為理想，水鎂石漿液在較常壓略高壓力和70～150℃的溫度下進(jìn)行活性化較為理想。
另外，本發(fā)明還提供上述脫硫工程中所使用的水鎂石漿液。
本發(fā)明提供了利用水鎂石漿液脫硫的新方法。水鎂石系Mg(OH)2的天然礦物，以前一直認(rèn)為不能應(yīng)用于脫硫工程。利用水鎂石漿液脫硫的新方法，將大幅降低企業(yè)用于脫硫工程的費(fèi)用，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)顯著提高了脫硫效果。
本方法與目前采用的高價(jià)水解[Mg(OH)2]脫硫法相比，原料易得，成本低，簡化工藝，脫硫效果好，本發(fā)明對(duì)今后脫硫工程具有重要意義。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。本發(fā)明的保護(hù)范圍將不僅局限于下列內(nèi)容的表述。
圖1是對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例中所使用的水鎂石A進(jìn)行X-射線圖像分析所取得的X-射線衍射典型圖；圖2是對(duì)過去所使用的水解氫氧化鎂〔Mg(OH)2〕進(jìn)行X-射線圖像分析所取得的X-射線衍射典型圖；圖3是對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例中所使用的水鎂石進(jìn)行熱分析(Thermal Gravimetric Analysis)所取得的圖；圖4是對(duì)過去所使用的水解氫氧化鎂〔Mg(OH)2〕進(jìn)行熱分析(Thermal Gravimetric Analysis)所取得的圖；圖5是在本發(fā)明實(shí)例中為做水鎂石漿液脫硫性能實(shí)驗(yàn)所制作的實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的小型反應(yīng)器的模型圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明是關(guān)于對(duì)從水鎂石礦開采的原礦進(jìn)行選擇，粗粉碎、細(xì)粉碎后而得到的水鎂石粉末與水相混合而形成的水鎂石漿液用于火力發(fā)電廠、鍋爐等煙道排放氣中，脫除排放氣中的氧化硫(SOx)的方法。因?yàn)楸景l(fā)明中使用的水鎂石是作為氫氧化鎂〔Mg(OH)2〕的天然礦物，具有與水解焙燒氧化鎂(MgO)而生成的氫氧化鎂(以下簡稱水解氫氧化鎂)相同的分子式及結(jié)晶結(jié)構(gòu)。由此可預(yù)見水鎂石能替代水解氫氧化鎂用于脫硫工程中。但據(jù)本發(fā)明人所知，到目前為止尚無水鎂石用于工業(yè)化脫硫工程中的例子，甚至連有關(guān)實(shí)驗(yàn)性的報(bào)道也沒有。根據(jù)上述情況本發(fā)明人推測，在本發(fā)明所屬領(lǐng)域的業(yè)內(nèi)人士們是否認(rèn)為，水鎂石不適宜作為脫硫劑用于脫硫工程中，既便使用也因經(jīng)濟(jì)上不劃算故無法實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)等想法導(dǎo)致了出現(xiàn)上述情況。
但是，本發(fā)明者不顧這樣的認(rèn)識(shí)，為探求水鎂石適用于脫硫工藝的條件，對(duì)水鎂石的結(jié)構(gòu)及用水鎂石漿液進(jìn)行脫硫工程反復(fù)多次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、分析研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)雖然水鎂石在宏觀上與水解氫氧化鎂具有相同的結(jié)構(gòu)，但在微觀結(jié)構(gòu)上存有差異，其結(jié)果導(dǎo)致熱特性方面有所不同。也就是說水鎂石具有比水解氫氧化鎂的結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)及熱穩(wěn)定性。本發(fā)明不負(fù)眾望，以其具有結(jié)構(gòu)及熱穩(wěn)定好的水鎂石作為研究對(duì)象?；谶@種認(rèn)識(shí)，本發(fā)明者確認(rèn)，如果在較高的溫度中進(jìn)行脫硫或者用別的活化工藝來進(jìn)行水鎂石漿液的活化時(shí)就能實(shí)現(xiàn)比原有的水解氫氧化鎂效果更好。
對(duì)本發(fā)明所使用的水鎂石結(jié)構(gòu)，用X-射線圖像分析結(jié)果水鎂石作為六方晶系(Hexagonal Structure)的礦物，具有版狀結(jié)構(gòu)這一點(diǎn)與氫氧化鎂相同，但水鎂石的結(jié)晶單位晶格參數(shù)(Unit cellparameter)與標(biāo)準(zhǔn)值幾乎相同，而水解氫氧化鎂卻有所差異，即水鎂石在微觀結(jié)構(gòu)上與氫氧化鎂有些差異?？梢酝茢?，在水解氫氧化鎂中未水解的MgO成為結(jié)晶的缺陷在起作用，并且氧化鎂在熱分解過程中未分解未燃燒MgCO3的殘留致使結(jié)晶結(jié)構(gòu)不完善，而對(duì)水鎂石來說不存在這種缺陷，因此它具有較完善的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，而且既使含有一些不純物(雜質(zhì))的成分但經(jīng)較長時(shí)間后靠自然力而形成結(jié)晶結(jié)構(gòu)，因此它具有更為穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。但是這種單位晶格參數(shù)的差異，根據(jù)水鎂石的狀態(tài)，即不純物的存在，水解程度的不同而變化。因此，很難把單位晶格參數(shù)的差異與本發(fā)明的特征直接聯(lián)系起來。但是只從宏觀上看，如圖1中所看到的那樣，水鎂石峰(0，0，1)的峰值亮度比峰(1，0，1)的峰值亮度更強(qiáng)，而對(duì)水解氫氧化鎂來說如圖2所看到的那樣與水鎂石正相反，這一點(diǎn)就能與本發(fā)明的特征聯(lián)系起來。這種XRD(X-ray diffraction)峰值的亮度差異就是導(dǎo)致水鎂石與原有水解Mg(OH)2在物化性能上呈現(xiàn)出不同特征的主因。另外，這種結(jié)構(gòu)上的差異SEM(Scanning Electron Microscope掃描電子顯微鏡)照片及紅外線(IR，Infrared)分析結(jié)果相一致。本發(fā)明把這種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的水鎂石及水鎂石漿液作為脫硫劑用于脫硫工程為其特征。
另外，水解氫氧化鎂是菱鎂礦經(jīng)焙燒而得的焙燒氧化鎂(MgO)再經(jīng)水解而得，而水鎂石的水解是自然完成的。這種自然水解不僅對(duì)其結(jié)晶結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，而且對(duì)熱性能方面也產(chǎn)生影響。下面實(shí)例的熱分析(Thermal Gravimetric Analysis；TGA)結(jié)果如圖3所示，水鎂石約在423℃及708℃下由于各種蒸發(fā)成分的蒸發(fā)而其重量減少(在主要重量減少區(qū)域中熱分解速度最高溫度)其量分別為29.3％和2.4％；在常溫至950℃的整個(gè)溫度范圍內(nèi)重量減少總量為32.9％，而水解氫氧鎂于378℃和637℃時(shí)其重量減少(分別為28.0％和2.4％；常溫至950℃的整個(gè)溫度區(qū)域的總重量減少量為30.4％)。這種重量減少的主因是由于Mg(OH)2的羥基在熱分解時(shí)變成H2O而蒸發(fā)導(dǎo)致的。水鎂石比氫氧化鎂更高的溫度條件下才發(fā)生重量減少事實(shí)說明水鎂石比水解氫氧化鎂熱穩(wěn)定性強(qiáng)。這與上述的水鎂石具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)相一致。本發(fā)明以這種具有結(jié)構(gòu)及熱穩(wěn)定性好的水鎂石及其漿液作為脫硫劑使用于脫硫工程作為其特征。從這種事實(shí)出發(fā)，本發(fā)明在與實(shí)例相同條件下進(jìn)行熱分析時(shí)在重量減少的主要領(lǐng)域熱分解速度最高溫度423±25℃(第一次)和708±30℃(第二次)為其特征的水鎂石作為符合本發(fā)明目的的脫硫劑利用。水鎂石的這種在重量減少的主要領(lǐng)域熱分解速度最高溫度與水解氫氧化鎂在重量減少的主要領(lǐng)域熱分解速度最高溫度有明顯的區(qū)分，此最高溫度就體現(xiàn)了本發(fā)明水鎂石的特征。在這里所指重量減少主要區(qū)域最高熱分解速度的溫度是不包括少量重量減少為其特征的重量減少區(qū)域最高熱分解速度的溫度，它對(duì)溫度的-(dm/dt)曲線(其中，m為重量；t為溫度)即DTG曲線(Derivative Thermogravimetric Curve)的最高值時(shí)的溫度，這一點(diǎn)參照?qǐng)D3和圖4就能很好理解。
在本發(fā)明中把水鎂石粉末和水相混合而形成的水鎂石漿液投入到作為實(shí)驗(yàn)性的脫硫工程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果水鎂石漿液在濕法脫硫反應(yīng)器中的溫度，即循環(huán)水溫為40℃，此時(shí)的脫硫效果比水解氫氧化鎂低，但當(dāng)溫度超過60℃時(shí)脫硫效果就很好。一般發(fā)電廠、鍋爐等進(jìn)行濕法脫硫工程中的循環(huán)水溫度為40～50℃?？梢酝茰y，以前水鎂石漿液未能用于工業(yè)化的脫硫工程中的原因就是由上述原因?qū)е碌?。本發(fā)明者認(rèn)為，盡管水鎂石由于結(jié)構(gòu)及熱穩(wěn)定原因當(dāng)脫硫反應(yīng)溫度低時(shí)其脫硫效率低，但當(dāng)溫度提高到水鎂石活化溫度以上時(shí)其脫硫效率反而比水解氫氧化鎂還好。因此，本發(fā)明鄭重提出把水鎂石漿液溫度提高到55℃，甚至是提高到55～75℃以適應(yīng)脫硫工程的需要。雖然當(dāng)溫度提高到80℃以上時(shí)因水的蒸發(fā)而增加水的消耗，經(jīng)濟(jì)上也不合適，同時(shí)高溫給工程的控制帶來一些困難。本發(fā)明者認(rèn)為，只要使用按本發(fā)明方法制備的水鎂石漿液的話，在從前脫硫工藝溫度(約50℃)條件下可以獲得與以前水解氫氧化鎂相同的脫硫效率。發(fā)明者認(rèn)為，在能夠?qū)嵤┧V石漿液的最佳化及工程條件的最佳化的脫硫工程中，本發(fā)明水鎂石漿液的性能更容易達(dá)到目標(biāo)值。在本發(fā)明細(xì)節(jié)中的濕法脫硫工程溫度指的是脫硫反應(yīng)器的循環(huán)水溫度。
另外，為了提高水鎂石漿液活化而提高脫硫工藝溫度不同，在常壓以上壓力下70～150℃溫度范圍內(nèi)可采用其它別的活化方案。這種水鎂石漿液的活化方案的提出是基于水鎂石的結(jié)構(gòu)及熱穩(wěn)定性。致使水鎂石結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定化以提高脫硫反應(yīng)的反應(yīng)性。并且本發(fā)明還提供適用于脫硫工程的水鎂石漿液，尤其是上述那種活化的水鎂石漿液。在本發(fā)明中用于脫硫工程的水鎂石漿液濃度20～50％為好。當(dāng)水鎂石濃度過低時(shí)增加運(yùn)費(fèi)而且需投入的漿液量也增加，但濃度過高也給操作帶來了一些困難。
另外，在本發(fā)明中為提高水鎂石漿液脫硫性能或者有另一些需要提高性能的要求，可往水鎂石漿液中添加界面活性劑、NaOH等堿性物質(zhì)。本發(fā)明認(rèn)為，添加劑可包括能提高脫硫性能或其它所要求提高性能的所有添加劑，只要不降低脫硫性能就沒有特別限定條件。
下面依照本發(fā)明的具體實(shí)例進(jìn)行說明。下面的實(shí)例是為說明本發(fā)明的。不過本發(fā)明范圍不限于這些實(shí)例，請(qǐng)從事于本發(fā)明技術(shù)領(lǐng)域工作的業(yè)內(nèi)人士們周知。
實(shí)例在本實(shí)例中對(duì)水鎂石，還有作為水鎂石的比較對(duì)象的水解氫氧化鎂分別進(jìn)行了其成分分析、結(jié)構(gòu)分析及熱分析，而且SOx濃度，脫硫反應(yīng)溫度，還有對(duì)不同粒度的水鎂石進(jìn)行了其脫硫性能的評(píng)價(jià)，再有對(duì)通過其它方法實(shí)現(xiàn)活化的水鎂石漿液也進(jìn)行了脫硫性能的評(píng)價(jià)。
Mg(OH)2漿液的制備為制備水鎂石漿液，首先對(duì)水鎂石礦中開采出來的原礦石進(jìn)行選擇，粗粉碎(Crushing)后再進(jìn)行細(xì)粉碎(Milling)。經(jīng)細(xì)粉碎的水鎂石粉料中加水混合制備成其濃度為30-35％的漿液(Slurry)。
選擇水鎂石原料的主要步驟1)注意用肉眼區(qū)別結(jié)晶體的顏色(同樣顏色)；2)進(jìn)行化學(xué)成分分析、結(jié)晶體結(jié)構(gòu)分析及熱特性分析；
3)經(jīng)過上述步驟后，進(jìn)行小型脫硫?qū)嶒?yàn)，測定脫硫性能；4)檢測脫硫性能后，再確定滿足脫硫要求的范圍。
化學(xué)成分分析選擇MgO＞80％，SiO2＜7％；結(jié)晶體結(jié)構(gòu)及熱特性符合相應(yīng)的要求。
另外，為制備水解氫氧化鎂對(duì)從MgCO3礦開采的原礦石進(jìn)行粗粉碎后放入爐中用煤加熱至700℃以上使MgCO3熱分解成MgO和CO2，把CO2排掉。對(duì)所制成的MgO進(jìn)行篩選，把不純物塊去除后，用雷蒙德粉碎機(jī)(Raymond mill)粉碎成325目以上的粉碎MgCO3作為原料使用。在此制備的MgO原料一次性地與水混合成濃度為約40～50％的漿液后放入100℃以上的反應(yīng)器中進(jìn)行水解反應(yīng)而制備成Mg(OH)2后用篩把塊狀物去掉并配成濃度為20～50％的水解氫氧化鎂漿液。
原料的物理/化學(xué)性能分析按上述方法制備的水鎂石在中國A公司粉碎成325目和5000目的產(chǎn)品銷售。買來的這兩種規(guī)格水鎂石在110℃的恒溫器中干燥一天后作為試料使用。
水解Mg(OH)2試料，即按上述方法制備的Mg(OH)2漿液是從韓國K公司購入的。用真空過濾方式去掉水分后也在110℃的恒溫器中干燥一天后作為試料使用。但粒度分析試料是35％Mg(OH)2漿液，經(jīng)干燥按原樣直接使用過。
化學(xué)分析(Chemical Analysis)是采用ICP(InductivelyCoupled Plasma電感耦合等離子體)采用Leeman公司的(ProdigySpectrometer奇特光譜分析儀)進(jìn)行分析的。粒度分析(ParticleAnalysis)是采用Malvern公司的Master size Micro(標(biāo)準(zhǔn)碼測微計(jì))在泄漏N2氣情況下進(jìn)行分析的。粉末X-射線圖像分析(PowderX-ray Diffraction Pattern)是用Panalytical公司的X’pert Pro儀使用Ni過濾、Cu-Kai輻射(Radiation 入＝1.54060A°)，2θ值在10-80°范圍以1.2°/min掃描速度測定的。SEM(ScanningElectron Microscope掃描電子顯微鏡)是采用Hitachi公司的S-3500N儀，在真空狀態(tài)下獲得放大1000～10000倍的照片。IR(Infrared紅外線)光譜是采用設(shè)有DTGS檢波器的Bomen公司的MB104儀，在4000-50cm-1范圍利用KBr Pellet技術(shù)而獲取的。TGA(Thermal Gravimetric Analysis熱重量分析)是采用TAInstrument公司的TGA2950儀，在N2氣保護(hù)下以5°/min的速度在50-950℃范圍內(nèi)測定的。
原料性能分析結(jié)果成分分析化學(xué)成分分析結(jié)果，當(dāng)主要成分為MgO時(shí)水鎂石A含量為93.96％，Mg(OH)2含量為94.87％，水鎂石的含量略低一些。主要雜質(zhì)CaO含量在水鎂石中為1.91％比水解氫氧化鎂中的含量2.44％略低，而SiO2含量在水鎂石A中為3.65％，與水解氫氧化鎂中的1.82％相比高出一倍。水鎂石B中MgO含量為94.95％，與水解Mg(OH)2相近，CaO和SiO2含量分別為2.06％和2.54％。
詳細(xì)分析結(jié)果如表1所示表1

結(jié)構(gòu)分析(X-射線圖像)水鎂石A的X-射線圖像分析結(jié)果為六方晶系結(jié)構(gòu)(HexagonalStructure)，空間群P3ml，單位晶胞尺寸(Unit celldimension)是(a＝3.148，c＝4.769.)水鎂石A的X-射線圖像如圖1中所看到的那樣峰(0，0，1)的峰值顯示出強(qiáng)亮度，這是因?yàn)榘鏍罱Y(jié)構(gòu)非常發(fā)達(dá)所致。水鎂石的晶胞參數(shù)值(Cell parameter)與標(biāo)準(zhǔn)值(a＝3.147，c＝4.767)幾乎一樣。從這一點(diǎn)可以看出這是由于水鎂石完全水解而具有單晶系的Mg(OH)2結(jié)構(gòu)所致。不過單位晶胞參數(shù)則根據(jù)水鎂石的狀態(tài)不同而不同，即水鎂石所含不純物的種類、含量及水解程度不同而改變，因此直接跟本發(fā)明聯(lián)系起來比較困難，不過具有峰(0，0，1)的峰值亮度強(qiáng)的水鎂石是能夠提供其結(jié)構(gòu)特征的主因，所以可以與本發(fā)明的特點(diǎn)聯(lián)系起來。
水解Mg(OH)2的X-射線圖像分析結(jié)果與水鎂石一樣為六方晶系結(jié)構(gòu)，空間群P3ml，單位晶胞尺寸是a＝3.140，c＝4.755與Mg(OH)2的結(jié)構(gòu)相一致。不過水解Mg(OH)2的晶胞尺寸比標(biāo)準(zhǔn)值(a＝3.147，c＝4.769)小，這是由于在水解過程中MgO未能100％水解成Mg(OH)2，而一部分仍以未水解狀態(tài)留存在其中占有一些位置，因此晶胞尺寸變小所致。在水解Mg(OH)2的峰值中有雜質(zhì)峰值即MgCO3和CaCO3的峰值。其中MgCO3峰值是礦石粉碎后CO2熱分解過程中大量存在未分解未燃燒的MgCO3所致。CaCO3峰值是如表1成分分析結(jié)果所示，含有2.44％的CaO所致。
如從圖1和圖2種所看到的那樣，與水鎂石X-射線圖峰(0，0，1)的峰值呈現(xiàn)強(qiáng)亮度相反，在水解Mg(OH)2是在峰(1，0，1)的峰值中呈現(xiàn)強(qiáng)亮度。這是由于水鎂石向C軸的原子有序化排列比水解Mg(OH)2更強(qiáng)的結(jié)果所導(dǎo)致的。水鎂石的版狀結(jié)構(gòu)比水解Mg(OH)2更加發(fā)達(dá)。從這些結(jié)構(gòu)分析數(shù)據(jù)看，在本發(fā)明中使用的水鎂石的結(jié)構(gòu)比從前使用的水解Mg(OH)2結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。
SEM分析水鎂石的SEM(Scanning Electron Microscope掃描電子顯微鏡)照片顯示其版狀結(jié)構(gòu)非常發(fā)達(dá)，這與XRD結(jié)果分析相吻合，即水鎂石峰(0，0，1)的峰值顯示強(qiáng)亮度相一致。在照片(圖示略)中水鎂石形態(tài)顯得非常尖銳，這是因?yàn)橹苽渌V石時(shí)因粉碎過程中其界面變?yōu)榧怃J且不規(guī)則所致。
水解Mg(OH)2的SEM照片結(jié)果與水鎂石一樣，其結(jié)構(gòu)顯示為版狀，但其版狀結(jié)構(gòu)的發(fā)達(dá)程度比水鎂石差，這與XRD結(jié)果峰(1，0，1)的峰值強(qiáng)度相一致。在SEM照片的水解Mg(OH)2結(jié)晶體棱角呈圓形，這是因?yàn)樵谥苽渌釳g(OH)2時(shí)MgCO3熱分解過程與MgO水解過程中Mg(OH)2的結(jié)晶表面變?yōu)閳A滑的結(jié)果。
紅外線分光(IR)分析在水鎂石的FT-紅外線(IR)光譜3698cm-1中非常強(qiáng)的吸收光譜帶是附著在無機(jī)晶格上的OH官能團(tuán)的伸縮振蕩型(StretchingVibration Mode)，3442cm-1區(qū)域中強(qiáng)寬帶(broad band)是OH官能團(tuán)的脈沖振蕩型。另外，1622cm-1呈現(xiàn)H2O彎曲振蕩型(bendingvibration mode)，1486cm-1和1424cm-1的峰值時(shí)OH官能團(tuán)的平面彎曲振蕩型(In-Plane bending vibration mode).
水解Mg(OH)2的FT-紅外線(IR)光譜中3696cm-1的非常強(qiáng)的吸收帶是附著在無機(jī)晶格中的OH官能團(tuán)脈沖振蕩型，3441cm-1的強(qiáng)寬帶是OH官能團(tuán)的脈沖振蕩型。另外，1633cm-1的吸收帶是附著在Mg(OH)2表面的H2O的彎曲振蕩型。1455cm-1的區(qū)域中強(qiáng)而寬的帶是OH官能團(tuán)的平面內(nèi)彎曲振蕩型和CO3的伸縮振蕩型(V3)相重疊而顯現(xiàn)出的。這與在水鎂石中兩個(gè)峰值相分離而呈現(xiàn)OH官能團(tuán)的平面彎曲振蕩型有些差異。
876cm-1的吸收帶可看作是CO3的脈沖振蕩型(V2).水鎂石的IR光譜未能顯示的CO3脈伸縮蕩型峰值在水解Mg(OH)2的IR光譜中可觀察到的與水解Mg(OH)2X-射線圖像顯示的MgCO3和CaCO3的存在相一致。
熱分析(Thermal Gravimetic Analysis)水鎂石和水解Mg(OH)2的熱分析圖像(Thermogram Patterns)是相似的。水鎂石A如圖3中所看到一樣，接近423℃時(shí)重量減少量為29.3％，接近708℃時(shí)重量減少2.4％。水解Mg(OH)2也如圖4所示，在378℃附近重量減少28.0％，在637℃附近重量減少2.4％。在常溫至950℃的范圍內(nèi)總的重量減少量，水鎂石A為32.9％，水解Mg(OH)2為30.4％。水鎂石A和水解Mg(OH)2在400℃左右其重量大幅減少的原因由下面反應(yīng)式來解釋。
水鎂石A或 →N2吹洗 XMgO·(1-x)Mg(OH)2+H2O↑水解Mg(OH)2熱分解而生成的水(H2O)蒸發(fā)所致。
另外，水鎂石A在708℃，水解Mg(OH)2在637℃左右其重量均減少2.4％。這如同下面反應(yīng)式中，Mg(OH)2晶格內(nèi)部的穩(wěn)定的Mg(OH)2在高溫下熱分解一樣。
XMgO·(1-X)Mg(OH)2→N2吹洗 MgO+(1-X)H2O↑水鎂石A熱分解溫度比水解Mg(OH)2的熱分解溫度高是因?yàn)槠浞肿咏Y(jié)構(gòu)更穩(wěn)定。
另外，考慮溫度高達(dá)950℃時(shí)其重量損失與Mg(OH)2的純度和不純質(zhì)(雜質(zhì))的熱分解程度有關(guān)，但水鎂石A主要顯示出它在Mg(OH)2試料內(nèi)部有水分子等可揮發(fā)物質(zhì)多或水解Mg(OH)2在如下反應(yīng)式所示未水解未反應(yīng)的MgO比水鎂石A多的原因所致。
MgO+過量H2O → (1-Y)Mg(OH)2+YMgO如上所述，在水解Mg(OH)2中由于存在未水解未反應(yīng)的MgO的存在而給其結(jié)晶結(jié)構(gòu)帶來缺陷而降低熱分解溫度。從這些熱分解數(shù)據(jù)中可得出，在本發(fā)明中所使用的水鎂石的結(jié)構(gòu)及熱穩(wěn)定性比水解Mg(OH)2更穩(wěn)定。
脫硫?qū)嶒?yàn)制造出如圖5所示的那種實(shí)驗(yàn)室小型反應(yīng)器后在其中進(jìn)行了水鎂石和水解Mg(OH)2漿液的脫硫性能實(shí)驗(yàn)。
實(shí)驗(yàn)中使用的氣體是O24％，SOx1000-2000ppm及殘留He的混合氣，以30L/min速度注入反應(yīng)器中。SOx去除率是用SOx分析儀(HoribaCo.SLFA-UAZI)測出反應(yīng)器前后SOx的濃度變化，根據(jù)此測定數(shù)據(jù)測定出脫除Sox的脫硫性能。將水鎂石和水解Mg(OH)2試料變成濃度均為1％的漿液狀后使用。水鎂石是用325目和5000目兩種規(guī)格粒度，而水解Mg(OH)2是只用325目一種粒度。
脫硫?qū)嶒?yàn)結(jié)果不同SOx度下，水鎂石和水解Mg(OH)2的脫硫效果比較為了比較粒度和純度類似的水鎂石A和水解Mg(OH)2的脫硫效果，在1000ppm-2000ppm不同SOx濃度下測定了兩種材料的脫硫效果。其結(jié)果，樣品漿液濃度為1％，反應(yīng)器溫度為60℃，水鎂石的脫硫效果比水化Mg(OH)2高出3～5％。
(如表2所示)[表2]

反應(yīng)溫度對(duì)脫硫效果的影響為了解水鎂石A漿液的最佳脫硫反應(yīng)溫度，在40℃，60℃，80℃條件下，分別注入了含SOx濃度分別為1000ppm，1500ppm，2000ppm的氣體，此時(shí)水鎂石A樣品漿液濃度均為1％。其結(jié)果，溫度越高，其反應(yīng)效果越好。溫度而言，80℃時(shí)效果最佳，(反應(yīng)效率40℃＜60℃＜80℃)，而反應(yīng)效果與SOx的濃度無關(guān)(如表3所注)[表3]

其原因可能是水鎂石在高溫條件下其堿性活化程度優(yōu)于SOx隨溫度升高而上升的解吸能力。
粒徑大小對(duì)脫硫效果的影響為了解不同粒徑對(duì)脫硫效果的影響，觀察了粒度為325目的水鎂石A和粒度為5000目的水鎂石B的脫硫效果(所用水鎂石如表1化學(xué)成分表所示，水鎂石A的MgO含量比水鎂石B少1％)。其結(jié)果在不同SOx濃度下，粒徑小的水鎂石B的脫硫效果(見表4)明顯優(yōu)于粒徑大的水鎂石A的脫硫效果。


其原因是粒徑小時(shí)材料的比表面積增大，與SOx氣體的接觸效率高，從而增加了脫硫效果。
活化對(duì)脫硫效果的影響為了解活化對(duì)水鎂石脫硫效果的影響，將水鎂石漿液置于反應(yīng)器中在90℃溫度和高于常壓的條件下活化3小時(shí)，然后注入濃度分別為1000ppm，1500ppm，2000ppm的SOx氣體，測定其脫硫效果。其結(jié)果經(jīng)活化的水鎂石脫硫效果比未經(jīng)活化的水鎂石增加6～10％。水鎂石在自然狀態(tài)下以穩(wěn)定的Mg(OH)2形態(tài)存在，而經(jīng)過活化以后，其結(jié)構(gòu)變?yōu)椴环€(wěn)定狀態(tài)，從而增強(qiáng)了其反應(yīng)能力。(如表5所示)[表5]

權(quán)利要求
1.利用水鎂石漿液脫硫方法，其特征在于包括加工水鎂石粉末的過程，水鎂石粉末與水混合獲得漿液的過程，以及使水鎂石漿液和含SOx排放氣互相接觸并排放氣中脫除SOx的過程。
2.如權(quán)利要求1所述的利用水鎂石漿液脫硫方法，其特征在于對(duì)水鎂石粉末，在氮?dú)?N2)中，以5℃/分的速度加熱條件下，進(jìn)行熱分析(Thermal Gravimetric AnalysisTGA)，在主要重量減少范圍內(nèi)，熱分解速度最快的溫度是423±25℃。
3.如權(quán)利要求1所述的利用水鎂石漿液脫硫方法，其特征在于對(duì)水鎂石粉末進(jìn)行X-射線圖象分析，峰(0、0、1)的峰值比峰(1、0、1)的峰值高出許多。
4.如權(quán)利要求1所述的利用水鎂石漿液脫硫方法，其特征在于用于脫硫的水鎂石漿液中水鎂石的含量為20～50％。
5.如權(quán)利要求1所述的利用水鎂石漿液脫硫方法，其特征在于水鎂石漿液與含SOx的排放氣互相接觸脫硫的濕式脫硫反應(yīng)是在反應(yīng)器循環(huán)水溫度為55℃～75℃范圍內(nèi)進(jìn)行。
6.如權(quán)利要求1所述的利用水鎂石漿液脫硫方法，其特征在于對(duì)水鎂石漿液在常壓以上，70～150℃溫度下進(jìn)行活化處理。
7.如權(quán)利要求1～6之任一所述的利用水鎂石漿液脫硫方法，其特征在于對(duì)從礦山開采來的原礦石進(jìn)行選擇，粗粉碎，細(xì)粉碎，再與水混合獲得水鎂石漿液。
8.如權(quán)利要求7所述的利用水鎂石漿液脫硫方法，其特征在于對(duì)水鎂石漿液，在常壓以上和70～150℃溫度下，進(jìn)行活化處理。
9.如權(quán)利要求7所述的利用水鎂石漿液脫硫方法，其特征在于對(duì)水鎂石粉末，在氮?dú)庵?N2)，以5℃/分速度加熱的條件下，進(jìn)行加熱熱分析(Thermal Gravimetric AnalysisTGA)在主要重量減少范圍內(nèi)熱分析速度最高的溫度是423±25℃。
10.如權(quán)利要求7所述的利用水鎂石漿液脫硫方法，其特征在于對(duì)水鎂石粉末進(jìn)行X-射線圖象分析，峰(0、0、1)的峰值比峰(1、0、1)的峰值高出許多。
11.如權(quán)利要求7所述的利用水鎂石漿液脫硫方法，其特征在于用于脫硫的水鎂石漿液中水鎂石的濃度為20～50％。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用水鎂石漿液進(jìn)行脫硫的新方法；本發(fā)明的脫硫方法包括水鎂石(Brucite)選擇，粉碎粉末階段、水鎂石粉末與水混合而取得水鎂石漿液階段和水鎂石漿液與含有硫化物的排放氣相接觸從排放氣中脫除硫化物的過程。本發(fā)明是利用Mg(OH)
文檔編號(hào)B01D53/80GK101058053SQ200710003308
公開日2007年10月24日 申請(qǐng)日期2007年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月6日
發(fā)明者金明煥 申請(qǐng)人:金明煥