利用贫锰矿进行烧结烟气脱硫的反应机理及基础研究

针对国内烧结工序二氧化硫污染控制技术的研究和应用现状，以及国内贫锰矿烟气脱硫理论研究滞后问题，提出了"利用贫锰矿进行烧结烟气脱硫"新技术并进行反应机理及基础研究。对菱锰矿和软锰矿的矿物学研究，搞清楚贫锰矿的矿物特征及矿石中杂质的微观结构性质；通过试验研究和理论分析，确定二氧化锰、铁酸锰、杂质（铁、镍、钴）和烧结烟气中的铁、锰等过渡金属元素在脱硫过程中的热力学行为，铁、镍、钴和锰等过渡金属在脱硫过程与贫锰矿脱硫的协同作用规律，建立脱硫过程的动力学模型。通过研究，形成具有自主知识产权的烧结烟气脱硫技术、品位较低的菱锰矿和软锰矿的高效利用技术。开展该项目研究，为我国的烧结烟气脱硫和锰工业循环经济提供技术储备和理论依据，对高效利用我国丰富的低品位锰矿资源，实现烧结烟气的减量化、资源化，具有重要的战略意义。

“利用贫锰矿进行烧结烟气脱硫的反应机理及基础研究” 项目按照国家自然基金计划任务书完成了各项研究内容；在项目执行期内，共发表了9篇论文，其中3篇外文期刊，并被EI收录，6篇核心以上期刊，申请了3项专利，培养4名研究生，其中一名硕士研究生已毕业，并获得硕士学位，1名在读博士研究生，2名在读硕士研究生。项目主要研究成果如下：.1、通过对低品位软锰矿和菱锰矿的化学和物相分析，得到了低品位锰矿的化学组成、Mn元素和杂质存在形式。软锰矿中锰主要以二氧化锰的形式存在；菱锰矿中锰主要以碳酸锰的形式存在，杂质成分均以石英、伊利石、高岭石、黄铁矿、尖晶石、蒙脱石等形式存在。.2、对软锰矿脱硫的机理分析得到了软锰矿脱硫体系中存在两种脱硫途径：（1）MnO2与SO2直接发生氧化还原反应生成MnSO4，是脱硫体系的主要反应；（2）SO2被氧化成SO3后，与H2O生成H2SO4，是脱硫体系的副反应。副反应的存在尽管对脱硫能够起到一定的作用，但生成的H2SO4降低了脱硫体系的pH值，使SO2在水中的溶解度下降，阻碍了SO2向液相的传质，从而影响了软锰矿脱硫主反应的正常进行，最终脱硫率下降。.3、通过动力学试验研究得到：增大气液接触面积和气液湍动，可以减小气膜阻力，强化烟气中的SO2向液相的传质，提高整个过程的反应速度。增大搅拌强度，能有效促进SO2与软锰矿反应；SO2与软锰矿的反应速率随温度的增大而迅速上升，升高温度有利于反应进行。.4、研究了不同共存组分(SiO2, Fe3O4, A12O3, CaCO3, MgO, CoCl3、Ni等)对脱硫浸锰的协同影响。结果表明：钙、镁影响最为明显，脱硫率分别比纯MnO2高出25%、15%；其次是镍、钻对脱硫的影响，而硅、铝对脱硫作用不明显。对锰浸出浓度影响最大的是铁、镍、钻，同时其它共存金属离子也有浸出，但浸出浓度很低，这有利于硫酸锰的净化。.5、对影响脱硫体系的吸收温度、液固比、锰矿粒度、烟气中的SO2含量等工艺条件进行了试验研究，得到了软锰矿、菱锰矿烟气脱硫较优工艺参数：温度40℃、液固比5∶1、锰矿平均粒径0.075mm、菱锰矿添加比例为20%，在此条件下进行连续实验操作时，可同时获得大于90%的脱硫率和80%的锰浸出率效果。