碳酸鍶廢渣酸浸尾氣的處理研究*

李玉龍，王樹軒，李 波，李 寧

（1.中國(guó)科學(xué)院青海鹽湖研究所，青海西寧810008；2.中國(guó)科學(xué)院研究生院）

碳酸鍶廢渣酸浸尾氣的處理研究*

李玉龍1，2，王樹軒1，李 波1，李 寧1

（1.中國(guó)科學(xué)院青海鹽湖研究所，青海西寧810008；2.中國(guó)科學(xué)院研究生院）

將酸浸碳酸鍶廢渣時(shí)逸出的硫化氫氣體和空氣通入硝酸鐵溶液中，硫化氫被氧化得到硫磺，硝酸鐵溶液可重復(fù)使用。通過實(shí)驗(yàn)研究確定了較優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件：硝酸鐵濃度為0.5 mol/L，實(shí)驗(yàn)溫度為30℃，所得硫磺純度為99.38%，每得到1 g硫磺時(shí)硝酸鐵損失量（以Fe2O3計(jì)）為0.013 7 g。該方法具有條件容易控制、工藝流程簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，適用于碳酸鍶廢渣酸浸過程中硫化氫氣體的處理。

碳酸鍶廢渣；硫化氫；硝酸鐵；選擇性氧化

碳酸鍶廢渣產(chǎn)生于碳還原法制備碳酸鍶工藝的浸取工段，其中含有酸溶性的硫化鍶、硫化鈣等，在其鍶資源回收利用過程中，酸浸尾氣中含有大量硫化氫氣體，直接排放會(huì)污染環(huán)境，使操作人員中毒［1］。因此，對(duì)此過程中逸出的硫化氫氣體進(jìn)行吸收、氧化是十分必要的。濕法氧化脫硫是處理硫化氫氣體較常用的工藝［2］，多種方法各有利弊，吸收劑、氧化劑及配體均會(huì)有不同程度的損失［3］。筆者通過實(shí)驗(yàn)確定硝酸鐵氧化脫硫的較優(yōu)條件，為解決碳酸鍶廢渣處理過程中硫化氫污染等問題提供參考依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要試劑及儀器

碳酸鍶廢渣（工業(yè)廢渣）、硝酸鐵（AR）、鹽酸溶液（1+1）。

輸氧泵、電熱恒溫水浴鍋、馬弗爐及相關(guān)玻璃器皿等。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，將硫化氫氣體和空氣通入硝酸鐵溶液中，硫化氫氣體被吸收、氧化得到硫磺，過濾后，硝酸鐵溶液可重復(fù)使用；將硫磺顆粒洗滌至用氨水（pH=10左右）檢驗(yàn)無沉淀，于60℃烘干至恒重，再于850℃灼燒，計(jì)算所得硫磺的純度，以灼燒后殘余的Fe2O3為原溶液中硝酸鐵的損失量。研究硝酸鐵濃度、實(shí)驗(yàn)溫度對(duì)所得硫磺純度的影響及在實(shí)驗(yàn)條件下硝酸鐵的損失量（以Fe2O3計(jì)）。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

過濾后得到的顆粒物XRD圖如圖2所示。由圖2可知，過濾后得到的顆粒物為硫磺（S8），再經(jīng)過灼燒法［4］測(cè)定其純度，將灼燒后殘余粉末經(jīng)XRD檢測(cè)為氧化鐵。

2.1 硝酸鐵濃度、實(shí)驗(yàn)溫度對(duì)硫磺純度的影響

在20℃下研究硝酸鐵濃度對(duì)硫磺純度的影響，結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，硫磺的純度隨硝酸鐵濃度的增加而提高。當(dāng)硝酸鐵濃度增加時(shí)，硫化氫被吸收、氧化的速度加快，減少了硫化氫氣體在液相中的滯留時(shí)間，生成的硫磺所吸附、包裹的硝酸鐵溶液隨之減少，故硫磺的純度隨硝酸鐵濃度的增加而提高。由于濃度過高會(huì)使溶液密度增加，氣體的輸送、傳質(zhì)等受到限制，不利于氧化反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，溶液中出現(xiàn)少量黑色沉淀，從而影響硫磺的純度，所以濃度以0.5 mol/L為宜。

確定了較適宜的硝酸鐵濃度后，研究溫度對(duì)硫磺純度的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。由圖4可知，溫度升高，硫磺的純度隨之提高，當(dāng)溫度為30℃時(shí)，硫磺的純度最高為99.38%，當(dāng)溫度高于30℃時(shí)，硫磺的純度反而降低，主要原因是當(dāng)溫度升高時(shí)，溶液中的溶解氧減少，不能及時(shí)氧化吸收的硫化氫，增加了氧化時(shí)間，從而使生成的硫磺吸附、包裹較多的硝酸鐵溶液，降低硫磺的純度。因此，考慮到降低能耗和提高硫磺純度，實(shí)驗(yàn)溫度取30℃。

2.2 溫度對(duì)硝酸鐵損失量的影響

分別在20、30、40、50℃下，考察硝酸鐵的損失情況，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。由圖5可知，低溫、低濃度下硝酸鐵的損失量較大，當(dāng)濃度較高時(shí)損失量較小。其原因可能是，硝酸鐵的損失量取決于硫化氫被氧化的速率，氧化速率主要受溫度、反應(yīng)物濃度的影響。硝酸鐵濃度較低時(shí)，溫度升高，氧化反應(yīng)的速率常數(shù)增大，另外，升高溫度會(huì)降低溶液中的溶解氧，使反應(yīng)物濃度降低，所以，在硝酸鐵濃度較低時(shí)升高溫度會(huì)使反應(yīng)速率降低，增加氧化反應(yīng)的時(shí)間，生成的硫磺會(huì)吸附、包裹較多的硝酸鐵溶液，從而使硝酸鐵損失較多，溫度過高時(shí)，硫化氫的溶解度會(huì)降低，生成硫磺的量減少，硝酸鐵的損失量才會(huì)降低，但是部分硫化氫可能不被吸收。所以，綜合考慮溫度和濃度對(duì)硝酸鐵損失量的影響，確定溫度為30℃、硝酸鐵濃度為0.5 mol/L為較優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件。

3 結(jié)論

使用硝酸鐵溶液處理硫化氫氣體時(shí)，應(yīng)該注意控制實(shí)驗(yàn)溫度和硝酸鐵濃度，使被吸收的硫化氫氣體迅速氧化為硫磺，其中控制溫度比較關(guān)鍵，溫度過高會(huì)降低溶液中的溶解氧、降低硫化氫的吸收效果；溫度過低會(huì)使氧化反應(yīng)的速率降低，也會(huì)影響硫磺的純度和硝酸鐵的損失量，所以本實(shí)驗(yàn)確定溫度為30℃、硝酸鐵濃度為0.5 mol/L為較優(yōu)條件。另外，硝酸鐵氧化硫化氫的動(dòng)力學(xué)問題及相關(guān)的數(shù)學(xué)模型處理尚待進(jìn)一步研究。

［1］田文玉，唐伯明，趙美玲，等.碳酸鍶生產(chǎn)中“三廢”綜合利用研究［J］.裝備環(huán)境工程，2007，4（4）：85-89.

［2］吳振中，曹作剛，李發(fā)永.檸檬酸鐵處理高濃度硫化氫煉廠酸性氣的研究［J］.石油與天然氣化工，2006，35（1）：26-27.

［3］王平堯．國(guó)內(nèi)濕法氧化脫硫技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用［J］.維綸通訊，2011，31（1）：1-6.

［4］GB/T 2449—2006 工業(yè)硫磺［S］.

Research on treating tail gas in strontium carbonate residue leaching process

Li Yulong1，2，Wang Shuxuan1，Li Bo1，Li Ning1
（1.Qinghai Institute of Salt Lakes，Chinese Academy of Science，Xining 810008，China；2.Graduated University,Chinese Academy of Science）

Hydrogen sulfide was oxidized to sulfur selectively when the hydrogen sulfide，which escaped from acid leaching process of strontium carbonate residue，and air were absorbed by ferric nitrate solution.Ferric nitrate solution could be reused. After experiments，the preferable conditions were obtained：the concentration of ferric nitrate was 0.5 mol/L and temperature was 30℃.Under those conditions，the purity of sulfur was 99.38%，for per gram sulfur，the loss amount of ferric nitrate（calculated as Fe2O3）was 0.013 7 g.Because of simple process and easily-controllable conditions，this is a promising way to deal with hydrogen sulfide in acid leaching process of strontium carbonate residue.

strontium carbonate residue；hydrogen sulfide；ferric nitrate；selective oxidation

TQ132.33

A

1006-4990（2012）10-0044-02

科技支青項(xiàng)目（Y010051005）。

2012－04－21

李玉龍（1986— ），男，碩士研究生，主要研究方向?yàn)辂}湖化工。

聯(lián)系方式：tyy198609@163.com