淺析影響燒結煙氣濕法脫硫中除鹽效率的因素

摘要：近年來隨著我國工業的大力發展，各種污染也日漸嚴重。文章通過對燒結煙氣濕法脫硫中除鹽方法的簡單介紹，闡述了哪些方法能有效地除去有害物質達到安全排廢。

關鍵詞：陰陽離子；離子交換；樹脂除氯脫硫

中圖分類號：TM774 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）16-0061-02

在燒結煙氣脫硫項目中，通常所說的除熱穩定性鹽，如：SO42-、NO3-、S2O32-、CL-等陰離子的過程，是通過離子交換樹脂所釋放離子與溶液中的這些陰離子交換來實現的。下面我們就來分析影響除鹽效率的因素有哪些，怎么去選擇最合適的離子交換樹脂。

工作原理：離子交換樹脂是人工合成的有機高分子聚合物，是一種聚電解質，其結構分為基體和交換功能團，交換功能團就是參與離子交換的部分。比如釋放出來的H+與Na+、Ka+等的陽離子交換，OH-與CL-的陰離子

交換。

分類及選擇：交換功能團釋放出的H+或OH-能力的不同來表示它們所代表交換樹脂的酸堿性。根據酸堿性的不同大體可分為以下幾類：強酸性陽離子交換樹脂、弱酸性陽離子交換樹脂、強堿性陰離子交換樹脂、弱堿性陰離子交換樹脂。

其中，陽離子交換樹脂只與陽離子交換，陰離子交換樹脂只與陰離子交換。因此，我們除鹽、除氯系統所選用的是陰離子交換樹脂，除陽站所選用的應是陽離子交換樹脂。

接下來，怎么去選定樹脂的強、弱堿性呢，這就要根據我們要除掉離子的吸附能力的強弱來選擇。因為，樹脂對溶液中的不同離子有不同的親和力，對他們的吸附有選擇性，各種離子受樹脂交換吸附作用的強弱程度有一般的規律，如下：

對陽離子的吸附：高價離子通常被優先吸附，而低價離子的吸附較弱。在同價的同類離子中，直徑較大的離子的被吸附能力較強。陽離子被吸附能力的強弱如下：Fe3+>AL3+>Pb2+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>H+。

對陰離子的吸附：

強堿性陰離子樹脂對無機酸根的吸附順序為：SO42->NO3->CL->HCO3?>OH-。

弱堿性陰離子交換樹脂對陰離子的吸附的一般順序為：OH->檸檬酸根3->SO42->酒石酸跟2->草酸根2->PO43->NO2?>醋酸根>CL->HCO3-。

由以上陰離子吸附能力的規律我們可以看出：SO42-不論用強堿性陰離子交換樹脂還是弱堿性陰離子交換樹脂都有較好的吸附能力，因此對于我們除鹽來說優先選擇弱堿性陰離子交換樹脂，而考慮到CL-的吸附能力較差，因此除氯站需選用強堿性陰離子交換樹脂效果

較好。

在很多實際運行情況下，有的樹脂常常轉化為其他的離子來進行交換，這樣就給再生液的選擇提供了多樣性。比如除陽站所用的強酸性陽離子樹脂，我們可以用NaCL跟它作用，這樣就轉變為鈉型陽離子交換樹脂，在運行時，鈉型樹脂放出Na+與溶液中Fe3+>AL3+>Pb2+>Ca2+>Mg2+>K+等陽離子交換吸附，除去這些離子。在這個離子交換過程中，由于沒有放出H+，可避免溶液pH值下降和設備腐蝕等。更佳的是，這種樹脂可以采用鹽水再生，不需要強酸再生。以下結合除鹽、除氯、除陽等系統來進行具體分析。

萊鋼脫硫除氯站的特點：萊鋼脫硫除氯站項目所采用樹脂為中強堿性陰離子交換樹脂，這種樹脂常用于脫除葉綠素中的CL-，其功能團為含伯胺（即RNH2），在系統運行時，功能團在氫氧型式下釋放出OH-與溶液中的CL-進行離子交換。在pH值越低的情況下，交換能力越大，再生應需過量的強堿。

但是在實際運行中，我們是用H2SO4再生，已經轉化為硫酸鹽型陰離子交換樹脂，原因是這樣的，樹脂的再生過程是離子交換過程的逆反應，開始時伯胺功能團所釋放出的堿性離子與原溶液中的CL-交換吸附，當用H2SO4再生后SO42-參與了再生逆反應，漸漸替代了原來的伯胺功能團上所能釋放出的OH-，而成為了新型的硫酸鹽型陰離子交換樹脂，這一點我向樹脂廠家詢問時，證實了我的判斷。同理可得，如果采用NaOH再生就轉化成為了OH型陰離子交換樹脂（即原樹脂）。這也解釋了，為什么我們所采用的樹脂在實驗過程中效果較為理想，而在實際運行中由于樹脂類型改變引起的交換效率改變的原因之一。

那么在接下來的除氯過程中，這種新型的硫酸根型樹脂除氯效果怎么樣，應該是不夠理想的。原因是這樣的，按照大多數陰離子交換樹脂的吸附順序來判斷，CL-的吸附能力是低于SO42-吸附能力的，用CL-去跟SO42-交換是不容易做到的，交換樹脂的功能團優先吸附SO42-，不過當CL-的濃度越是高于SO42-的濃度時，這樣就形成了離子間的越大的濃度差，產生推動力進行交換。這也解釋了為什么我們的除氯效果不穩定的原因，也解釋了為什么當CL-的濃度較高時，除氯效果較佳的

原因。

萊鋼脫硫除鹽站的特點：萊鋼脫硫除鹽站項目所采用淄博東大樹脂為大孔型（孔徑為20～100nm）弱堿性陰離子交換樹脂，其基體為丙烯酸系，功能團含仲胺（即R2NH）和叔胺（即R3N），在系統運行時，樹脂功能團釋放出的OH-與溶液中的SO42-等離子交換，但是交換速度小。

樹脂失效問題：一方面，樹脂在使用較長時間后，由于它所吸附的一部分雜質，特別是大分子有機膠體物質、金屬（如鐵、銅等）、油污、有機分子微生物、強氧化劑等，不易被常規的再生處理所洗脫，逐漸積累而將樹脂污染，使樹脂效能降低。而我們的胺液恰恰含有金屬雜質以及大量的有機分子，離子交換樹脂很容易被我們的胺液影響而使效率降低。對于因為胺液所造成的失效，可采用酸堿交替處理法定期活化處理，對其中的無機雜質（主要是鐵的化合物）可用4%～5%的稀鹽酸浸泡除去，有機雜質可用2%～4%稀氫氧化鈉溶液浸泡除去，洗到近中性即可。

另一方面，有機物具有降解的性質，樹脂在合成過程中夾雜的聚合度較低的物質，及樹脂分解生成的物質，會在工作運行時溶解出來。交聯度較低和含活性基團多的樹脂，溶解傾向也會比較大。這種情況是無可避免的，只能從選購離子交換樹脂的質量方面來選擇了。endprint

關于胺液損耗問題：我想從離子交換的工作原理以及二元有機胺在溶液中的形態等方面陳述一下胺液損失的可能性。按照常理，離子交換反應時貧胺液中的無機酸根離子與離子交換樹脂中所釋放出的OH-離子發生交換，樹脂的丙烯酸系基體以及胺液中的R1R2NH+-R3-NR4R5比較穩定不參與交換。但是發現除鹽廢水含有一定量的胺液成分，我們可以反推回去，可以肯定的是，R1R2NH+-R3-NR4R5必定在樹脂上有殘留，才能被胺液沖洗水以及NaOH溶液再生沖洗水沖洗下來。結合陰離子交換樹脂的特性，陰離子交換樹脂可吸附大分子有機物，可以看出樹脂必定吸附了胺液中的一些有機成分。對于樹脂可吸附有機成分的特性，而我們采用的是有機胺液，況且有機物本身就存在一定的降解性質，可以說解決這部分胺液的損失沒有好的解決方法。

建議：由于該類樹脂再生較容易，可采用碳酸鈉溶液或者氨水來再生，取代成本較高的NaOH溶液。

關于除陽：對于直徑較大吸附性較強的離子如Fe3+、AL3+、Pb2+、Ca2+、Mg2+等可采用弱酸性離子交換樹脂。如果除吸附性較弱的離子如K+、Na+等采用強酸性陽離子交換樹脂，但是我從脫硫有關的反應找不出K+、Na+對于胺液系統反應的破壞性，這兩種離子都是屬于非常穩定的陽離子，是不會造成影響的。

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作者簡介：郭鳳明（1984—），男，山東臨沂人，山東省冶金設計院股份有限公司助理工程師，研究方向：過程裝備與控制系統。endprint