碳酸锶废渣酸浸尾气的处理研究*

李玉龙，王树轩，李 波，李 宁

（1.中国科学院青海盐湖研究所，青海西宁810008；2.中国科学院研究生院）

碳酸锶废渣酸浸尾气的处理研究*

李玉龙1，2，王树轩1，李 波1，李 宁1

（1.中国科学院青海盐湖研究所，青海西宁810008；2.中国科学院研究生院）

将酸浸碳酸锶废渣时逸出的硫化氢气体和空气通入硝酸铁溶液中，硫化氢被氧化得到硫磺，硝酸铁溶液可重复使用。通过实验研究确定了较优实验条件：硝酸铁浓度为0.5 mol/L，实验温度为30℃，所得硫磺纯度为99.38%，每得到1 g硫磺时硝酸铁损失量（以Fe2O3计）为0.013 7 g。该方法具有条件容易控制、工艺流程简单等优点，适用于碳酸锶废渣酸浸过程中硫化氢气体的处理。

碳酸锶废渣；硫化氢；硝酸铁；选择性氧化

碳酸锶废渣产生于碳还原法制备碳酸锶工艺的浸取工段，其中含有酸溶性的硫化锶、硫化钙等，在其锶资源回收利用过程中，酸浸尾气中含有大量硫化氢气体，直接排放会污染环境，使操作人员中毒［1］。因此，对此过程中逸出的硫化氢气体进行吸收、氧化是十分必要的。湿法氧化脱硫是处理硫化氢气体较常用的工艺［2］，多种方法各有利弊，吸收剂、氧化剂及配体均会有不同程度的损失［3］。笔者通过实验确定硝酸铁氧化脱硫的较优条件，为解决碳酸锶废渣处理过程中硫化氢污染等问题提供参考依据。

1 实验部分

1.1 主要试剂及仪器

碳酸锶废渣（工业废渣）、硝酸铁（AR）、盐酸溶液（1+1）。

输氧泵、电热恒温水浴锅、马弗炉及相关玻璃器皿等。

1.2 实验方法

实验装置如图1所示，将硫化氢气体和空气通入硝酸铁溶液中，硫化氢气体被吸收、氧化得到硫磺，过滤后，硝酸铁溶液可重复使用；将硫磺颗粒洗涤至用氨水（pH=10左右）检验无沉淀，于60℃烘干至恒重，再于850℃灼烧，计算所得硫磺的纯度，以灼烧后残余的Fe2O3为原溶液中硝酸铁的损失量。研究硝酸铁浓度、实验温度对所得硫磺纯度的影响及在实验条件下硝酸铁的损失量（以Fe2O3计）。

2 实验结果与讨论

过滤后得到的颗粒物XRD图如图2所示。由图2可知，过滤后得到的颗粒物为硫磺（S8），再经过灼烧法［4］测定其纯度，将灼烧后残余粉末经XRD检测为氧化铁。

2.1 硝酸铁浓度、实验温度对硫磺纯度的影响

在20℃下研究硝酸铁浓度对硫磺纯度的影响，结果如图3所示。由图3可知，硫磺的纯度随硝酸铁浓度的增加而提高。当硝酸铁浓度增加时，硫化氢被吸收、氧化的速度加快，减少了硫化氢气体在液相中的滞留时间，生成的硫磺所吸附、包裹的硝酸铁溶液随之减少，故硫磺的纯度随硝酸铁浓度的增加而提高。由于浓度过高会使溶液密度增加，气体的输送、传质等受到限制，不利于氧化反应继续进行，溶液中出现少量黑色沉淀，从而影响硫磺的纯度，所以浓度以0.5 mol/L为宜。

确定了较适宜的硝酸铁浓度后，研究温度对硫磺纯度的影响，实验结果如图4所示。由图4可知，温度升高，硫磺的纯度随之提高，当温度为30℃时，硫磺的纯度最高为99.38%，当温度高于30℃时，硫磺的纯度反而降低，主要原因是当温度升高时，溶液中的溶解氧减少，不能及时氧化吸收的硫化氢，增加了氧化时间，从而使生成的硫磺吸附、包裹较多的硝酸铁溶液，降低硫磺的纯度。因此，考虑到降低能耗和提高硫磺纯度，实验温度取30℃。

2.2 温度对硝酸铁损失量的影响

分别在20、30、40、50℃下，考察硝酸铁的损失情况，实验结果如图5所示。由图5可知，低温、低浓度下硝酸铁的损失量较大，当浓度较高时损失量较小。其原因可能是，硝酸铁的损失量取决于硫化氢被氧化的速率，氧化速率主要受温度、反应物浓度的影响。硝酸铁浓度较低时，温度升高，氧化反应的速率常数增大，另外，升高温度会降低溶液中的溶解氧，使反应物浓度降低，所以，在硝酸铁浓度较低时升高温度会使反应速率降低，增加氧化反应的时间，生成的硫磺会吸附、包裹较多的硝酸铁溶液，从而使硝酸铁损失较多，温度过高时，硫化氢的溶解度会降低，生成硫磺的量减少，硝酸铁的损失量才会降低，但是部分硫化氢可能不被吸收。所以，综合考虑温度和浓度对硝酸铁损失量的影响，确定温度为30℃、硝酸铁浓度为0.5 mol/L为较优实验条件。

3 结论

使用硝酸铁溶液处理硫化氢气体时，应该注意控制实验温度和硝酸铁浓度，使被吸收的硫化氢气体迅速氧化为硫磺，其中控制温度比较关键，温度过高会降低溶液中的溶解氧、降低硫化氢的吸收效果；温度过低会使氧化反应的速率降低，也会影响硫磺的纯度和硝酸铁的损失量，所以本实验确定温度为30℃、硝酸铁浓度为0.5 mol/L为较优条件。另外，硝酸铁氧化硫化氢的动力学问题及相关的数学模型处理尚待进一步研究。

［1］田文玉，唐伯明，赵美玲，等.碳酸锶生产中“三废”综合利用研究［J］.装备环境工程，2007，4（4）：85-89.

［2］吴振中，曹作刚，李发永.柠檬酸铁处理高浓度硫化氢炼厂酸性气的研究［J］.石油与天然气化工，2006，35（1）：26-27.

［3］王平尧．国内湿法氧化脱硫技术的发展与应用［J］.维纶通讯，2011，31（1）：1-6.

［4］GB/T 2449—2006 工业硫磺［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

科技支青项目（Y010051005）。

2012－04－21

李玉龙（1986— ），男，硕士研究生，主要研究方向为盐湖化工。

联系方式：tyy198609@163.com