浅析影响烧结烟气湿法脱硫中除盐效率的因素

摘要：近年来随着我国工业的大力发展，各种污染也日渐严重。文章通过对烧结烟气湿法脱硫中除盐方法的简单介绍，阐述了哪些方法能有效地除去有害物质达到安全排废。

关键词：阴阳离子；离子交换；树脂除氯脱硫

中图分类号：TM774 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）16-0061-02

在烧结烟气脱硫项目中，通常所说的除热稳定性盐，如：SO42-、NO3-、S2O32-、CL-等阴离子的过程，是通过离子交换树脂所释放离子与溶液中的这些阴离子交换来实现的。下面我们就来分析影响除盐效率的因素有哪些，怎么去选择最合适的离子交换树脂。

工作原理：离子交换树脂是人工合成的有机高分子聚合物，是一种聚电解质，其结构分为基体和交换功能团，交换功能团就是参与离子交换的部分。比如释放出来的H+与Na+、Ka+等的阳离子交换，OH-与CL-的阴离子

交换。

分类及选择：交换功能团释放出的H+或OH-能力的不同来表示它们所代表交换树脂的酸碱性。根据酸碱性的不同大体可分为以下几类：强酸性阳离子交换树脂、弱酸性阳离子交换树脂、强碱性阴离子交换树脂、弱碱性阴离子交换树脂。

其中，阳离子交换树脂只与阳离子交换，阴离子交换树脂只与阴离子交换。因此，我们除盐、除氯系统所选用的是阴离子交换树脂，除阳站所选用的应是阳离子交换树脂。

接下来，怎么去选定树脂的强、弱碱性呢，这就要根据我们要除掉离子的吸附能力的强弱来选择。因为，树脂对溶液中的不同离子有不同的亲和力，对他们的吸附有选择性，各种离子受树脂交换吸附作用的强弱程度有一般的规律，如下：

对阳离子的吸附：高价离子通常被优先吸附，而低价离子的吸附较弱。在同价的同类离子中，直径较大的离子的被吸附能力较强。阳离子被吸附能力的强弱如下：Fe3+>AL3+>Pb2+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>H+。

对阴离子的吸附：

强碱性阴离子树脂对无机酸根的吸附顺序为：SO42->NO3->CL->HCO3?>OH-。

弱碱性阴离子交换树脂对阴离子的吸附的一般顺序为：OH->柠檬酸根3->SO42->酒石酸跟2->草酸根2->PO43->NO2?>醋酸根>CL->HCO3-。

由以上阴离子吸附能力的规律我们可以看出：SO42-不论用强碱性阴离子交换树脂还是弱碱性阴离子交换树脂都有较好的吸附能力，因此对于我们除盐来说优先选择弱碱性阴离子交换树脂，而考虑到CL-的吸附能力较差，因此除氯站需选用强碱性阴离子交换树脂效果

较好。

在很多实际运行情况下，有的树脂常常转化为其他的离子来进行交换，这样就给再生液的选择提供了多样性。比如除阳站所用的强酸性阳离子树脂，我们可以用NaCL跟它作用，这样就转变为钠型阳离子交换树脂，在运行时，钠型树脂放出Na+与溶液中Fe3+>AL3+>Pb2+>Ca2+>Mg2+>K+等阳离子交换吸附，除去这些离子。在这个离子交换过程中，由于没有放出H+，可避免溶液pH值下降和设备腐蚀等。更佳的是，这种树脂可以采用盐水再生，不需要强酸再生。以下结合除盐、除氯、除阳等系统来进行具体分析。

莱钢脱硫除氯站的特点：莱钢脱硫除氯站项目所采用树脂为中强碱性阴离子交换树脂，这种树脂常用于脱除叶绿素中的CL-，其功能团为含伯胺（即RNH2），在系统运行时，功能团在氢氧型式下释放出OH-与溶液中的CL-进行离子交换。在pH值越低的情况下，交换能力越大，再生应需过量的强碱。

但是在实际运行中，我们是用H2SO4再生，已经转化为硫酸盐型阴离子交换树脂，原因是这样的，树脂的再生过程是离子交换过程的逆反应，开始时伯胺功能团所释放出的碱性离子与原溶液中的CL-交换吸附，当用H2SO4再生后SO42-参与了再生逆反应，渐渐替代了原来的伯胺功能团上所能释放出的OH-，而成为了新型的硫酸盐型阴离子交换树脂，这一点我向树脂厂家询问时，证实了我的判断。同理可得，如果采用NaOH再生就转化成为了OH型阴离子交换树脂（即原树脂）。这也解释了，为什么我们所采用的树脂在实验过程中效果较为理想，而在实际运行中由于树脂类型改变引起的交换效率改变的原因之一。

那么在接下来的除氯过程中，这种新型的硫酸根型树脂除氯效果怎么样，应该是不够理想的。原因是这样的，按照大多数阴离子交换树脂的吸附顺序来判断，CL-的吸附能力是低于SO42-吸附能力的，用CL-去跟SO42-交换是不容易做到的，交换树脂的功能团优先吸附SO42-，不过当CL-的浓度越是高于SO42-的浓度时，这样就形成了离子间的越大的浓度差，产生推动力进行交换。这也解释了为什么我们的除氯效果不稳定的原因，也解释了为什么当CL-的浓度较高时，除氯效果较佳的

原因。

莱钢脱硫除盐站的特点：莱钢脱硫除盐站项目所采用淄博东大树脂为大孔型（孔径为20～100nm）弱碱性阴离子交换树脂，其基体为丙烯酸系，功能团含仲胺（即R2NH）和叔胺（即R3N），在系统运行时，树脂功能团释放出的OH-与溶液中的SO42-等离子交换，但是交换速度小。

树脂失效问题：一方面，树脂在使用较长时间后，由于它所吸附的一部分杂质，特别是大分子有机胶体物质、金属（如铁、铜等）、油污、有机分子微生物、强氧化剂等，不易被常规的再生处理所洗脱，逐渐积累而将树脂污染，使树脂效能降低。而我们的胺液恰恰含有金属杂质以及大量的有机分子，离子交换树脂很容易被我们的胺液影响而使效率降低。对于因为胺液所造成的失效，可采用酸碱交替处理法定期活化处理，对其中的无机杂质（主要是铁的化合物）可用4%～5%的稀盐酸浸泡除去，有机杂质可用2%～4%稀氢氧化钠溶液浸泡除去，洗到近中性即可。

另一方面，有机物具有降解的性质，树脂在合成过程中夹杂的聚合度较低的物质，及树脂分解生成的物质，会在工作运行时溶解出来。交联度较低和含活性基团多的树脂，溶解倾向也会比较大。这种情况是无可避免的，只能从选购离子交换树脂的质量方面来选择了。endprint

关于胺液损耗问题：我想从离子交换的工作原理以及二元有机胺在溶液中的形态等方面陈述一下胺液损失的可能性。按照常理，离子交换反应时贫胺液中的无机酸根离子与离子交换树脂中所释放出的OH-离子发生交换，树脂的丙烯酸系基体以及胺液中的R1R2NH+-R3-NR4R5比较稳定不参与交换。但是发现除盐废水含有一定量的胺液成分，我们可以反推回去，可以肯定的是，R1R2NH+-R3-NR4R5必定在树脂上有残留，才能被胺液冲洗水以及NaOH溶液再生冲洗水冲洗下来。结合阴离子交换树脂的特性，阴离子交换树脂可吸附大分子有机物，可以看出树脂必定吸附了胺液中的一些有机成分。对于树脂可吸附有机成分的特性，而我们采用的是有机胺液，况且有机物本身就存在一定的降解性质，可以说解决这部分胺液的损失没有好的解决方法。

建议：由于该类树脂再生较容易，可采用碳酸钠溶液或者氨水来再生，取代成本较高的NaOH溶液。

关于除阳：对于直径较大吸附性较强的离子如Fe3+、AL3+、Pb2+、Ca2+、Mg2+等可采用弱酸性离子交换树脂。如果除吸附性较弱的离子如K+、Na+等采用强酸性阳离子交换树脂，但是我从脱硫有关的反应找不出K+、Na+对于胺液系统反应的破坏性，这两种离子都是属于非常稳定的阳离子，是不会造成影响的。

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作者简介：郭凤明（1984—），男，山东临沂人，山东省冶金设计院股份有限公司助理工程师，研究方向：过程装备与控制系统。endprint