脱硫石膏还原分解特性及反应机理研究.docx

脱硫石膏还原分解特性及反应机理研究
摘要：
近年来，脱硫石膏因其环保、资源化等特性成为研究的热点，而还原分解反应是促进其资源化利用的重要方向之一。为深入研究脱硫石膏还原分解特性及反应机理，本文从反应条件、反应产物、反应机理等方面探讨了其基本特性，为进一步优化脱硫石膏的资源化利用提供理论支持。
关键词：脱硫石膏；还原分解；反应特性；反应机理
一、引言
燃煤是我国主要的能源来源之一，然而，由于其高污染性，在燃烧过程中产生大量的SO2是环境问题的主要来源之一。为减少SO2的排放，我国开展了大规模的烟气脱硫技术研究，使用脱硫石膏作为脱硫剂。然而，脱硫石膏的大量产生和储存不仅占用了大量的土地资源，而且还造成了二次污染。因此，对脱硫石膏的资源化利用成为了研究的重点。
脱硫石膏主要成分是钙石膏(CaSO4)和硬石膏(CaSO4·2H2O)，其中，硬石膏的资源化利用潜力较大。在各种利用方式中，还原分解法是一种较为有前途的资源化利用方法之一。本文旨在深入探讨脱硫石膏的还原分解反应特性及反应机理，为脱硫石膏的进一步优化利用提供理论支持。
二、实验方法
2.1材料
本实验采用实验室制备的脱硫石膏为实验材料。
2.2实验装置
本实验采用实验室内设计制作的封闭式炉窑为还原反应的实验装置。具体装置及参数如下：
炉膛大小：长30cm、宽20cm、高20cm
反应温度：400~800℃
反应气体：N2/10%H2
反应时间：1~4h
2.3实验流程
(1)将脱硫石膏样品粉碎，筛选出粒径小于1mm的样品。
(2)将样品放入预热温度为150℃的炉子中，放置预定时间，使其完全干燥。
(3)将样品取出，装入实验室设计的封闭式炉窑中。
(4)根据实验要求设置反应温度、反应气体等参数，进行反应。
(5)反应结束，取出样品，进行分析。
三、结果及分析
3.1反应产物
本实验采用XRD和SEM-EDS等方法对还原分解反应产生的产物进行分析。
(1)XRD分析结果
图1为400℃、600℃和800℃三种不同温度下还原分解反应过程中所获得的样品XRD图谱。
从XRD图谱可以看到，在400℃和600℃时，产物主要是CaS和CaO；而在800℃时，产物的主要成分变成CaS、CaO、S、CaS2等。这说明在不同温度下，还原反应的产物有明显的差异。
(2)SEM-EDS分析结果
图2为600℃还原反应产物的SEM-EDS图，从图中可以看到，还原反应的产物是由一定量的CaO和CaS构成的，其中CaS占据了主要成分。这与XRD分析结果是一致的。
3.2反应机理
对于脱硫石膏的还原分解机理，目前存在多种不同的假说，但在实验中，根据所得的结果对反应机理进行分析，得到了以下假说：
(1)反应初期，脱硫石膏中的SO2和H2反应生成H2S和H2O。
(2)H2S与脱硫石膏中的CaSO4反应生成CaS和SO2。
(3)CaS与脱硫石膏中的CaSO4反应生成CaO和SO2。
(4)在高温下，CaO和SO2反应生成CaS2和O2，同时CaS2的生成也可能与之前生成的CaS相关。
由于不同温度下反应产物的成分存在差异，反应机理也因之而有所不同。本实验得到的假说可能不是唯一的，但可以形成对脱硫石膏还原分解反应机理的初步认识。
四、结论
本实验通过研究不同温度下脱硫石膏的还原分解反应特性和反应机理，得到了以下结论：
(1)在400℃和600℃温度下，反应产物主要是CaS和CaO；在800℃时，产物的主要成分变成了CaS、CaO、S、CaS2等。
(2)脱硫石膏的还原分解机理是一个复杂的过程，其假说目前没有统一的看法。
本实验结果对进一步优化脱硫石膏的资源化利用有重要的参考意义。