亚硫酸铵的氧化性能研究

郑宏华

摘要：本文通过实验的方法测试了氨基湿法脱硫技术中亚硫酸氨起始浓度、起始PH值以及溶液搅拌速度、氧化风量等因素对氧化速率的影响，并通过分析实验数据，得出了相应的结论，并对实验中碰到的一些问题进行了探讨。

关键词：氨基湿法；亚硫酸氨；氧化速率

1、亚硫酸铵起始浓度对氧化速率的影响研究

实验条件：取一只洗净、烘干过、容积为1000ml的四口烧瓶，用量筒向四口烧瓶中准确加入体积为950ml的去离子水，并用移液管加入100ml质量分数为30%的NH3•H2O。放置在搅拌器下开启搅拌、放入pH计，利用钢瓶向NH3•H2O溶液中通入SO2调节pH值至5.3，开启恒温水浴锅保证溶液的温度稳定在50℃，开启空气泵启动氧化，氧化过程中搅拌转速设定在300rad/min、氧化风的流量控制在500L/h。每半小时测定一次溶液中亚硫酸根的浓度。完成后，分别调节30%的NH3•H2O的加入量为70ml、50ml、30ml、10ml，其它条件不变重复上述实验。

在实验过程中由于亚硫酸铵的氧化会使得整个溶液体系的pH值下降，导致无法表征氧化速率与pH值之间的相互影响关系，所以在本实验过程中采用逐滴滴加氨水的方法来控制整个氧化体系的pH值维持在5.20-5.45之间。

经分析：（NH4）2SO3的氧化速率因起始浓度不同而不同，起始浓度越高，氧化速率反而越低。

实验过程中发现，每加入10ml氨水产生的SO32-离子为100mmol，而经计算分析：每10ml氨水中只含有140mmol的NH4+，只能产生70mmol的亚硫酸铵，说明在pH值为5.3的条件下，混合溶液中HSO3-与SO3-的浓度比约为3:2。

在以上五组实验过程中，由于有三组的氧化时间特别长，其中有两组实验进行了13小时后让其自然氧化过夜，但是第二天发现并没有氧化完全，让其继续氧化其氧化速率还是非常慢（氧化速率只有20mmol/L•h），但是滴加氨水恢复pH值为5.3后，浆液立马恢复至原有氧化速率氧化完全，经分析有两种可能，一是浆液的pH值过低，最后剩余的SO3-很难氧化，二是由于氨水的加入推动了最后剩余SO3-的氧化完全，具体分析还需结合后期实验验证。

(NH4)2SO3的起始浓度不同时，其氧化速率不同，且起始浓度越低，氧化速率越高。按照逻辑推理应该可以得出，如果设定一个起始浓度以后，随着氧化的进行，溶液中未氧化的(NH4)2SO3浓度会越来越低，其氧化速率也会越来越快，但是实际试验结果不是这样的，每个起始浓度自开始氧化至氧化结束，其氧化速率变化不大，几乎一直保持相同的氧化速率直到氧化完全，合理的解释只有一种，就是硫酸铵浓度的升高会抑制亚硫酸铵的氧化，具体是不是这样还需要后期实验来验证。

2、起始pH值对氧化速率的影响研究

实验条件：取一只洗净、烘干过、容积为1000ml的四口烧瓶，用量筒向四口烧瓶中准确加入体积为970ml的去离子水，用移液管加入30ml质量分数为30%的NH3•H2O。放置在搅拌器下开启搅拌、放入pH计，利用钢瓶向NH3•H2O溶液中通入SO2调节pH值至5.3，开启恒温水浴锅保证溶液的温度稳定在50℃，开启空气泵启动氧化，氧化过程中搅拌转速设定在300rad/min、氧化风的流量控制在500L/h。每半小时测定一次溶液中亚硫酸根的浓度。在实验过程中由于亚硫酸铵的氧化会使得整个溶液体系的pH值下降，导致无法表征氧化速率与pH值之间的相互影响关系，所以在本实验过程中采用逐滴滴加氨水的方法来控制整个氧化体系的pH值维持在5.25-5.35之间。

完成后，分别将氧化过程中的pH控制在4.2±0.05、4.7±0.05、5.0±0.05、5.7±0.05、6.1±0.05、6.5±0.05、7.1±0.05，其它条件不变重复上述实验，研究pH值对(NH4)2SO3氧化速率的影响。

经分析：(NH4)2SO3氧化速率随pH值变化而变化，在pH值小于5.8时，氧化速率随pH值的升高而增大；而当pH值大于5.8时，氧化速率随pH值的升高而减小，(NH4)2SO3溶液的最佳氧化pH值为5.7-5.9。

在滴加氨水控制pH值的过程中发现，如果当浆液pH值低于5.25才滴加氨水时会产生明显的气溶胶现象，且pH值越低越明显；而当pH值在5.4以上时则不会出现，说明氨法脱硫工艺中浆液pH值的控制对气溶胶控制尤为重要。

确定了氨基湿法脱硫工艺的最佳氧化速率下的pH值控制范围，当pH值在5.7-5.9之间时，(NH4)2SO3溶液具有最大氧化速率，约为40-43mmol/L•h，而文献中的氧化速率在80-100mmol/L•h，远高于本周的实验数据，但是文献中的氧化实验条件叙述不够清楚，具体还需要在后期的实验中进一步验证。后期氧化实验条件中的pH值控制点为5.8±0.1。

3、搅拌转速对(NH4)2SO3溶液的氧化速率的影响研究

实验条件：取一只洗净、烘干过、容积为1000ml的四口烧瓶，用量筒向四口烧瓶中准确加入体积为980ml的去离子水，用移液管加入20ml质量分数为30%的NH3•H2O。放置在搅拌器下开启搅拌、放入pH计，利用钢瓶向NH3•H2O溶液中通入SO2调节pH值至5.8，开启恒温水浴锅保证溶液的温度稳定在50℃，开启空气泵启动氧化，氧化过程中搅拌转速设定在300rad/min、氧化风的流量控制在500L/h。每半小时测定一次溶液中亚硫酸根的浓度。在实验过程中由于亚硫酸铵的氧化会使得整个溶液体系的pH值下降，导致无法表征氧化速率与pH值之间的相互影响关系，所以在本实验过程中采用逐滴滴加氨水的方法来控制整个氧化体系的pH值维持在5.75-5.85之间。

完成后，分别将氧化过程中的搅拌转速控制在100rad/min、200rad/min、400rad/min、500rad/min、700rad/min，其它条件不变重复上述实验，研究搅拌转速对(NH4)2SO3氧化速率的影响。

经分析：(NH4)2SO3溶液的氧化速率随着搅拌转速的提高和增大，其中搅拌转速在300-500rad/min范围内，其氧化速率随搅拌转速的变化较为剧烈。

(NH4)2SO3溶液的氧化速率受搅拌转速影响较大，但是考虑实际和设备性能的可行性，在后期的氧化实验条件中搅拌转速确定在500rad/min，此时(NH4)2SO3溶液的氧化速率能达到60mmol/L•h以上。

4、氧化风量对(NH4)2SO3溶液的氧化速率的影响研究

实验条件：取一只洗净、烘干过、容积为1000ml的四口烧瓶，用量筒向四口烧瓶中准确加入体积为980ml的去离子水，用移液管加入20ml质量分数为30%的NH3•H2O。放置在搅拌器下开启搅拌、放入pH计，利用钢瓶向NH3•H2O溶液中通入SO2调节pH值至5.8-5.9，开启恒温水浴锅保证溶液的温度稳定在50℃，开启空气泵启动氧化，氧化过程中搅拌转速设定在500rad/min、氧化风的流量控制在50L/h。每半小时测定一次溶液中亚硫酸根的浓度。在实验过程中由于亚硫酸铵的氧化会使得整个溶液体系的pH值下降，导致无法表征氧化速率与pH值之间的相互影响关系，所以在本实验过程中采用逐滴滴加氨水的方法来控制整个氧化体系的pH值维持在5.8-5.9之间。

完成后，分别将氧化过程中氧化风量控制在100、200、300、500、600、0L/h，其它条件不变重复上述实验，研究氧化风量对(NH4)2SO3氧化速率的影响。

转速为300rad/min时，氧化风量对(NH4)2SO3溶液的氧化速率的影响研究

实验条件：取一只洗净、烘干过、容积为1000ml的四口烧瓶，用量筒向四口烧瓶中准确加入体积为980ml的去离子水，用移液管加入20ml质量分数为30%的NH3•H2O。放置在搅拌器下开启搅拌、放入pH计，利用钢瓶向NH3•H2O溶液中通入SO2调节pH值至5.8-5.9，开启恒温水浴锅保证溶液的温度稳定在50℃，开启空气泵启动氧化，氧化过程中搅拌转速设定在500rad/min、氧化风的流量控制在50L/h。每半小时测定一次溶液中亚硫酸根的浓度。在实验过程中由于亚硫酸铵的氧化会使得整个溶液体系的pH值下降，导致无法表征氧化速率与pH值之间的相互影响关系，所以在本实验过程中采用逐滴滴加氨水的方法来控制整个氧化体系的pH值维持在5.8-5.9之间。

完成后，分别将氧化过程中氧化风量控制在1.5、6、15、100、200、300、500、600，其它条件不变重复上述实验，研究氧化风量对(NH4)2SO3氧化速率的影响。

经分析：在相同的搅拌转速下，氧化风量越大，(NH4)2SO3的氧化速率越高、氧化完全的时间越短。

说明：当控制氧化风量较低时，浆液体系的氧化速率时间过长，无法做到氧化完全才终止实验，故本实验中各组氧化最长时间控制为12小时，各组实验超过12小时时，总平均氧化速率直接取前12小时的平均氧化速率计算。

在不同的转速下，(NH4)2SO3的氧化速率随氧化风量变化的趋势几乎平行，切搅拌转速越高，平均氧化速率越高。

说明：本实验在转速为300rad/min时，溶液表面较为平静，因此测定较低氧化空气量下（1.5L/h、6L/h、15L/h）的空气利用率和氧化速率。但是当搅拌转速为500rad/min时，由于搅拌过于剧烈，在液面以下形成涡流产生一定量的气泡，如果测定的氧化空气量过低会导致数据不准确，所以转速为500rad/min时，测定对最小氧化空气量为50L/h。

5、结论

通过以上几个实验，定量分析了起始浓度、起始PH值、搅拌转速和氧化风量对亚硫酸氨溶液氧化速率的影响，得出了初步的研究结果，但是由于篇幅所限，本文没有列出溶液温度，以及亚硫酸氨饱和度对氧化速率的影响。

参考文献：

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