锌冶炼副产物制备硫化锌吸附剂脱除气态汞的研究

摘要

基于以废治废的理念，以锌冶炼过程中产生的高硫渣和次氧化锌为原料，通过高温硫化的方式制备金属硫化锌吸附剂，采用X射线衍射（XRD）、拉曼光谱（Raman）、扫描电子显微镜（SEM）和比表面积分析（BET）等方法对不同焙烧温度和焙烧时间下制备的硫化锌吸附剂进行表征分析，并考察不同烟气温度和烟气成分对吸附剂脱汞性能的影响.实验结果表明：在焙烧温度和保温时间分别达到250℃和60 min后可实现硫化锌吸附剂的成功制备，且表面形成大量的介孔孔洞；制备的ZnS–250℃–90 min具有最佳的吸附性能，在烟气温度150℃以内，对气态单质汞（Hg⁰）的平均吸附效率在99%以上，且对烟气中的O₂、SO₂和H₂O具有较高的抗性；在模拟锌冶炼烟气成分和半穿透条件下，ZnS–250℃–90 min对Hg⁰的吸附容量可达3.04 mg·g^-1，优于常规金属硫化物吸附剂；硫化锌吸附剂表面的不饱和短链硫（Sx2-）为Hg⁰的关键活性位点，其可与烟气中的Hg⁰反应化学吸附反应，形成稳定的HgS，从而实现烟气中Hg⁰的净化；采用热脱附和多硫化物浸渍可实现吸附剂的循环再生，五次循环后吸附剂对Hg⁰的吸附效率保持在98%以上，汞以单质汞的形式得到回收.本研究不仅为锌冶炼行低成本汞污染控制和汞资源化利用提供了基础，也为锌冶炼废弃物再利用提供支撑，促进锌冶炼行业的绿色生产.

关键词

副产物 / 硫化锌 / 吸附 / 烟气脱汞 / 回收利用

基金资助

国家自然科学基金资助项目(52174334,51804139); 江西省杰出青年基金资助项目(20224ACB214009,20212ACB204015); 江西省主要学科学术和技术带头人资助项目(20212BCJ23007,20212BCJL23052)