SO₂浸出软锰矿体系连二硫酸锰的生成机制

摘要

副产物连二硫酸锰（MnS₂O₆）的生成是限制软锰矿烟气脱硫技术广泛工业化应用的关键科学问题。迄今，MnS₂O₆的生成机制尚未阐明，难以为控制MnS₂O₆的生成提供有效的理论依据。本文采用理论分析与实验验证相结合的方法研究了SO₂浸出软锰矿体系MnS₂O₆的生成机制，阐明了MnS₂O₆生成速率的控制步骤和动力学过程。首先，通过文献研究对反应体系进行了理论分析，并基于SO₂氧化的HSO₃自由基机理及表面吸附和电化学模型提出的SO₂还原浸出二氧化锰（MnO₂）的动力学模型，提出MnS₂O₆的生成机制可用HSO₃自由基生成机理进行解释，MnS₂O₆生成速率微观上取决于HSO₃生成速率，宏观上主要取决于体系H⁺和HSO₃^-浓度，理论推导的生成速率方程为■，H⁺和HSO₃^-的理论反应级数均为1.0。然后，通过动力学实验研究考察了体系SO₂浓度、pH和温度对MnS₂O₆生成的影响和动力学过程，结果表明：MnS₂O₆生成速率随体系SO₂浓度的增大而增加，随体系酸度和温度的升高呈现先快速减小后下降趋缓的趋势，H⁺和SO₂浓度对MnS₂O₆生成速率的反应级数分别为–0.059和1.014，反应活化能为7 068.98 J/mol。最后，结合动力学实验研究结果和SO₂溶解平衡分析，推导出体系H⁺浓度和HSO₃^-浓度的反应级数分别为0.955和1.014，与理论推导出的反应级数非常接近。研究结果验证了理论分析所得动力学方程的准确性，表明MnS₂O₆生成机制可用HSO₃自由基生成机理进行解释，可为MnS₂O₆生成特性及抑制方法研究提供理论依据和有效途径。

关键词

二氧化硫 / 软锰矿 / 连二硫酸锰 / 生成机制 / 动力学

基金资助

国家自然科学基金项目（51374150）; 重庆市教育委员会科学技术研究项目（KJQN201901307）; 重庆市科学技术委员会项目（cstc2021jcyj–msxmX1005）; 重庆文理学院校级科研项目（R2019FCH09）