鎂法脫硫技術(shù)是以活性氧化鎂為基礎(chǔ)原料的濕法脫硫工藝，具有環(huán)境友好、節(jié)約資源、資源利用率高等優(yōu)點(diǎn)。中國鎂法脫硫技術(shù)成熟，資源優(yōu)勢顯著，副產(chǎn)物可實(shí)現(xiàn)多元化利用。利用副產(chǎn)物制備的硫酸鎂、氧化鎂產(chǎn)品在各個領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景，尤其在建筑業(yè)、農(nóng)業(yè)等方面有著巨大的戰(zhàn)略優(yōu)勢。總結(jié)了國內(nèi)外鎂法脫硫技術(shù)的研究及應(yīng)用狀況，凸顯出中國鎂法脫硫的技術(shù)優(yōu)勢、資源優(yōu)勢及資源多元化利用的優(yōu)勢。詳細(xì)闡述了以鎂法脫硫副產(chǎn)物制備硫酸鎂及氧化鎂的工藝過程，對副產(chǎn)物多元化利用的途徑進(jìn)行了深入分析。同時重點(diǎn)介紹了以鎂法脫硫副產(chǎn)物為原料制備鎂基新材及其在裝配式建筑領(lǐng)域中的應(yīng)用，為擴(kuò)展副產(chǎn)物應(yīng)用領(lǐng)域提供了研究思路。

中國《環(huán)境保護(hù)國家標(biāo)準(zhǔn)“十三五”發(fā)展規(guī)劃》指出， 要進(jìn)一步加強(qiáng)對燃煤電廠、熱電廠煙氣排放監(jiān)控，要求企業(yè)實(shí)施除塵、脫硫、脫硝技術(shù)改造，使廢氣中污染氣體的含量達(dá)到國家環(huán)境保護(hù)排放標(biāo)準(zhǔn)。發(fā)電廠二氧化硫煙氣排放的治理， 一直是各國環(huán)保部門高度重視的問題。煙氣脫硫（FGD）技術(shù)能有效降低排放尾氣中大氣污染物含量， 是一種廣泛應(yīng)用于含硫煙氣處理的工藝手段，其種類有上百種之多，其中投入工業(yè)化應(yīng)用的有幾十種。FGD 技術(shù)又分為濕法和干法， 應(yīng)用較為普遍的主要是濕法， 鈣基脫硫、雙堿法脫硫、氨法脫硫、鎂法脫硫及微生物脫硫?yàn)闈穹摿? 種主要技術(shù)。鈣基脫硫是當(dāng)前世界上比較成熟的工藝之一，但是其缺點(diǎn)也較為突出，如初期建設(shè)投資大、耗電量高及耗水量大、設(shè)備易堵塞磨損等，這些問題限制了其發(fā)展空間。相比于鈣基脫硫，鎂法脫硫的優(yōu)越性體現(xiàn)在煙氣脫硫效果優(yōu)越、設(shè)備投資及運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低、不易堵塞、副產(chǎn)品綜合回收等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的發(fā)展及應(yīng)用前景，一直是煙氣脫硫領(lǐng)域研發(fā)和關(guān)注的焦點(diǎn)。

1 國內(nèi)外鎂法脫硫研究進(jìn)展

日本是國外首個采用氫氧化鎂漿法進(jìn)行煙氣脫硫的國家。石川島播磨重工業(yè)株式會社（IHI）開發(fā)的鎂劑濕法煙氣脫硫工藝，經(jīng)過長期的發(fā)展越來越成熟， 其煙氣脫硫效率：鍋爐煙氣脫硫率達(dá)到98%以上、燒結(jié)廠煙氣脫硫率達(dá)到96%以上、催化裂化爐煙氣脫硫率達(dá)到95%以上。2017 年，日本鎂法煙氣脫硫裝置技術(shù)已經(jīng)達(dá)到世界領(lǐng)先水平，但是對于煙氣脫硫副產(chǎn)物的處理大多采用拋棄法。美國在20 世紀(jì)80 年代建成一套工業(yè)規(guī)模的氧化鎂法煙道氣脫硫-再生裝置， 該裝置SO2脫除效率高達(dá)95%，且脫硫副產(chǎn)物綜合利用制備硫酸。在脫硫副產(chǎn)物利用方面，美國一家公司開發(fā)的鎂法脫硫裝置將副產(chǎn)物轉(zhuǎn)化成氫氧化鎂作為產(chǎn)品銷售，為企業(yè)創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)了脫硫產(chǎn)物的綜合利用。

中國鎂法脫硫技術(shù)的研發(fā)主要把重心放在了對脫硫工藝的研究和機(jī)理探討上，對脫硫副產(chǎn)物的綜合回收研究不夠深入。據(jù)數(shù)據(jù)顯示，截止2015年中國實(shí)際投產(chǎn)運(yùn)行的鎂法煙氣脫硫裝置已達(dá)40 套， 其中投產(chǎn)運(yùn)行的不僅僅是傳統(tǒng)的發(fā)電廠、電站， 并且應(yīng)用在了小型或大型的金屬冶煉行業(yè)，對于脫硫副產(chǎn)物的利用問題已逐步深入尋找多元化的利用途徑，其中氧化鎂再生法和硫酸鎂回收法是目前的主流技術(shù)手段。中國某化工集團(tuán)所屬電廠建成的再生氧化鎂煙氣脫硫裝置，將產(chǎn)生的二氧化硫廢氣經(jīng)過脫硫漿液吸收生成副產(chǎn)物亞硫酸鎂和少量被氧化成的七水硫酸鎂，經(jīng)過蒸發(fā)、結(jié)晶、干燥，再經(jīng)過焙燒熱解， 生成的二氧化硫被轉(zhuǎn)化吸收，之后輸送至硫酸系統(tǒng)作為制備硫酸的原料，整個過程高效、環(huán)保，熱解氧化鎂可循環(huán)使用。

2 鎂法脫硫技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢

2.1 鎂資源優(yōu)勢

中國鎂資源儲量在世界上屬于較為豐富的國家之一，資源類型多，主要從提煉菱鎂礦、鹽湖區(qū)鎂鹽、含鎂白云石、海水這4 種途徑獲得，分布領(lǐng)域幾乎遍布整個國家。鹽湖區(qū)鎂鹽主要指來源于中國四大鹽湖區(qū)的鎂資源。據(jù)探測顯示，青海鹽湖儲存16.5 億t 氯化鎂資源， 中國74%的氯化鎂資源位于青海省。中國鹽湖鎂資源主要以氯化鎂形式存在，易開采。據(jù)中國菱鎂礦資源勘測統(tǒng)計(jì)，中國菱鎂礦資源主要分布在東北、華北及西北地區(qū)，其中東北遼寧省菱鎂礦資源儲量最大， 占中國總儲量的85.62%。中國菱鎂礦儲量集中，礦石中MgO 平均品位為43%，菱鎂礦的類型也較為單一， 大部分菱鎂礦呈現(xiàn)鎂質(zhì)碳酸鹽地層中層控晶質(zhì)，在鎂法煙氣脫硫領(lǐng)域，菱鎂礦焙燒而成的氧化鎂才是鎂法煙氣脫硫劑的主要原料來源。中國主要菱鎂礦產(chǎn)區(qū)及探明儲量見表1。由表1 看出，菱鎂礦探明儲量最多的城市為海城市。

目前， 中國鎂法脫硫技術(shù)應(yīng)用最為廣泛的區(qū)域主要在華北及東北地區(qū)， 這些地區(qū)主要是以火力發(fā)電為主， 鎂法脫硫作為一種綠色環(huán)保的SO2減排技術(shù)，脫硫原材料運(yùn)輸便利，為鎂法脫硫技術(shù)的研究與開發(fā)提供了保障。

2.2 脫硫技術(shù)成熟

中國鎂法煙氣脫硫技術(shù)的應(yīng)用已有數(shù)十年。脫硫技術(shù)領(lǐng)域綜合評價顯示， 中國火電廠行業(yè)對鎂法脫硫技術(shù)的評價僅僅低于鈣法脫硫技術(shù)。這主要是因?yàn)殒V法脫硫技術(shù)只在少數(shù)鎂資源豐富的地區(qū)推廣運(yùn)行， 但在全國范圍內(nèi)特別是一些鎂資源儲量少的地區(qū)， 限制于地域因素， 使得脫硫原材料運(yùn)輸費(fèi)用高，這些區(qū)域主要是以鈣法脫硫?yàn)橹鳎V法脫硫技術(shù)投資運(yùn)行較為少見。

鎂法煙氣脫硫裝置使用的脫硫劑是提純后的菱鎂礦經(jīng)過焙燒生成的活性氧化鎂， 活性氧化鎂水化迅速，其反應(yīng)活性比氧化鈣高10 倍以上，并且脫硫劑消耗成本低廉。2008 年韶鋼四號燒結(jié)機(jī)的煙氣脫硫選用濕式鎂法脫硫工藝，該鎂法脫硫裝置不僅脫硫效率高，經(jīng)吸收排放的尾氣達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)，并且副產(chǎn)物的利用形成了一套完整的處理工藝體系，即通過曝氣氧化→過濾除雜→蒸發(fā)→冷卻結(jié)晶→離心分離→干燥→自動包裝工藝流程， 實(shí)現(xiàn)了由副產(chǎn)物到產(chǎn)品制備的過程，提高了公司的整體效益。

應(yīng)用鎂法煙氣脫硫技術(shù)除去電廠煙氣中的二氧化硫，還可用于現(xiàn)存石灰/石灰石法脫硫工藝的改造。相比于其他脫硫技術(shù)，應(yīng)用鎂法脫硫技術(shù)進(jìn)行改造， 設(shè)備的改造費(fèi)用低廉。改造后脫硫工藝的優(yōu)點(diǎn)：吸收劑制備簡單、液氣比小、吸收劑利用率高、副產(chǎn)物可形成產(chǎn)品進(jìn)行銷售、設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定、不易堵塞，同時為低品位鎂礦資源化利用提供了新的方向。

3 鎂法脫硫技術(shù)中的資源多元化利用

鎂法脫硫技術(shù)利用中國的優(yōu)勢資源， 以其卓越的脫硫績效推動了循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。煙氣脫硫副產(chǎn)物的綜合利用技術(shù)實(shí)現(xiàn)了“變廢為寶”，中國采用的“三效強(qiáng)制外循環(huán)蒸發(fā)技術(shù)”、“可控式快速降溫冷卻結(jié)晶槽技術(shù)”等，成功實(shí)現(xiàn)了脫硫廢液制備七水硫酸鎂工藝體系， 產(chǎn)品七水硫酸鎂在各個領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。

鎂法煙氣脫硫副產(chǎn)物綜合利用典型的處理方式有曝氣氧化法、焙燒熱解法、加酸氧化法3 種，綜合利用后可生成硫酸鎂、氧化鎂和二氧化硫（用于制備硫酸），這3 種產(chǎn)品在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中有著舉足輕重的作用和地位，例如硫酸鎂在涂料、環(huán)境保護(hù)、食品加工、醫(yī)療衛(wèi)生等方面都有廣泛的應(yīng)用。

3.1 鎂法脫硫過程及聯(lián)產(chǎn)硫酸鎂

圖1 為鎂法脫硫工藝流程圖。

該工藝不僅脫除SO2效果顯著， 并且實(shí)現(xiàn)了副產(chǎn)物制七水硫酸鎂產(chǎn)品。活性氧化鎂發(fā)生水化反應(yīng)生成氫氧化鎂，調(diào)制成一定濃度的氫氧化鎂漿液后送入脫硫塔；除塵后的尾氣從中部導(dǎo)入吸收塔，經(jīng)過吸收劑漿體除去其中的SO2， 再經(jīng)過換熱器降溫后成為達(dá)標(biāo)尾氣排入大氣；漿體吸收二氧化硫形成亞硫酸鎂，亞硫酸鎂進(jìn)入微孔曝氣氧化裝置被氧化成硫酸鎂，之后過濾除雜，再進(jìn)入結(jié)晶槽中結(jié)晶成七水硫酸鎂， 七水硫酸鎂經(jīng)過真空皮帶脫水干燥， 最后形成七水硫酸鎂產(chǎn)品包裝銷售， 結(jié)晶槽中含有硫酸鎂的上清液和脫水干燥的廢水輸送至循環(huán)水箱中， 經(jīng)過循環(huán)水箱處理過后的水輸送至脫硫塔中回用。

鎂法脫硫過程中發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)：

1）脫硫劑的制備：

MgO+H2O→Mg（OH）2

2）煙氣中SO2與水反應(yīng)：

SO2+H2O→H2SO3

H2SO3→HSO3-+H+HSO3-→H++SO32-

3）反應(yīng)脫除SO2：

Mg（OH）2+SO2→MgSO3+H2O

MgSO3+H2O+SO2→Mg（HSO3）2

MgO+Mg（HSO3）2→2MgSO3+H2O

4）副產(chǎn)物曝氣氧化：

MgSO3+1/2O2→MgSO4

MgSO4+7H2O→MgSO4·7H2O