磷石膏通過雙極膜電滲析法制備硫酸的工藝及機(jī)理研究.pdf

1、磷石膏是我國副產(chǎn)石膏中數(shù)量最多的，其產(chǎn)量幾乎可以與我國天然石膏的年產(chǎn)量相比，也是化學(xué)工業(yè)中排放量最大的固體廢棄物之一。磷石膏是磷化工領(lǐng)域的主要固體廢棄物，每生產(chǎn)1噸的濕法磷酸(以P2O5計)，就會大約產(chǎn)生4~5 t左右的磷石膏（CaSO4·2H2O）。統(tǒng)計結(jié)果顯示，2011年我國副產(chǎn)磷石膏在5000萬t左右，磷石膏的累積量已超過3億 t。雖然人們對磷石膏的綜合應(yīng)用做了大量研究，但磷石膏的利用率仍很低。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的工藝用石膏制硫酸的工藝復(fù)雜

2、，設(shè)備投資大，耗能高，工藝過程中又產(chǎn)生嚴(yán)重的二次污染，一直難以推廣使用。企業(yè)及科研工作者關(guān)注的焦點(diǎn)是如何充分并且合理地利用國內(nèi)資源，生產(chǎn)投資少、低能耗、低成本、無環(huán)境污染的高品質(zhì)硫酸。雙極膜電滲析技術(shù)(BMED)是利用直流電場作用下雙極膜界面層內(nèi)發(fā)生水解離生成H+和OH-這一電化學(xué)特性,將雙極膜與其他陰陽離子交換膜組合將水溶液中的鹽轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的酸和堿。該方法已廣泛應(yīng)用于清潔生產(chǎn)酸堿、處理化工廢水等領(lǐng)域。
　　為有效利用磷石膏資源，

3、本文尋求新的方式，在雙極膜電滲析技術(shù)基礎(chǔ)上，研究磷石膏制備硫酸的影響因素及規(guī)律，為實(shí)現(xiàn)硫元素在濕法磷酸生產(chǎn)過程中的循環(huán)利用打下基礎(chǔ)。而雙極膜電滲析技術(shù)操作簡單、能耗低、污染少、費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，是一條高效利用磷石膏，促進(jìn)磷化工可持續(xù)發(fā)展的有益探索之路。
　　本論文采用雙極膜電滲析法應(yīng)用于磷石膏制備硫酸，考察單因素試驗(yàn)中操作電壓、物料質(zhì)量濃度、電滲析時間對各評價指標(biāo)的影響，考察影響硫酸濃度的因素，并研究其機(jī)理。主要研究工作及成果有：

4、r>　?。?）分別考察了操作電壓、物料質(zhì)量濃度、電滲析時間對各評價指標(biāo)的影響。結(jié)果表明：在改變操作電壓時，一定范圍內(nèi)，硫酸濃度和能耗均隨操作電壓的增大而增大；改變物料質(zhì)量濃度時，電流效率隨物料質(zhì)量濃度的增大而減小，能耗隨物料質(zhì)量濃度的增大而增大，硫酸濃度隨物料質(zhì)量濃度增大先增大后減??；改變電滲析時間時，電流效率隨電滲析時間的延長而減小，能耗隨電滲析的延長而增大，硫酸濃度隨電滲析時間的延長先增大后減小.
　?。?）研究了操作電壓、物

5、料質(zhì)量濃度及電滲析三因素四水平的正交試驗(yàn)，優(yōu)選工藝條件。以硫酸濃度為評價指標(biāo)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：料液濃度對實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響最大，其次電滲析時間，次要因素為操作電壓。因操作電壓為次要因素，綜合硫酸濃度和能耗、電流效率指標(biāo)，優(yōu)選工藝條件為料液濃度為13 g/L，電滲析時間為150 min，操作電壓15V。得到硫酸濃度為0.075 mol/L，能耗為0.165 kW·h/mol。
　?。?）研究了影響硫酸濃度的因素，通過間歇電滲析和連續(xù)電滲析處