脫硫石膏制備碳酸鈣晶須及其機理研究.pdf

1、脫硫石膏是工業(yè)脫硫得到的廢渣，巨大的產(chǎn)量已成為火電廠第二大固體廢物。目前我國大部分脫硫石膏還以堆儲為主，如不能被有效利用，不僅占用了土地資源，耗費資金，而且會造成二次污染。如能將其充分利用，代替天然石膏，不僅能節(jié)約自然資源，且能“變廢為寶”，使廢物資源化利用，實現(xiàn)環(huán)境效益和社會效益的雙贏。由于脫硫石膏的主要成分為二水硫酸鈣和碳酸鈣，以此為鈣源來制備具有高附加值的碳酸鈣晶須材料無疑是一種不錯的選擇。
　　本研究以脫硫石膏為原料使用氨

2、轉(zhuǎn)化-碳化法制備碳酸鈣晶須。首先對碳酸鈣晶須生產(chǎn)過程中涉及的硫酸銨-碳酸鈣-水體系進行了考察，獲得了碳酸鈣在硫酸銨溶液中的溶解度基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，確定了碳酸鈣溶解度在硫酸酸銨溶液中的變化規(guī)律以及溶液的黏度、密度、折光率等物理參數(shù)的變化。研究表明，碳酸鈣在硫酸銨溶液中的溶解度遠(yuǎn)大于在水中的溶解度，并且隨著硫酸銨濃度和溫度的增加而增大，例如，在298.15 K下碳酸鈣的溶解度由3.3654 mmol·kg-1增加到16.5709 mmol·kg-1

3、，323.15 K下由3.9245 mmol·kg-1增加到25.6335 mmol·kg-1，在348.15 K下由6.2443 mmol·kg-1增加到33.0588 mmol·kg-1。溶液的粘度和密度隨著硫酸銨濃度的增加而增大，但隨著溫度的增大而減小。同樣，溶液折光率也隨硫酸銨濃度的增加而增大，隨溫度的增加而減小。另外，用二階多項式模型和指數(shù)模型分別對碳酸鈣的溶解度數(shù)據(jù)和溶液黏度數(shù)據(jù)進行了關(guān)聯(lián)模擬，驗證了實驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，為優(yōu)化

4、工藝條件提供指導(dǎo)。
　　其次對脫硫石膏-碳酸氫銨反應(yīng)過程工藝條件和反應(yīng)機理進行了研究，探討了物料配比、溫度、攪拌強度以及反應(yīng)時間對反應(yīng)過程的影響，確定了最佳工藝條件為:原料摩爾比(NH4+/SO42-)為2，反應(yīng)溫度60℃，攪拌速度350rpm，反應(yīng)時間20 min，此時轉(zhuǎn)化率達到97％以上;脫硫石膏與碳酸氫銨的反應(yīng)是一個復(fù)雜的多相化學(xué)反應(yīng)過程，其中包括了化學(xué)反應(yīng)、液膜擴散、和固膜擴散步驟，該反應(yīng)可以用縮芯模型來描述。此外，實驗還

5、考察了原料中雜質(zhì)離子(Fe3+、Mg2+)的存在對反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的影響，結(jié)果表明:Fe3+和Mg2+的單獨存在對石膏與碳酸氫銨反應(yīng)過程都會產(chǎn)生消極影響，使得SO42-轉(zhuǎn)化率下降，并且隨著二者含量的增加，SO42-轉(zhuǎn)化率會大幅度降低，例如，當(dāng)Fe3+含量為0.05％時，SO42-轉(zhuǎn)化率相對于不含雜質(zhì)離子時平均下降1.79％，隨著Fe3+含量分別增加到0.2％和0.4％，5O42-轉(zhuǎn)化率平均下降3.13％和5.00％。當(dāng)二者交互作用時影響是同向

6、的，且是抑制SO42-轉(zhuǎn)化的。
　　最后，本文以脫硫石膏與碳酸氫銨反應(yīng)所得碳酸鈣渣浸取液為原料，采用并流加料的方式氨碳化制備碳酸鈣晶須。對碳酸鈣晶須的制備條件進行了系統(tǒng)研究，得到碳酸鈣晶須適宜的制備條件為Ca2+濃度:0.1108～0.3325mol/L，Ca2+/HCO3-摩爾比:1∶2～1∶3，反應(yīng)溫度:60℃～80℃，攪拌速度:200rpm～300rpm，滴加速度:1～2 ml/min;最終得到了長度為10～30μm，直徑為