水热法α-半水脱硫石膏制备工艺及转晶技术研究

论文摘要

石灰石/石灰湿法烟气脱硫是世界各国治理SO2污染的主流环保工程,脱硫石膏是其副产物。随着我国节能减排工作的深入开展,烟气脱硫已成为强制措施。脱硫石膏的排放量和增长速度迅猛增加,高效资源化利用已迫在眉睫。脱硫石膏生长于烟气脱硫过程中的浆液环境,具有纯度高、品质稳定、晶体粒度小、有害杂质少且呈湿态排放等特点,非常适合水热法制备α-半水高强石膏。利用脱硫石膏呈湿态粉体、品位较高的特点,采用常压水热法制备α-半水石膏。研究了盐溶液浓度、反应温度与时间、料浆浓度、pH值等因素对脱水反应动力学过程及α-半水脱硫石膏产物形态的影响,确定了脱硫石膏制备α-半水石膏的最佳工艺条件为:盐溶液浓度15%,反应温度100℃,反应时间4小时,pH=5,料浆浓度为20%。掺晶形转化剂是改善脱硫石膏常压水热法制α-半水石膏的产物晶形的有效方法,常用的转晶剂有高价无机盐类转晶剂、多元有机酸（盐）类转晶剂、大分子类转晶剂及表面活性剂类转晶剂等几大类。各转晶剂单掺时作用效果一般,不能得到晶形较好的α-半水石膏,复掺时可以获得标稠需水量较低,强度较高,结晶状态理想的短柱状α-半水石膏.最终制得抗压强度为32.25MPa,标稠需水量为32%的高强石膏材料。转晶剂的作用机理目前还在探讨阶段,一般认为α-半水石膏是在溶液中溶解再结晶形成,掺入转晶剂时,转晶剂被某些晶面吸附,影响该晶面生长速度,各晶面发育速度的差异促使晶体向短柱状发展。本研究为高效转晶剂研发和高强石膏制备提供技术基础,对脱硫石膏的资源化利用实现可持续发展具有一定的指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 脱硫石膏的来源与资源化利用状况
• 1.1.1 脱硫石膏的来源
• 1.1.2 脱硫石膏资源化利用状况
• 1.2 高强石膏
• 1.2.1 高强石膏资源状况
• 1.2.2 高强石膏的应用
• 1.3 国内外脱硫石膏制 α-半水石膏研究进展
• 1.4 本课题的意义和研究内容
• 1.4.1 本课题的意义
• 1.4.2 本课题的研究内容
• 2 原材料及实验方法
• 2.1 主要原材料
• 2.1.1 脱硫石膏
• 2.1.2 化学试剂
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 α-半水石膏制备工艺
• 2.2.2 结晶水含量测定测定
• 2.2.3 标准稠度需水量测定
• 2.2.4 强度测定
• 2.2.5 三相分析
• 2.2.6 热分析
• 2.2.7 粒度分析
• 2.2.8 偏光显微镜形貌分析
• 2.2.9 扫描电镜分析
• 3 基本工艺参数的确定
• 3.1 盐溶液种类和浓度的确定
• 3.1.1 盐溶液种类选择
• 3.1.2 盐溶液浓度选择
• 3.2 反应温度和时间的确定
• 3.3 料浆浓度的确定
• 3.4 pH 值的确定
• 3.5 杂质的影响
• 3.6 最佳工艺条件下样品性能测定
• 3.7 本章小结
• 4 转晶剂对 α-半水石膏晶形的影响
• 4.1 无机盐类（高价盐类）转晶剂
• 4.1.1 硫酸铝
• 4.1.2 硫酸铁
• 4.1.3 明矾
• 4.1.4 不同无机盐转晶剂条件下标稠和强度比较
• 4.2 多元有机酸（盐）类转晶剂
• 4.2.1 柠檬酸钠
• 4.2.2 琥珀酸
• 4.2.3 不同多元有机酸（盐）转晶剂条件下标稠和强度比较
• 4.3 大分子类转晶剂
• 4.3.1 糊精
• 4.3.2 明胶
• 4.3.3 小结
• 4.4 表面活性剂类转晶剂
• 4.4.1 十二烷基苯磺酸钠
• 4.4.2 OP-10
• 4.4.3 单硬脂酸甘油酯
• 4.4.4 小结
• 4.5 晶形稳定剂
• 4.6 本章小结
• 5 复合转晶剂的研究
• 5.1 高价盐与多元有机酸（盐）转晶剂复合
• 5.1.1 明矾与柠檬酸钠复合
• 5.1.2 柠檬酸钠与硫酸铝复合
• 5.1.3 琥珀酸和硫酸铝复合
• 5.1.4 小结
• 5.2 高价盐与大分子类转晶剂复合
• 5.2.1 明矾与明胶复合
• 5.2.2 硫酸铝与明胶复合
• 5.3 多元有机酸（盐）与大分子类转晶剂复合
• 5.3.1 明胶和不同有机酸盐的复合
• 5.4 最佳转晶剂掺量时样品性能测定
• 5.5 转晶剂作用机理分析
• 5.5.1 对α-半水石膏晶形控制的重要性
• 5.5.2 转晶剂作用机理的探讨
• 5.6 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录