盐水体系ZnO-ZnSO4-H2O的热力学性质研究

论文摘要

湿法冶锌在锌的冶炼中占据重要地位，约占全球锌产量的80%以上。湿法冶锌可分为焙烧、浸出、净化和电积等四个工艺阶段，其中在净化阶段碱式硫酸锌的结晶析出阻塞管道、滤布给生产带来极大的危害。各冶锌企业对此采取了相应的措施，但收效甚微。国内外对碱式硫酸锌盐水体系的研究较少，仅用目前的数据不能满足根本上解决该问题的需要，故而系统研究碱式硫酸锌的溶解度，了解温度、浓度和pH值对碱式硫酸锌生成的影响十分重要。本研究通过实验得出碱式硫酸锌盐水体系在不同温度下可靠的溶解度数据和pH值数据并将其与合适的热力学模型结合，通过模型的预测就可以得出碱式硫酸锌随温度及锌离子浓度变化时存在的pH值范围，从而为湿法冶锌过程中消除或减少碱式硫酸锌的生成提供理论依据。为此，本课题开展了以下工作：（1）通过对几种盐水体系热力学性质的描述和预测，我们对五种国际常用的热力学模型的预测能力进行比较研究，同时系统考察了原始Pitzer模型对低浓度电解质溶液热力学性质的描述及预测能力，找到适用于ZnO-ZnSO4-H2O三元体系的热力学模型，以期用于描述并预测该盐水体系的相图。（2）采用等温溶解度平衡法，精确测定ZnSO4-H2O二元体系在298.15K和309.15K的溶解度数据（溶解度实验值与文献数据一致）以及ZnO-ZnSO4-H2O三元盐水体系在291.15K、298.15K、308.15K和323.15K下的溶解度数据和pH值数据。（3）对ZnO-ZnSO4-H2O体系所存在的几种电离平衡进行研究，并在假设合理的基础上，利用原始Pitzer模型结合我们实验测得的有限数据，仅用二元模型参数，得到该体系更广的温度和浓度范围的溶解度相图，并以此作为湿法冶锌过程中除去碱式硫酸锌的理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 锌的冶炼
• 1.1.1 火法炼锌工艺
• 1.1.2 湿法冶锌工艺
• 1.2 湿法冶锌净化阶段碱式硫酸锌的生成
• 1.3 湿法冶锌生产中碱式硫酸锌生成的危害及其防治
• 1.4 本课题的提出及研究内容
• 第2章 热力学模型评述
• 2.1 热力学模型理论简介
• 2.1.1 Debye-Hückel 离子互吸理论
• 2.1.2 Pitzer 模型及扩展的 Pitzer 模型
• 2.1.3 Pitzer-Simonson-Clegg 模型
• 2.1.4 MSA 模型
• 2.1.5 BET 模型
• 2.1.6 小结
• 2.2 热力学模型预测能力评述
• 2.2.1 二元盐水体系热力学模型预测能力的比较
• 2.3 Pitzer 模型在低溶解性水盐体系中的应用
• 2.3.1 Pitzer 模型对于单一电解质溶液的计算
• 2.3.2 Pitzer 模型对于混合电解质溶液的计算
• 2.4 小结
• 4-H₂O 三元体系等温溶解度的测定'>第3章 ZnO-ZnSO₄-H₂O 三元体系等温溶解度的测定
• 3.1 试剂和仪器
• 4-H₂O 溶解度的测定'>3.2 二元水盐体系 ZnSO₄-H₂O 溶解度的测定
• 3.2.1 实验方法
• 3.2.2 分析方法
• 3.2.3 实验结果
• 3.2.4 小结
• 4-H₂O 溶解度的测定'>3.3 三元水盐体系 ZnO-ZnSO₄-H₂O 溶解度的测定
• 3.3.1 实验方法
• 3.3.2 分析方法
• 3.3.3 实验结果的分析
• 3.4 小结
• 4-H₂O 三元体系热力学性质的模型研究'>第4章 ZnO-ZnSO₄-H₂O 三元体系热力学性质的模型研究
• 4-H₂O 二元体系 Pitzer 模型参数的获取'>4.1 ZnSO₄-H₂O 二元体系 Pitzer 模型参数的获取
• 4-H₂O 三元体系相图计算'>4.2 ZnO-ZnSO₄-H₂O 三元体系相图计算
• 4.2.1 溶度积常数的计算
• 4.2.2 三元体系热力学性质的描述与预测
• 4.3 小结
• 结论
• 参考文献
• 附录 A 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢