由磷石膏制硫酸钙晶须的基础研究

论文摘要

目前,我国累计堆存的磷石膏约2亿t,随着高效复合肥的发展,每年新增磷石膏约8000万t,利用率约20%,其高值有效利用成为亟待解决的技术难题,用磷石膏制备硫酸钙晶须是磷石膏资源化、高值利用出路之一。本文以工业磷石膏为原料,重点研究了磷、铁和铝等杂质对硫酸钙晶须制备的影响,并探讨了湿法酸溶除杂-焙烧对磷石膏性质（杂质白度、含量、粒度）及后续水热法制备高长径比硫酸钙晶须的影响,最后研究了半水硫酸钙晶须的稳定性。首先研究了磷石膏中磷、铁和铝杂质对水热制备半水硫酸钙晶须的影响。结果表明,磷和铝对晶须形貌影响显著,微量磷的存在使水热溶液中[S042-]和[Ca2+]浓度增加,对应过饱和度S变大,有利于直径细小的晶须生长；磷含量≥1.0%、铝的存在均使溶液中[SO42-]远大于[Ca2+],抑制了晶须在C轴方向上的生长；铁对晶须形貌影响不大。磷石膏制备半水硫酸钙晶须时,可溶性磷含量应控制在0.5%以内,铝含量越低越有利于晶须的生长,铁存在情况下,A1203含量应控制在0.5%以内。磷石膏在20℃下用5%HCl,预处理3.0 h、常温干燥后再水热处理得到长100～300 μm,直径1.0～10.0μm的半水硫酸钙晶须；HCl除杂石膏在150℃预干燥2.0 h后水热可得到长50～150 gm,直径0.1～1.0 gm,长径比>250的半水硫酸钙晶须。其次研究了影响磷石膏白度的因素：焙烧温度小于600℃,磷石膏中碳及芳香类有机物是影响白度的关键因素；大于600℃,主要影响因素是杂质铁。磷石膏经酸溶除杂-高温焙烧白度显著提高,60℃、20%HCl预处理3.0h,磷石膏中Fe203和A1203含量分别降至0.31%和0.29%,杂质P2O5、Fe2O3和A1203的溶出率分别为58%（可溶磷>90%）、35%和65%,800℃焙烧2.0h后白度89.2。最后,探讨了硫酸钙晶须在溶液中的稳定性。结果表明,水热后半水硫酸钙晶须在1.0 h以内发生了半水硫酸钙与二水硫酸钙的转化,4.0 h产物是片状二水硫酸钙。半水硫酸钙晶须在600℃,焙烧6.0 h得到形貌变化不大的无水硫酸钙晶须,在水溶液中可以稳定存在52.0h以上,无形貌和物相变化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 磷石膏概况
• 1.1.1 磷石膏来源及特性
• 1.1.2 磷石膏除杂方法
• 1.1.3 磷石膏的应用
• 1.2 硫酸钙晶须
• 1.2.1 硫酸钙晶须的结构
• 1.2.2 硫酸钙晶须的性能及应用
• 1.2.3 硫酸钙晶须的研究现状
• 1.3 晶体生长的影响因素
• 1.3.1 晶体本征结构的影响
• 1.3.2 温度的影响
• 1.3.3 过饱和度的影响
• 1.3.4 添加剂的影响
• 1.4 晶须的稳定性
• 1.5 课题研究背景、意义及内容
• 1.5.1 研究背景
• 1.5.2 研究意义
• 1.5.3 研究内容
• 第二章 实验方法与表征
• 2.1 实验原料及仪器设备
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 实验试剂
• 2.2 实验仪器设备
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 酸溶除杂及焙烧
• 2.3.2 硫酸钙晶须制备
• 2.3.3 常温合成及其水热实验
• 2.3.4 晶须的稳定性实验
• 2.4 分析检测
• 2.4.1 性能检测
• 2.4.2 组成分析
• 第三章 杂质磷、铁和铝对制备硫酸钙晶须的影响
• 3.1 磷对半水硫酸钙晶须的影响
• 3.1.1 形貌、结构及组成的变化
• 3.1.2 溶液组成变化
• 3.1.3 热力学分析
• 3.2 铁对半水硫酸钙晶须的影响
• 3.2.1 形貌、结构及组成的变化
• 3.2.2 溶液组成变化
• 3.2.3 热力学分析
• 3.3 铝对半水硫酸钙晶须的影响
• 3.3.1 形貌、结构及组成的变化
• 3.3.2 溶液组成变化
• 3.3.3 热力学分析
• 3.4 铁和铝的耦合对半水硫酸钙晶须的影响
• 3.4.1 形貌、结构及组成的变化
• 3.4.2 溶液组成变化
• 3.4.3 热力学分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 由磷石膏制硫酸钙晶须的研究
• 4.1 由含杂磷石膏制备硫酸钙晶须
• 4.2 磷石膏制备硫酸钙晶须的预处理研究
• 4.2.1 湿法预处理-可溶性杂质
• 4.2.2 湿法预处理-难溶性杂质
• 4.2.3 焙烧对磷石膏白度的影响
• 4.2.4 湿法预处理磷石膏制硫酸钙晶须
• 4.3 硫酸钙晶须的稳定性
• 4.3.1 磷石膏半水硫酸钙晶须在水中的稳定性
• 4.3.2 焙烧硫酸钙晶须的稳定性
• 4.4 小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 创新点
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 攻读硕士期间发表论文目录