磷石膏-氨-水固碳反应体系氨浓度对石膏颗粒溶解速率的影响

磷石膏-氨-水固碳反应体系中石膏颗粒的溶解,是三相流化矿化反应系统的控制性步骤。在氨水溶液中石膏颗粒能与氨分子形成N—H…O氢键,导致石膏溶解速率受氨浓度影响。基于已知粒度分布的石膏颗粒群在不同氨浓度下的溶解实验数据,采用种群平衡模型与物料衡算相结合的方法,探究了氨浓度对石膏颗粒群溶解特性的影响规律。结果表明：氨浓度的增加会降低石膏溶解速率,随着溶解的进行,氨对溶解的抑制作用会减弱。此外,随着氨浓度的增大,增加单位氨浓度石膏溶解速率的降幅将变小。结合实验数据拟合关联溶解动力学参数,构建了氨浓度影响下石膏的溶解速率模型,预测了三相流化矿化反应系统中两个串联回路石膏料浆所需的停留时间,为磷石膏-氨-水固碳反应体系矿化烟气CO₂的放大设计提供了理论依据。     

盐酸溶解磷石膏重结晶制备石膏晶须

以工业磷石膏为原料,使用盐酸对其进行溶解,探索了单因素试验条件(盐酸浓度、液固比、反应温度、反应时间)对磷石膏溶解率的影响,得到了磷石膏最佳溶解条件：盐酸浓度4 mol/L、液固比20 mL/g、反应温度80℃、反应时间20 min,在此条件下溶解率为86.12%;探究了控温速率对石膏晶须析出率、产物组分、结晶程度和微观显微形貌的影响规律,结果表明：降温速率差异对石膏晶须析出程度几乎没有影响;4种降温速率(0.40、0.30、0.27、0.20℃/min)下的产物均为二水硫酸钙;石膏晶须的特征衍射峰均较尖锐,形成的晶粒较大,结晶程度较高;随着降温速率的减小,石膏晶须的长径比不断增大、形貌更加均匀。研究成果为工业磷石膏的高值高效利用提供了新思路。     

石膏溶解特性对无水硫铝酸钙水化进程的影响

石膏的溶解度和溶解速率等特性对无水硫铝酸钙水化及性能有重要的影响。本文采用等温量热仪、XRD、TG-DTG等多种测试方法,研究了半水石膏、二水石膏、硬石膏溶解特性及其对无水硫铝酸钙水化进程的影响,并基于Krstulovic-Dabic和Kondo模型,计算了水化反应各阶段的动力学参数。结果表明,半水石膏、二水石膏、硬石膏在纯水中的溶解度分别为2.74、2.30、2.38 g/L,半水石膏的溶解速率最大,其次是二水石膏,硬石膏的最小(1 h的溶解度为1.19 g/L)。石膏的加入缩短了无水硫铝酸钙水化诱导期进而加快了水化进程,其中半水石膏表现最为显著,水化热曲线几乎不存在诱导期,二水石膏次之,硬石膏对诱导期的影响最小;加速期初期的水化反应速率常数从小到大为硬石膏体系、二水石膏体系、半水石膏体系。石膏溶解速率和溶解度影响钙矾石的形成过程,溶解速率大的石膏促使水化早期钙矾石沉淀出现,生成量快速达到最大值;且在相同时间内,溶解度高的石膏体系钙矾石生成量大,在水化1 h时,半水石膏体系中钙矾石生成量约占试样总量的15.77%(质量分数),二水石膏体系中钙矾石生成量占13.28%(质量分数),硬石...     

钛石膏净化工艺研究

为了提高钛石膏的利用价值,采用盐酸溶解钛石膏,以溶解-重结晶的方式得到净化石膏。采用单因素法考察盐酸浓度、反应温度、固液比对钛石膏中二水硫酸钙溶解度的影响,以及乙醇用量和滤液循环次数对产品析出率和产品质量的影响。实验结果表明在盐酸浓度为10%、温度为80℃、固液比为1∶10的条件下,钛石膏中二硫酸钙溶解度最大为0. 295mol/L,乙醇/滤液体积比为3∶1时,析出率可达88. 2%。     

石灰-水泥-粉煤灰改性磷石膏对水泥物理性能的影响研究

采用石灰、水泥、粉煤灰对磷石膏进行改性处理,测定了改性磷石膏中硫酸根的溶解性能,对比了原状磷石膏与改性磷石膏对水泥物理性能的影响,并结合X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）分析了改性前后磷石膏对水泥不同龄期水化产物的影响。结果表明：随着石灰掺量的增加改性磷石膏的pH逐渐增大,当石灰掺量为4%（质量分数）时磷石膏的pH达到12.22,此时磷石膏中的可溶性磷、氟转化成难溶性的磷酸盐、氟化钙;随着水泥和粉煤灰掺量的增加,改性磷石膏的溶解性能呈现降低趋势。当石灰掺量为4%、水泥掺量为10%（质量分数）、粉煤灰掺量为10%（质量分数）时,改性磷石膏经过7 d养护在水中浸泡8 h所得滤液中硫酸根的质量浓度为0.30 g/L,比未改性磷石膏在水中浸泡8 h所得滤液中硫酸根的质量浓度降低了81.8%。与掺加未改性磷石膏的水泥浆体相比,掺加改性磷石膏的水泥浆体的水灰质量比由0.41降低到0.38、初凝时间和终凝时间分别缩短34.6%和27.2%、28 d抗压强度提高21.1%。石灰、水泥、粉煤灰改性处理磷石膏后,生成的水化硅酸钙和钙矾石等水硬性产物包裹在石膏颗粒表面,使硫酸根在水中的溶出速率降低,减少了对水泥中铝酸三钙的影响,使得硬化体内部结构变得致密、力学性能显著提高。     

盐溶液种类和浓度对α-半水脱硫石膏合成的影响

为了解决脱硫石膏的大量堆存对环境造成的潜在危害,同时提高脱硫石膏的附加值,采用常压盐溶液水热法以电厂脱硫石膏为原料探究α-半水石膏的最佳合成工艺,重点研究了盐溶液种类及浓度对α-半水石膏的合成过程、合成产物组成及结构的影响。结果表明：在氯化钙、氯化镁盐溶液中,由于同离子效应和硫酸镁离子对的形成,导致半水石膏的形成过程受阻。较高浓度氯化钾和氯化钠盐溶液可使二水石膏发生转晶,其中氯化钾会致使半水石膏过度脱水生成无水钾石膏,氯化钠盐溶液可以使二水石膏转变为半水石膏并维持较长时间,通过比较得出最佳合成工艺为氯化钠溶液质量分数为15%、体系反应温度为95 ℃、固液质量比为1∶4、搅拌速率为150 r/min、合成时间为3 h,可以制得长径比约为5∶1的六方短柱状α-半水石膏。     

蒸压参数与杂质对磷石膏制备α-半水石膏的影响

通过分析磷石膏蒸压后样品的物相组成、相对结晶度、烘干抗压强度、微观形貌,研究了蒸压温度、保温时间、液固比、杂质等因素对磷石膏蒸压制备α-半水石膏的影响。结果表明:磷石膏蒸压后所得样品的烘干抗压强度与α-半水石膏晶体的相对结晶度呈正相关关系;在蒸压温度为130℃、保温时间为3~5 h、液固质量比为0.25条件下,所得α-半水石膏的相对结晶度高、烘干抗压强度大、晶体微观形貌完整且长径比小;磷石膏中的杂质会对蒸压样品的力学强度产生影响,将磷石膏水洗处理后,在蒸压温度为130℃、保温时间为3 h、液固质量比为0.25条件下,可制得2 h抗折强度为7.3 MPa、烘干抗压强度为32.8 MPa的α-半水石膏,该α-半水石膏符合JC/T 2038—2010《α型高强石膏》α30强度等级的要求。     

钙碳比对CaSO_4-CaCO_3-(NH_4)_2CO_3-H_2O体系反应-结晶过程的影响

在CaSO_4-CaCO_3-(NH_4)_2CO_3-H_2O反应体系中,生成碳酸钙与硫酸铵的控速步骤是石膏溶解。溶解表面被新生的碳酸钙结晶覆盖是重要影响因素。基于反应面模型,通过调整钙离子溶出速率与碳酸根加入速率之比(钙碳比),将反应-结晶面控制在溶解表面的固液扩散边界层临界距离之外从而避免覆盖。实验采用表面积一定的天然纯净块状石膏试样,并向溶解体系滴加碳酸铵溶液,使钙碳比分别为0.125、0.25、0.5、1、2、4和8,观察碳酸钙在石膏表面的包覆现象,并预测反应-结晶面与溶解表面之间的微距离。结果显示,当钙碳比为0.125、0.25、0.5和1时,试样表面出现碳酸钙包覆但包覆量随λ增大而减小;当钙碳比为2、4和8时,试样表面不出现包覆,碳酸钙结晶生成于液相主体。将钙碳比为1视为临界值,该条件下反应-结晶面与溶解表面的微距离大于18μm。     

磷石膏强化氨法CO2捕集机理与模型

基于化学活性颗粒强化气液吸收机理,建立了磷石膏悬浮液强化氨法烟气CO₂捕集模型。以液膜内量纲一传质距离λ^*为特征参数,增强因子E=1/λ^*+qβλ^*/2。用恒温反应器在不同搅拌转速及磷石膏颗粒固含量下实验测定CO₂吸收增强因子对模型进行检验,结果表明:随颗粒固含量由5%增加到30%(质量分数),增强因子由1.69增加到2.10;而随搅拌转速从150 r·min^-1增加到300 r·min^-1,增强因子仅由1.75略增到1.80,表明磷石膏颗粒固含量及溶解速率是影响增强因子的控制性因素。实验结果与模型预测值吻合良好, 偏差小于10%。     

褐煤氧化氨解反应工艺条件研究

以褐煤为原料,在较温和的反应温度(≤110℃)和氧压(≤0.5 MPa)条件下,考察了反应温度、氨水质量分数、氧压、含固体积分数及搅拌速率对褐煤氧化氨解反应产物中总氮及氨态氮质量分数的影响。结果表明,外部传递过程对氧化氨解过程影响显著,反应过程应保持足够高的搅拌强度;在一定反应时间内,反应温度和氨水质量分数的升高有利于总氮质量分数的提高,但对氨态氮质量分数影响不大;氧压升高,总氮质量分数和氨态氮质量分数均有所升高,但影响都不明显;含固体积分数对总氮质量分数和氨态氮质量分数基本无影响。实验得到了褐煤氧化氨解反应较合适的工艺条件。     

传质控制下宽分布石膏颗粒群溶解特性

烟气CO₂直接与工业固废磷石膏矿化反应生成碳酸钙与硫酸铵的控速步骤是磷石膏的溶解。在传质控制下,准确表达溶解特性是矿化反应器设计的理论依据。采用种群平衡模型预测传质控制下粒径宽分布石膏颗粒群溶解特性,采用矩积分法和特征线法对模型进行数值求解并与传统的平均粒径模型表达进行对比。结果显示：种群平衡模型反映了粒径分布对溶解速率的影响,计算得到溶解过程中总容积传质系数的变化,与实验结果吻合良好,证实了种群平衡模型预测的可靠性。与之相比,平均粒径模型预测溶解速率值比实验值偏大,由此解释了工业反应器中物料实际停留时间大于模型计算值的原因。     

二水硫酸钙与碳酸铵反应过程中物料比对钙离子相转移速率的影响

选择二水硫酸钙晶须为研究对象,在温度、搅拌速度、料浆浓度不变的条件下,探究了二水硫酸钙与碳酸铵反应过程中物料比n(NH4)2CO3:nCaSO4獉2H2O对钙离子相转移速率的影响。结果表明,物料比在1.05∶1~1.4∶1之间时,生成的碳酸钙沉淀于溶液中,钙离子相转移是溶解-结晶过程,二水硫酸钙转化率和碳酸钙颗粒粒径均随物料比增大而增大,即相转移速率与物料比成正比。     

磷石膏水热合成硫酸钙晶须的研究

本文针对磷石膏的溶解特性,利用水热合成技术制备硫酸钙晶须,并讨论了料浆质量分数、反应温度、搅拌速度、反应时间对硫酸钙晶须生长过程的影响,从而探讨其生长机理,为磷石膏水热合成硫酸钙晶须实现工业化生产提供了理论基础.     

钙碳比对CaSO4-CaCO3-(NH4)2CO3-H2O体系反应-结晶过程的影响

在CaSO₄-CaCO₃-（NH₄）₂CO₃-H₂O反应体系中,生成碳酸钙与硫酸铵的控速步骤是石膏溶解。溶解表面被新生的碳酸钙结晶覆盖是重要影响因素。基于反应面模型,通过调整钙离子溶出速率与碳酸根加入速率之比（钙碳比）,将反应-结晶面控制在溶解表面的固液扩散边界层临界距离之外从而避免覆盖。实验采用表面积一定的天然纯净块状石膏试样,并向溶解体系滴加碳酸铵溶液,使钙碳比分别为0.125、0.25、0.5、1、2、4和8,观察碳酸钙在石膏表面的包覆现象,并预测反应-结晶面与溶解表面之间的微距离。结果显示,当钙碳比为0.125、0.25、0.5和1时,试样表面出现碳酸钙包覆但包覆量随λ增大而减小;当钙碳比为2、4和8时,试样表面不出现包覆,碳酸钙结晶生成于液相主体。将钙碳比为1视为临界值,该条件下反应-结晶面与溶解表面的微距离大于18 μm。     

磷石膏中钙的富集及硫酸钙晶须的制备

采用常压酸化法对磷石膏进行除杂和溶解,研究了除杂和溶解的最佳条件,以使磷石膏中的钙尽可能多地富集于溶解液中。浓缩溶解液,制得硫酸钙晶须。实验结果表明,硫酸溶解磷石膏的最佳条件为:1g磷石膏在70℃下放置于20mL质量分数为50%的硫酸中,溶解5h;盐酸溶解磷石膏的最佳条件为:1g固相在70℃下放置于30mL浓度为2mol/L盐酸中,溶解4h。制备得到的半水硫酸钙晶须的长径比约为20~80,产率达72.66%。     

烟气脱硫石膏溶液法制备α-半水石膏的工艺研究

研究了采用溶液法以烟气脱硫石膏制备α-半水石膏的工艺.结果表明,反应温度、pH值、盐溶液浓度、固液比等是影响烟气脱硫石膏脱水速度的主要因素,溶液pH值还影响α-半水石膏的形状;盐溶液浓度增大有利于α-半水石膏的生成,且在半水阶段停留时间长.在反应温度为110℃、pH值为6、盐溶液浓度为25%、固液比为1:(4～8)时,...     

磷石膏制备β-半水建筑石膏技术研究

以磷石膏为原料,采用煅烧的方式制备β-半水建筑石膏粉,研究煅烧温度和煅烧时间对产品质量的影响。实验结果表明,最佳工艺条件为煅烧温度130℃、煅烧时间38 min,得到的β-半水建筑石膏粉中半水石膏、无水石膏、二水石膏质量分数分别为66.39%、11.23%、3.11%。     

乙醇-水混合溶剂中5′-尿苷酸二钠的结晶介稳区

采用双光路激光法,在293.2～318.2 K温度范围内,研究了5′-尿苷酸二钠在不同比例乙醇-水混合溶剂中的溶解与超溶解特性,得到了5′-尿苷酸二钠的结晶介稳区。采用λh方程关联了4个体系的溶解度数据,进而分别求得各体系下的混合焓和结晶焓。同时,探讨了搅拌转速、pH值和钠离子浓度对结晶介稳区的影响。实验结果表明,与温度相比较,乙醇质量分数是影响溶解度和超溶解度的主要因素;随乙醇质量分数的增大,5′-尿苷酸二钠的溶解度和超溶解度显著减小;在相同条件下,溶液pH值和钠离子浓度的升高,以及搅拌转速的降低均会增大5′-尿苷酸二钠结晶介稳区的宽度。     

高品质磷石膏处理工艺研究

综合利用磷石膏对治理环境和资源循环利用具有重大意义.磷石膏中的五氧化二磷、氟、有机物等杂质影响磷石膏的利用.为了得到高品质磷石膏,研究了用硫酸浸取磷石膏的反应条件,如硫酸质量分数、反应温度、反应时间及液固比等因素对磷石膏中酸不溶五氧化二磷含量的影响.通过单因素分析和正交实验设计,确定了最佳工艺条件.最佳工艺条件为:硫酸质量分数35%;反应温度60℃;液固体积质量比为3 mL/g;反应时间4.5 h.在此条件下磷石膏中酸不溶五氧化二磷质量分数降低到0.01%以下.     

磷酸盐对石膏溶解性能的影响

以分析纯二水硫酸钙为研究对象,研究了磷酸盐种类及掺量对石膏溶解度的影响.采用XRD衍射仪和扫描电镜对样品的物相及微观结构进行了表征,分析了其影响机理.研究结果表明:随着磷酸盐掺量的增大,石膏的溶解度呈不断降低趋势.磷酸盐会选择性的吸附在石膏晶体表面呈现阳性的(120)、(111)面,包裹在晶体表面层,改变了石膏晶体不同晶面的相对生长速率,使得石膏晶体形貌由针柱状变为粗棒状,颗粒平均粒径变大,进而降低了石膏溶解性能.三种磷酸根对石膏溶解抑制作用排序为PO43-＞ HPO42-＞H2PO4-.