α-半水脱硫石膏常压盐溶液法制备工艺及调晶剂技术机理研究

摘要

脱硫石膏是石灰石/石灰湿法烟气脱硫技术的主要产物。随着我国节能减排工作的持续进行，越来越多的火电厂安装了脱硫装置，脱硫石膏排放量迅猛增长。为防止大量脱硫石膏堆积如山，产生二次污染，高效利用脱硫石膏已经迫在眉睫。脱硫石膏形成于液相环境中，具有纯度高、品质稳定、湿态粉体等特点，非常适合于用常压盐溶液法来制备α-半水脱硫石膏。
　　采用常压盐溶液法将脱硫石膏制备成α-半水脱硫石膏，并利用调晶剂技术调节α-半水脱硫石膏晶体形貌。试验中发现，反应介质NaCl溶液浓度及反应温度对脱硫石膏的脱水反应进程及α-半水脱硫石膏晶体形貌有较大影响：较低的NaCl溶液浓度及反应温度下，脱硫石膏无法进行脱水，α-半水脱硫石膏无法生成；二水石膏脱水反应可以进行的最低NaCl浓度为10％，最低反应温度为92.5℃；此时二水石膏脱水反应速率较慢，所得α-半水脱硫石膏晶体尺度较大；随着NaCl溶液浓度及反应温度的增大，脱硫石膏脱水反应速率变快，但所得α-半水脱硫石膏晶体尺度随之变小。
　　在调晶剂技术应用研究中发现，有机酸调晶剂结构与调晶效果有很大关系。一元有机酸无调晶效果；二元及多元有机酸中，相邻羧基间距为3个C-C的调晶剂才具有较佳的调晶效果，而其他调晶剂则不具有调晶效果。二元有机酸调晶剂是通过两个羧基的协同作用产生调晶效果的，因此在双键存在的条件下，由于反式结构中的两个羧基协同作用较顺式结构更为困难，其调晶效果较顺式结构要弱。
　　调晶剂的作用机理一直是一个难以解决的问题。通过SEM及EDS、XPS等手段，直接证明了有机酸调晶剂通过化学吸附作用于α-半水脱硫石膏晶体（111）面，从而阻碍α-半水脱硫石膏在C轴方向上的生长，改变α-半水脱硫石膏晶体的生长习性，平衡α-半水脱硫石膏在各个方向上的生长速率，达到调节α-半水脱硫石膏晶体形貌的效果。同时发现，无机盐类调晶剂对常压盐溶液法制备α-半水脱硫石膏无影响，金属离子不会吸附于α-半水脱硫石膏晶体（111）晶面上，也不会吸附于α-半水脱硫石膏晶体（110）晶面上。在有机酸与无机盐调晶复合作用下，起调晶作用的仍然只是有机酸调晶剂。

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1 绪 论

1.1 大气污染与二氧化硫排放控制

1.2 高强石膏研究现状

1.3α-半水石膏调晶剂技术研究现状

1.4 本课题的提出与研究内容

2 原材料与试验方法

2.1 原材料

2.2 试验方法

3 反应条件对α-半水脱硫石膏的影响

3.1 盐溶液浓度的影响

3.2 反应温度的影响

3.3 液固比的影响

3.4 pH值的影响

3.5 本章小结

4 调晶剂结构与调晶效果的关系

4.1 一元有机酸调晶剂

4.2 二元有机酸调晶剂

4.3 三元及多元有机酸调晶剂

4.4 本章小结

5 EDTA调晶效果的影响因素

5.1 pH值对EDTA调晶效果的影响

5.2 Al3+对EDTA调晶效果的影响

5.3 本章小结

6 调晶剂作用机理分析

6.1 SEM及EDS分析

6.2 XPS分析

6.3 本章小结

7 α-半水脱硫石膏性能及改性

7.1α-半水脱硫石膏性能测定

7.2α-半水脱硫石膏改性

7.3 本章小结

8 结 论

致谢

参考文献

附 录