脱硫石膏及其浆液中黑色悬浮物质含量的分析方法及装置

摘要

本发明公开了一种脱硫石膏及其浆液中黑色悬浮物质含量的分析方法及装置，包括流速转换器、与所述流速转换器顶部连接的一级流化管和套设在一级流化管外且可沿一级流化管外壁在竖直向滑动的二级流化管，所述流速转换器底部设有分散剂入口，所述二级级流化管上部设有加样口和分散剂出口，所述一级流化管与所述流速转换器的连接处设有筛网。利用上述装置分离脱硫石膏中的黑色悬浮物质含量，可针对不同的待分离物质的特性进行调整，通过对电石渣或白泥脱硫石膏及其浆液中黑色悬浮杂质含量准确分析，指导电石渣脱硫石膏浆液分离除杂过程。

说明书

技术领域

本发明涉及环境保护技术领域，具体涉及一种脱硫石膏及其浆液中黑 色悬浮物质含量的分析方法及装置，尤其是针对电石渣或者白泥作为脱硫 剂的脱硫石膏或石膏浆液。

背景技术

电石渣是电石水解获取乙炔气后以氢氧化钙为主的工业废渣，强碱 性、微溶于水，杂质较多，主要是颗粒大小不等的焦炭和生石灰原料中的 杂质，因此电石渣中Ca(OH)₂的纯度一般都在65~85%，因电石渣中含有 大量的Ca(OH)₂，且Ca(OH)₂的溶出速率较CaCO₃更大，所以电石渣是一 种良好的脱硫剂，用电石渣代替石灰石脱硫，可保证较高的脱硫效率，在 入口SO₂为0.2%的条件下，脱硫效率可达到95~98%。

但是电石渣中杂质成分复杂，已探明采用电石渣脱硫后，电石渣石膏 或浆液中会形成一层粒径在0~5μm、真密度在1.5~1.8g/cm³黑色悬浮杂 质，该黑色悬浮杂质成分复杂，主要由微粒碳、钙镁铝的氧化物及来自焦 炭和煤燃烧过程中带入的有机物及络合物等组成，因其成分复杂，难以用 化学分析方法做定量分析；该黑色悬浮杂质因颗粒细小，吸附性较强，电 石渣石膏浆液脱水时容易堵塞疏水孔道，增大石膏含水率，影响电石渣脱 硫石膏利用价值。

造纸白泥是造纸厂碱回收过程中产生的白色沉淀物，其主要成分是碳 酸钙，可以代替石灰石作为湿法烟气脱硫吸收剂。此外，白泥还含有苛化 过程中残留的活性碱、由于造纸原料不同而含有不等的镁化合物、氯化物 及苛化过程不完全燃烧有机物、尘埃杂质等固体物质组合的黑色悬浮物 质，该黑色悬浮物质与电石渣石膏中黑色悬浮物质具有相同的悬浮特性， 但其中有机物所占的比重更多，因黑色悬浮物质中有机组分更容易粘附在 石膏表面，对脱硫石膏浆液脱水造成重要影响。

工业上并不深究电石渣脱硫石膏或白泥脱硫石膏中黑色悬浮物质复 杂的组成成分，主要注重该黑色悬浮物质共有的沉降特性及对脱硫石膏浆 液脱水造成的不利影响，因为电石渣脱硫石膏浆液或白泥脱硫石膏浆液中 不同的黑色悬浮物质含量对脱硫石膏含水影响不同，对该黑色悬浮物质定 量分析一直是该领域亟待解决的问题。

公告号为CN201644205U的中国实用新型专利公开了一种固固分离装 置，包括：壳体，壳体的上部设有用于加入悬浮液的进料口，用于排出悬 浮液中具有较小沉降速度的第一固体物质的第一固体物质出口，且壳体的 下部设有用于排出具有较大沉降速度的第二固体物质的第二固体物质出 口；呈漏斗形状且设置在壳体内的分布器，其中分布器的顶部外周缘密合 固定在壳体的内壁上，分布器低于第一固体物质出口且高于第二固体物质 出口；和供水管，供水管的一端插入到壳体内部，供水管的插入壳体的一 端低于分布器且高于第二固体物质出口。

公布号为CN101837319A的中国专利文献公开了一种利用公告号为 CN201644205U的中国实用新型专利公开的固固分离装置进行固固分离的 方法，将悬浮液从固固分离装置的上部的进料口加入到固固分离装置内, 其中所述固固分离装置包括筒状壳体和设置在壳体内中部的漏斗状分布 器；和通过固固分离装置上的供水管从分布器下方向固固分离装置中注 水。根据该发明的固固分离方法，采用上述固固分离装置，通过从供水管 向壳体内注入水使得壳体内形成流化管而将悬浮液中具有不同沉降速度 的固体物质分离，该分离装置结构简单，分离方法操作方便，但是该分离 装置仅有一层流化床，只能争对粒径分布区间较窄且粒径相差较大的固固 颗粒的分离，一般工业脱硫石膏较其他石膏，粒径更为宽泛，该固固分离 方法不能够适用两种宽筛分物料之间的流态化分离，通用性不好。

发明内容

本发明提供了一种脱硫石膏及其浆液中黑色悬浮物质含量的分析方 法及装置，可针对不同的待分离物质的特性进行调整，通过对电石渣或白 泥脱硫石膏及其浆液中黑色悬浮杂质含量准确分析，指导电石渣脱硫石膏 浆液分离除杂过程。

一种脱硫石膏及其浆液中黑色悬浮物质含量的分析装置，包括流速转 换器、与所述流速转换器顶部连接的一级流化管和套设在一级流化管外且 可沿一级流化管外壁在竖直向滑动的二级流化管，所述流速转换器底部设 有分散剂入口，所述二级级流化管上部设有加样口和分散剂出口，所述一 级流化管与所述流速转换器的连接处设有筛网。

电石渣/白泥脱硫石膏制成的悬浮液或脱硫石膏浆液沉降过程中，在 石膏沉降层上面和清液中会悬浮一层黑色物质，该黑色物质沉降速率低于 硫酸钙，本发明的装置即针对电石渣/白泥脱硫石膏制成的悬浮液或脱硫石 膏浆液中黑色悬浮物质的沉降特性，对电石渣/白泥脱硫石膏悬浮液或脱硫 石膏浆液中黑色悬浮物质进行分离。

脱硫石膏浆液或脱硫石膏制成的悬浮液从加样口加入到所述筛网处， 在筛网以下事先充满分散剂，然后通过蠕动泵等装置从分散剂入口连续通 入分散剂，使筛网上的固体物质向上运动，调节分散剂的流速。

沉降速率小的待分离固体组分（黑色悬浮物质）首先被分散剂带走， 而后沉降速率大的固体组分将进入流态化，如果沉降速率大的固体颗粒粒 径分布区间较宽，则部分颗粒较小组分进入流态化同时，仍有部分颗粒较 大的物质沉降于筛网处，同时少量沉降速率小的待分离物质可能吸附或被 积压在沉降速率大的物质中，继续增加分散剂流速，以使沉降的物质流态 化，已经处于流化状态的颗粒较小物质将随着分散剂从分散剂出口流出， 为此在一级流化管上增设二级流化管，二级流化管截面积大于一级流化 管，分散剂进入二级流化管后，线性流速将减小，分散剂流量继续增大时， 二级流化管中的固体颗粒或下沉至一级流化管或继续保持流化态，直至分 析装置中看不到黑色悬浮物质为止，最后分别收集黑色悬浮物质和石膏颗 粒。

对于一些粒径分布范围较宽的待分离物质，经过二级流化管后筛网上 依然有固体颗粒沉积，为了提高本装置的通用性和增加其适用范围，一种 优选的技术方案，所述二级流化管上套设有可沿二级流化管外壁在竖直向 滑动的三级流化管，所述加样口和分散剂出口位于所述三级流化管上。启 动二级流化管后，如果筛网上依然有固体颗粒沉积，则启动三级流化管， 直至分析装置中看不到黑色悬浮物质为止，最后分别收集黑色悬浮物质和 石膏颗粒。

分散剂进入一级流化管之前需要流速转换器进行流速转换，一种优选 的技术方案，所述流速转换器为倒锥形管，锥角为15~45°，截面积大的一 端与一级流化管连接。直接通过倒圆锥形管进行变速，结构简单，成本低。

将脱硫石膏制成的悬浮液或脱硫石膏浆液从加样口进入到筛网处时， 大部分的颗粒将截留在筛网上，部分细小颗粒会透过筛网，为了防止颗粒 流失而对分析结果造成影响，一种优选的技术方案，所述流速转换器底部 连通有弧形弯管，所述弧形弯管的入口即为所述分散剂入口，以拦截通过 筛网的细小颗粒，弯管中拦截的细小颗粒可以被分散剂带走，返回流化管 中，更优选地，所述弧形弯管为1/4圆环形弯管。

分离结束后，需要对装置中的残留颗粒进行清除，和对分散剂进行回 收，因此，所述弧形弯管底部设有底阀。

分散剂经过弧形弯管通入，再经过流速转换器后，流速降低，例如以 蠕动泵输入分散剂，将造成局部流速不均匀，因此一种优选的技术方案， 所述流速转换器与所述一级流化管之间设有散流器，所述散流器由圆柱形 外壳及固定在圆柱形外壳内壁上且与竖直面成30~60°夹角的若干圆环形 叶片组成。

固体中沉降速率的黑色悬浮物质随分散剂从分散剂出口流出，从而与 石膏颗粒分离，为了使黑色悬浮物质能够顺利的流出，一种优选的技术方 案，所述分散剂出口的内径比分散剂入口的内径大2~8mm。

更优选地，所述分散剂出口的外接管路向下倾斜且与三级流化管壁面 呈30~60°夹角，更方便黑色悬浮物质随分散剂的流出。

所述筛网为1~3层孔径在50~70μm的不锈钢网，并固定于所述一级 流化管与流速转换器连接处。

本发明还提供了一种利用所述分析装置进行脱硫石膏及其浆液中黑 色悬浮物质含量分析的方法，包括：

（1）取脱硫石膏浆液或取脱硫石膏制成悬浮液，超声分散，记录所 述脱硫石膏浆液的体积或脱硫石膏的质量；

（2）将所述超声分散后的脱硫石膏浆液或悬浮液由所述分析装置的 加样口加入到所述筛网处；

（3）由分散剂入口连续向所述分析装置中通入分散剂，调节分散剂 在所述分析装置中的流速和分散剂出口与一级流化管顶端之间的高度，所 述脱硫石膏浆液或悬浮液中的黑色悬浮物质从所述分散剂出口随分散剂 流出；

（4）收集所述随分散剂流出的黑色悬浮物质，纯化、干燥恒重，记 录所述黑色悬浮杂质的质量，计算所述黑色悬浮杂质的质量与所述脱硫石 膏浆液的体积之比或与脱硫石膏的质量之比。

所述分散剂为纯水或粘度低于纯水的有机溶剂，所述的有机溶剂为四 氯化碳、乙醇或烷烃类等。所述的分散剂需满足不能溶解或难以溶解所要 分离的固体物质。

将脱硫石膏制成的悬浮液或脱硫石膏浆液从加样口进入到筛网处时， 大部分的颗粒将截留在筛网上，部分细小颗粒会透过筛网，为了防止颗粒 流失而对分析结果造成影响，一种优选的技术方案，步骤（2）中所述筛 网以下事先充满分散剂。

所述分散剂通过蠕动泵或高位槽通入所述分析装置中。

步骤（1）中所述超声分散的时间为4~10min。

步骤（3）中通过蠕动泵或高位槽调节分散剂在分析装置中的流速， 流速由慢到快，根据石膏颗粒在一级流化管中的流态化高度，适当调节分 散剂出口与一级流化管顶端之间的高度，即二级流化管或三级流化管的有 效高度，当石膏颗粒完全处于流态化后，稳定流速2~10min，直至流化管 中看不到黑色悬浮物质。所述黑色悬浮物质分离纯化的具体过程为：

将收集的黑色悬浮杂质液体倒入布氏漏斗中以快速定量滤纸抽滤，快 速定量滤纸直径应比布氏漏斗直径大3~6cm，事先于45℃烘箱中恒温、 冷却称重，并折叠成圆柱形，紧贴布氏漏斗底与外壁，滤纸边距离漏斗底 部不低于1cm，倾倒黑色悬浮液体时，采取少量多次的原则，液体不能倾 倒于滤纸外，抽滤完毕后，并用少量纯水清洗收集黑色悬浮物质液体容器， 直至容器中无黑色悬浮液体残留，同时用少量纯水冲洗黑色悬浮杂质中少 量残余硫酸钙，直至滤液中无SO₄^2-为止，以5~15%BaCl₂溶液检验滤液中 SO₄^2-离子，具体方法为用一试管取10~20滴滤液，滴加0.5~2mL10%氯化 钡溶液，无沉淀表面滤饼中无硫酸钙存在。

所述黑色悬浮物质的干燥恒重具体过程为：

将抽滤后黑色悬浮物质及滤纸于40~60℃烘箱中干燥3~6h，放入干燥 器中冷至室温称重，再将滤纸及滤饼放入烘箱中，在同样温度下烘30min， 如此反复烘干、冷却、称重，直至恒量。

电石渣或白泥脱硫石膏中黑色物质含量为提取的黑色悬浮物质重量 与电石渣或白泥脱硫石膏的重量比值，以百分数表示。电石渣或白泥脱硫 石膏浆液中黑色悬浮物质含量为提取的黑色悬浮物质重量与电石渣或白 泥脱硫石膏浆液体积的比值，单位g/L。

本发明中所说的百分比在没有特殊说明的情况下均指质量百分比。

本发明的有益效果：

（1）本发明中所示的分析装置采用三级流化管，三层流化管从下至 上，口径依次增加，高度可调节，可以有效的适应粒径宽度较大的物料颗 粒流态化，可以完全避免因部分脱硫石膏沉积，其中的黑色悬浮物质粘附 石膏表面，难以随分散剂逃逸的情况发生。

（2）本发明所示的分析方法操作简单，准确度高，重现性好，相对 误差低于0.1%。

（3）本发明中所示的流态化分析装置适用性广，通过适当放大，同 时可用于其他沉降速率不相同的固体混合物分离。

附图说明

图1是本发明分析装置的结构示意图；

图2是本发明的工艺流程图；

图1中附图标记如下：

1—弧形弯管      2—流速转换器   3—散流器       4—法兰

5—一级流化管    6—二级流化管   7—三级流化管   8—加样口

9—分散剂出口    10—筛网        11—分散剂入口  12—底阀。

具体实施方式

如图1所述，一种脱硫石膏及其浆液中黑色悬浮物质含量的分析装 置，包括从下到上依次连通的弧形弯管1、流速转换器2、散流器3、一级 流化管5、二级流化管6和三级流化管7。

弧形弯管1为1/4圆弧形弯管，流速转换器2为倒圆锥形管，锥角为 15~45°，弧形弯管1一端与流速转换器2的底部即截面积较小的一端连接， 另一端即为分散剂入口11，在弧形弯管1的底部设置底阀12。

流速转换器2截面积较大的一端与散流器3的下端连接，散流器3由 圆柱形外壳及固定在圆柱形外壳内壁上且与竖直面成30~60°夹角的若干 圆环形叶片组成，散流器3的高度为2~3cm。散流器3的上端与一级流化 管5的下端通过法兰固定连接，在法兰4上设有固定支架用于固定筛网10， 筛网10为1~3层孔径在50~70μm的不锈钢网。

二级流化管6套设在一级流化管5上，二级流化管6的内径与一级流 化管5的外径一致，二级流化管6内壁与一级流化管5的外壁之间设置有 滑动配合部件，二级流化管6能在一级流化管5外壁沿竖直向滑动。

三级流化管7套设在二级流化管6上，三级流化管7的内径与二级流 化管6的外径一致，三级流化管7内壁与二级流化管6的外壁之间设置有 滑动配合部件，三级流化管7能在二级流化管6外壁沿竖直向滑动。

三级流化管7的顶部设有顶盖，顶盖上设有加样口8，在距离顶盖 3~5cm处设有分散剂出口9，分散剂出口9的外接管路向下倾斜，与三级 流化管7的外壁成30~60°夹角，内径比分散剂入口大2~8mm。

一级流化管5、二级流化管6和三级流化管7均为有机玻璃材质，在 一级流化管5和二级流化管6顶端外壁设有2~3cm磨砂面，便于二级流化 管6和三级流化管7的上下滑动和密封，在一级流化管5和二级流化床6 的连接处、二级流化管6和三级流化管7的连接处，其外壁面高于内壁面 4~8mm（指二级流化管6和三级流化管7均处于最大高度时），以1/4圆 弧连接，弧面向外。

一般情况下：

一级流化管5内径为30~60mm，壁厚为4~8mm，高为0.5~0.8m。

二级流化管6内径为一级流化管5外径长度，壁厚为4~8mm，高为 0.4~0.6m，套于一级流化管5外。

三级流化管7内径为二级流化管6外径长度，壁厚为4~8mm，高为 0.3~0.5m，套于二级流化管6外。

分散剂出口9的内径比分散剂入口11的内径大2~8mm。

本实施方式中：

分散剂入口11内径、弧形弯管1内径、流速装换器2底端内径均为 8mm；流速转换器2上口内径、散流器3外径、筛网10直径及一级流化 管5内径均为36mm；散流器3高2cm，4个环形叶片；筛网10孔径为50 μm，一层筛网；一级流化管5高0.6m，壁厚4mm；二级流化管6高0.5m， 壁厚4mm；三级流化管7高0.4m，壁厚4mm；分散剂出口9内径为12mm， 分散剂出口9距离三级流化管7顶部的距离为4cm。

采用蠕动泵（保定申辰泵业有限公司生产的驱动器型号BT300M泵 头型号YZ1515x）和内径为8mm橡胶管向分析装置中输入分散剂。

本装置的使用方法如下：

筛网10以下，事先以蠕动泵充满分散剂，调节蠕动泵，控制分散剂 流速由慢到快，由加样口8加入所需要分离的固体物料浆液，浆液加入后， 部分细小颗粒会透过筛网下沉，弧形弯管1可以有效地拦截该部分颗粒， 随着分散剂流速的增加，沉积于弧形弯管1上的细颗粒又将随着分散剂上 浮。

分散剂经流速转换器2后，分散剂线性速度降低，在散流器3作用下， 同一截面积分散剂线性流速均匀一致。随着分散剂流速的增加，浆液中沉 降速率小的物质首先随着分散剂上浮，随着分散剂流速的进一步增加，沉 降速率大的物质进入流态化，观察一级流化管5内沉降速率较大的物质流 态化情况，如果筛网10上仍有固体颗粒沉积，继续增大流速。

当分散剂由一级流化管5进入二级流化管6时，因为二级流化管6截 面积比一级流化管5大，分散剂线性流速将比一级流化管5线性流速低， 进入二级流化管的较细小的石膏颗粒，将继续保持流态化或者下沉至一级 流化管，如果筛网10上依然有石膏颗粒沉积，则考虑启用三级流化管7， 继续增大一级流化管5中分散剂线性流速，保证管层内沉降速率较大的物 质全部流态化，沉降速度较大的固体颗粒全部流态化后，积压或粘附在沉 降速率较大的物质中的沉降速率较小的物质将全部随着分散剂从分散剂 出口9流出。

分离结束后，继续增大流速，沉降速率较大的物质也将从分散剂出口 9流出，同时用少量清水清洗装置，多余的分散剂或清洗水由阀门12放出。 分散剂如果为有机溶剂，抽滤后除去其中的固体颗粒后可重复使用，分散 剂的选择一般为不溶解所要分离的固体物料为宜。

本发明的定量分析方法流程如下：

如图2所示，电石渣或白泥脱硫石膏制成的悬浮液或脱硫石膏浆液进 行超声分散后，加入上述装置中进行固固分离，分离结束后收集黑色悬浮 物质，进行真空抽滤后恒温定量，最后计算电石渣或白泥脱硫石膏或脱硫 石膏浆液中黑色悬浮物质的含量。

超声分散：准确称量6~12g电石渣或白泥脱硫石膏（或准确量取电石 渣或白泥脱硫石膏浆液于100mL烧杯中，加入20~40mL分散剂，考虑到 电石渣或白泥脱硫石膏以及其中的黑色悬浮物质均不溶于水，本实施例中 分散剂采用纯水，超声振荡4~8min，粘附在石膏表面的黑色悬浮物质在 超声振荡的作用下，将与石膏分离。本实施例中采用的是西化仪（北京） 科技有限公司生产的，型号GZ99/JP-C100B超声波振荡器。

流态化固固分离：振荡后的浆液由分析装置加样口8加入到筛网10 上，进行上述所述的分析装置中的分离过程。

真空抽滤：黑色悬浮物质全部分离后，将收集的含黑色悬浮物质的分 散剂真空抽滤，本实施例中采用的是口径10.6cm布氏漏斗，15cm快速定 量滤纸，河南巩义市英峪予华仪器厂生产的SHZ-CA循环水式多用真空 泵，抽滤结束后并用少量冲洗水冲洗滤饼直至滤液中无硫酸根离子为止。

恒温定量：将滤纸和黑色悬浮物质一同放入40~60℃烘箱中干燥 3~6h，本实施例中烘箱温度设定在45℃，干燥时间为3h，放入干燥器中 冷却后称重，如此反复烘干、冷却、称重，直至恒量。

计算：电石渣或白泥脱硫石膏中黑色物质含量为提取的黑色物质重量 与电石渣或白泥脱硫石膏的重量比值，以百分数表示。电石渣或白泥脱硫 石膏浆液中黑色悬浮物质含量为提取的黑色悬浮物质重量与电石渣或白 泥脱硫石膏浆液体积的比值，单位g/L。

以下实施例均采用上述装置和工艺。

以下实施例中二级流化管有效高度是指二级流化管被分散剂浸没的 高度，即分散剂出口距离一级流化管顶端的高度；三级流化管有效高度是 指三级流化管被分散剂浸没的高度，即分散剂出口距离二级流化管顶端的 高度。

实施例1

准确称量8.0154g电石渣脱硫石膏，加入20mL水配置成浆液，超声 分散5min后，加入到分析装置中，纯水为分散剂，石膏完全流态化时， 纯水流量为200mL/min，二级流化管6有效高度0.31m，三级流化管7有 效高度0m，抽滤、烘干、恒重后，黑色悬浮物质质量0.2572g，电石渣脱 硫石膏中黑色悬浮物质质量分数3.21%。

实施例2

准确称量8.0123g电石渣脱硫石膏，加入20mL水配置成浆液，超声 分散5min后，加入到分析装置中，纯水为分散剂，石膏完全流态化时， 纯水流量为200mL/min，二级流化管6有效高度0.30m，三级流化管7有 效高度0m，抽滤、烘干、恒重后，黑色悬浮物质质量0.2541g，电石渣脱 硫石膏中黑色悬浮物质质量分数3.17%。

实施例3

准确移取40mL电石渣脱硫石膏浆液，加入20mL水，超声分散4min 后，加入到分析装置中分离，纯水为分散剂，石膏完全流态化时，纯水流 量180mL/min，二级流化管6有效高度0.35m，三级流化管7有效高度 0.08m，抽滤、烘干、恒重后，黑色悬浮物质质量0.8010g，电石渣脱硫石 膏浆液中黑色悬浮物质含量20.025g/L。

实施例4

准确称量10.0007g白泥脱硫石膏，加入30mL水配置成浆液，超声 分数6min后，加入到分析装置中，纯水为分散剂，石膏完全流态化时， 纯水流量246mL/min，二级流化管6有效高度0.42m，三级流化管7有效 高度0.31m，抽滤、烘干、恒重后，黑色悬浮物质质量1.112g，白泥脱硫 石膏中黑色悬浮物质质量分数11.12%。

实施例5

准确称量10.0105g白泥脱硫石膏，加入30mL水配置成浆液，超声 分数6min后，加入到流态化分析装置中，纯水为分散剂，石膏完全流态 化时，纯水流量242mL/min，二级流化管6有效高度0.43m，三级流化管 7有效高度0.31m，抽滤、烘干、恒重后，黑色悬浮物质质量1.1208g，白 泥脱硫石膏中黑色悬浮物质质量分数11.19%。

以上所述仅为本发明的较佳实施举例，并不用于限制本发明，凡在本 发明精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在 本发明的保护范围之内。