盐介质对磷石膏常压盐溶液法制备α半水石膏的影响研究

磷石膏是湿法磷酸生产过程中用硫酸分解磷矿石排放的固体废弃物,采用常压盐溶液法制备α半水石膏是磷石膏资源化的新途径,其中盐介质的选择是常压盐溶液法的关键。研究了NaCl、NaNO_3、MgCl_2、CaCl_2和Ca(NO_3)2五种盐介质对磷石膏制备α半水石膏转化速率、物相组成和形貌的影响。研究结果表明:随着NaCl、NaNO_3和MgCl_2浓度的增加,磷石膏转化为α半水石膏的速率加快,结晶诱导时间和晶体生长时间缩短;反应产物中α半水石膏的含量在95%以上,显微形貌均为六方长柱状,但端面形貌不同。在NaCl和NaNO_3溶液中,α半水石膏存在多个锥面且晶面完整,长径比约为14∶1;在MgCl_2溶液中端面呈空心层状包裹,长径比为11∶1,粒度均匀,但晶体缺陷较大。NaCl与NaNO_3、MgCl_2相比,具有用量低、磷石膏转化速率快的优点,可作为常压盐溶液制备α半水石膏的盐介质;由于同离子效应的影响,磷石膏在Ca Cl_2和Ca(NO_3)2溶液中未发生转变,不宜作为盐介质。

常压盐溶液法制备α-半水石膏转晶剂的研究

转晶剂是常压盐溶液法制备α-半水脱硫石膏的关键因素之一。从晶体形貌、脱水速率、液相离子浓度等多个角度考察了各类转晶剂对α-半水脱硫石膏的影响规律及其作用机理。结果表明,多元有机酸类转晶剂的效果最显著,在适宜掺量下,可以获得长径比接近1∶1的理想短柱状晶体。

常压盐溶液法制备α-半水钛石膏

以钛白石膏为原料,利用常压盐溶液法制备α-半水钛石膏(α-HHTG)。研究转晶剂配比、悬浮液p H值和浓度对晶体形貌的影响。采用扫描电子显微镜(SEM)观察晶体形貌,X射线衍射仪(XRD)对制得的α-半水钛石膏进行表征。结果表明:在以氯化钠为盐介质,反应时间为4h,反应温度维持在沸点附近,转晶剂硫酸铝质量浓度为0.6 Wt%、柠檬酸钠0.28 Wt%,悬浮液p H值为4.1、浓度20 Wt%时,α-半水钛石膏晶体形貌最佳,呈短柱状,长径比约为1∶1。

盐种类对常压盐溶液法制备半水石膏的影响

常压盐溶液法制备半水石膏与盐介质、温度、pH等有关,盐介质的选择是常压盐溶液法制备半水石膏的基础。研究了常压盐溶液法制备半水石膏过程中不同阴阳离子及其组合的几种盐介质体系对转晶速率和晶体形态的影响。结果表明,阴阳离子对二水石膏转晶速率的影响分别按Cl-≈NO3-、SO42-顺序和NH4+、Ca2+、K^+、Na^+、Mg^(2+)顺序递增。在氯化镁、氯化钙、硝酸钙3种体系中,二水石膏转晶速率随着盐浓度的降低而减小,但存在不同的浓度阈值,低于该阈值转晶过程在4 h内无法进行;在一定的盐浓度范围内,盐介质都能较好地控制半水石膏的晶形。

常压Mg-Na复合盐溶液体系制备α-半水石膏

盐溶液的种类和浓度是常压盐溶液法制备α-半水石膏的关键因素。以Mg(NO_(3))_(2)为主体,考察了Mg(NO_(3))_(2)-Na Cl、Mg(NO_(3))_(2)-Na_(2)SO_(4)和Mg(NO_(3))_(2)-Na NO_(3)3种复合盐溶液体系中二水石膏向α-半水石膏转晶的过程,研究了Mg(NO_(3))_(2)-Na Cl体系中盐溶液浓度、转晶剂类型和用量对转晶速率和晶体形貌的影响。结果表明:在Mg(NO_(3))_(2)-1%Na Cl复合盐体系中4 h内将二水石膏全部转化为α-半水石膏的最低Mg(NO_(3))_(2)质量分数为27%;随着Mg(NO_(3))_(2)质量分数从27%增加至36%,溶液的过饱和度增大,二水石膏的转晶速率升高,诱导期从90 min减少至20 min;加入DL-苹果酸、顺丁烯二酸和3-硝基邻苯二甲酸转晶剂后,二水石膏转晶速率降低,产物长径比减小;在DL-苹果酸质量分数为1%条件下,α-半水石膏绝干抗压强度为21.74 MPa。

磷石膏常压无氯盐溶液法制备硫酸钙晶须

以Ca(NO3)2溶液为反应介质,在常压无氯盐溶液条件下克服了氯离子腐蚀工业设备、污染自然环境等弊端,研究了Ca(NO3)2质量分数、磷石膏质量分数、pH值、反应温度对硫酸钙晶须生成的影响,分析影响机理。结果表明,在Ca(NO3)2质量分数为30%,磷石膏质量分数为12%,pH值为3,反应温度为103℃,反应时间为4 h的条件下,制备出平均长度400μm左右、平均长径比为53,形貌均一的硫酸钙晶须。

常压盐溶液-丁二酸转晶体系中pH对α-CaSO4·0.5H2O的影响

以磷石膏为原料,丁二酸为转晶剂,采用常压盐溶液法制备α-CaSO4·0.5H2O的体系中,在温度为103℃、反应时间为3 h、丁二酸掺量为0.05%(质量分数)、氯化钠质量分数为15%的条件下研究pH对制备α-CaSO4·0.5H2O的影响。结果表明:当pH为7.0~9.0时,可以得到长径比为1∶1~3∶1的短柱状α-CaSO4·0.5H2O晶体。FT-IR和XPS表征结果显示,合适的pH条件下,丁二酸电离出适量的羧酸根离子吸附于α-CaSO4·0.5H2O晶体晶面上与钙离子络合,减缓了α-CaSO4·0.5H2O晶体在晶面上的生长速度,减小了晶体长径比。XRD和TEM表征结果证实,羧酸根离子吸附于α-CaSO4·0.5H2O晶体的(204)晶面上与钙离子络合。

常压无氯复合盐溶液磷石膏制备α-半水石膏

目前常压盐溶液法实现磷石膏到α-半水石膏转化主要采用氯盐体系,存在产物含氯量高,含氯废水难以处理的问题。本研究以Ca(NO3)2-Na2SO4复合盐溶液作为传统氯盐溶液的替代介质,同时为了避免单一盐溶液中有机转晶剂引起的延缓效应。结果表明:在95℃,55%Ca(NO3)2,0.1%丁二酸,磷石膏料浆质量分数20%的条件下,反应6 h,磷石膏能够转化成短柱状,长径比约接近1∶1的α-半水石膏。与单一Ca(NO3)2盐溶液相比,采用Ca(NO3)2-Na2SO4复合盐溶液能够缩短磷石膏脱水反应时间,消除有机酸的延缓效应,提高磷石膏的转换效率。

转晶剂对磷石膏制备无水硫酸钙影响的研究

磷石膏(PG)产生量大、资源化利用困难,严重影响磷化工行业的发展。为提高PG应用附加值,以除杂后的PG为原料,以NaCl和乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)为转晶剂,采用常压盐溶液法制备高白度无水CaSO_(4)。通过SEM、XRD、FT-IR、粒度分析仪等分析方法研究转晶剂对无水CaSO_(4)制备的影响。结果表明:当NaCl质量分数为15%、EDTA-2Na质量分数为0.5%时,PG结晶水脱水时间由120 min缩短至40 min,脱水效果显著;同时,无水CaSO_(4)晶体粒度分布均匀,颗粒表面完整,D_(50)为5.26μm,白度值为92.5%,P_(2)O_(5)质量分数仅为0.045%。这主要是因为非晶格Na^(+)降低了体系中水的活度,促进PG脱水转晶及杂质脱除;EDTA-2Na中羧基基团与石膏晶体表面的Ca^(2+)发生配位形成的配位离子层可调控无水CaSO_(4)晶体生长,修饰晶面。

磷基高强石膏制备中电解质溶液循环利用研究

常压盐溶液法制备磷基高强石膏是磷石膏高附加值利用的有效方法,但是电解质溶液的循环利用问题一直是制约该工艺发展的关键难题之一。通过向电解质溶液中加入适量电石泥,研究电石泥的加入对电解质溶液循环利用以及高强石膏质量的影响。结果显示:磷石膏中的可溶性杂质是影响电解质溶液循环利用的主要因素,在保证高强石膏性能达到行业标准(JC/T 2038—2010《α型高强石膏》α30等级)前提下,未掺入电石泥的电解质溶液只能循环利用1次,而加入电石泥的电解质溶液可以循环利用4次。该研究结果对于磷石膏常压盐溶液法制备高强石膏工艺的工业化应用具有一定的指导意义。