脱硫石膏制备α-半水石膏研究进展及应用

随着中国工业的不断发展,产生了大量的脱硫石膏,目前脱硫石膏的综合利用量虽在逐年增加,但其利用率却在降低,探寻脱硫石膏的高值化利用途径迫在眉睫,其中脱硫石膏资源化利用途径之一是将其脱水转化成α-半水石膏。利用脱硫石膏来制备高性能、高附加值的α-半水石膏,不仅能减轻石膏堆积对环境的污染,减少天然石膏的开采,还能带来新的经济效益。基于此,系统地综述了国内外脱硫石膏制备α-半水石膏的研究现状及影响因素,总结了其生产工艺路径及应用,并对推进脱硫石膏的减量化、资源化利用提出了展望,旨在提高固废利用率,促进“碳中和、碳减排”。

盐溶液法制备半水石膏的工艺研究及探讨

这是一篇矿物材料领域的论文。利用脱硫石膏制备应用更为广泛的半水石膏对工业副产石膏的资源化利用有非常重要的作用,不仅可以避免对天然石膏的大量开采,还能实现对脱硫石膏的资源化利用。在脱硫石膏转化为半水石膏的过程中,以氯化钠和添加剂作为反应溶液,在常压下加热搅拌反应。研究了氯化钠浓度、添加剂浓度、固液比、转速和反应温度等因素对二水到半水石膏的相转化时间和晶体粒度的影响,氯化钠和添加剂浓度的增大,不仅会加快相转化过程,还对半水石膏晶体的平均长度和平均长径比有一定的抑制作用,而较高或较低的转速则会阻碍半水石膏晶体的成核和生长,过快或过慢的转速都会影响Ca^(2+)和SO_(4)^(2-)的碰撞频率,继而影响半水石膏的生成。降低固液比和升高温度也对相转化过程有一定的促进作用,在较低的温度下,由于相转化过程的驱动力不足,脱硫石膏难以转化为半水石膏。确定了脱硫石膏制备半水石膏的较佳工艺条件为:氯化钠浓度10%,添加剂浓度10%,固液比1:5,转速300 r/min,反应温度100℃。在较佳的工艺条件下,60 min即可完成反应。所制得的半水石膏晶体的平均长度高达127μm,平均长径比高达19。同时,研究了溶液中水分子活度、过饱和度和反应温度的关系,确定了相转化过程由温度和过饱和度所决定。

转晶剂对不同工业石膏制备α-半水石膏的影响

磷石膏和脱硫石膏是堆存量最大的工业固废石膏,将其转化为半水石膏作为建筑胶凝材料是最主要的资源化利用途径。采用蒸压法制备α-半水石膏,以磷石膏和脱硫石膏为原料,天然石膏作为对照组,探究了十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、硫酸铝[Al_(2)(SO_(4))_(3)]、复合转晶剂CM(硫酸铝、柠檬酸钠)对α-半水石膏晶体形貌的调控作用及其强度的影响。结果表明,于135℃下蒸压5 h,3种石膏均能稳定制备α-半水石膏,3种转晶剂对于半水石膏物相组成无影响,同时0.4%(质量分数)CM能够有效降低晶体的长径比;通过t检验法检测,转晶剂对脱硫石膏、天然石膏制备的α-半水石膏的抗压强度有显著性增强作用,α-半水石膏的抗压强度增加2倍以上,分别为13.59 MPa和17.45 MPa。而转晶剂对以磷石膏为原料制备的α-半水石膏的强度没有明显作用。脱硫石膏和天然石膏在0.4%CM的调控下晶体长径比降低,抗压、抗折强度显著提升,而磷石膏由于其杂质影响,转晶剂的作用效果不明显,研究结果可为工业石膏的工业化生产提供一定的理论指导。

转晶剂对脱硫石膏制备α-半水石膏形貌及强度的影响

目的探讨脱硫石膏浆体制备α-半水石膏时转晶剂对其形貌及强度的影响.方法采用高温蒸压法,在升温时间为75 m in、蒸压温度为120℃的条件下水热处理掺有转晶剂的脱硫石膏浆体制得α-半水石膏晶体,采用体视显微镜观测晶体的形貌特征、wΑ-Y300电子液压机测试抗压强度.结果脱硫石膏浆体采用单一转晶剂质量分数0.075%～1%硫酸铝钾效果较好,制得α-半水石膏晶体呈长柱状,抗压强度16.8 MPa;复合转晶剂硫酸铝钾掺量1.8%左右,柠檬酸钠掺量0.08%左右时效果最佳,α-半水石膏晶体呈短柱状,抗压强度30.2 MPa.结论单一转晶剂对α-半水石膏晶体抗压强度的影响并不显著,其中硫酸铝钾效果较为明显,而复合转晶剂对抗压强度提高影响显著,硫酸铝钾与柠檬酸钠作用下抗压强度最高.

丁二酸对α半水脱硫石膏晶体生长习性与晶体形貌的影响

采用扫描电镜、显微红外分析仪和X光电子能谱研究了丁二酸对α半水脱硫石膏晶体生长习性与形貌的影响,从晶体生长角度分析了丁二酸的晶形调节作用机理.结果表明:丁二酸显著改变了α半水脱硫石膏晶体的生长习性,使其由长棒状转变为短柱状或片状,且晶体发育更完整,晶体尺度变大;控制丁二酸的掺量,可制备长径比为1∶1的短柱状α半水脱硫石膏晶体;通过羟基与Ca2+络合作用,丁二酸选择吸附在α半水脱硫石膏的(111)面,抑制其在c轴方向生长,使晶体沿c轴生长的比较优势被削弱或逆转,从而改变了晶面在不同轴向的相对生长速率,使α半水脱硫石膏晶体生长习性和形貌发生改变;丁二酸降低α半水石膏晶体生长速率,晶体生长发育的时间更充分,导致晶体尺度增大.

聚羧酸减水剂对α-半水脱硫石膏的水化进程及其硬化体微结构的影响

采用扫描电镜、压汞测孔仪等微观分析方法,结合宏观物理力学性能实验,测试了加入聚羧酸减水剂后α-半水脱硫石膏的水化温升、水化率、硬化体的强度、孔结构以及显微结构,并研究聚羧酸减水剂对α-半水脱硫石膏水化硬化性能的影响。结果表明,聚羧酸减水剂对石膏水化进程影响较小;在一定的掺量内,聚羧酸减水剂能大幅提高石膏硬化体强度,改善硬化体孔结构,降低石膏孔隙率,细化孔径,这是聚羧酸减水剂提高α-半水脱硫石膏硬化体强度的内在原因。

脱硫石膏常压盐溶液法制备半水石膏的试验研究

利用脱硫石膏呈湿态粉体、品位较高的特点,采用常压水热法制备半水石膏。研究了盐溶液质量分数、反应温度与时间、料浆质量分数、pH值等因素对脱水反应动力学过程及半水脱硫石膏晶体形态的影响,确定了脱硫石膏制备半水石膏的适宜工艺条件为：盐溶液质量分数15%,反应温度不低于95℃,反应时间2 h,pH值5~7,料浆质量分数20%。

丁二酸对水热合成α-半水脱硫石膏微晶形貌及力学强度的影响

为提高脱硫石膏利用率和附加值,采用水热合成法在温度为95℃的15%(质量分数)氯化钠溶液中制备高强α-半水脱硫石膏材料,研究了丁二酸掺量对α-半水脱硫石膏转晶行为、物相组成、微晶形貌及力学强度的影响。结果表明,随着丁二酸掺量的增加,α-半水脱硫石膏的诱导成核与晶体生长时间均逐渐增大,转晶时间延长。同时,α-半水脱硫石膏的长径比随着丁二酸掺量的增加而降低,这有利于促进α-半水脱硫石膏水化,提高结构密实性,改善材料的力学性能。其中,掺入0.20%(质量分数)丁二酸时α-半水脱硫石膏的长径比降至1∶1左右,其2 h抗折强度和烘干抗压强度分别提高至5.54 MPa、38.47 MPa。

EDTA对α半水脱硫石膏晶体形貌的影响及调晶机理研究

采用SEM研究了乙二胺四乙酸(EDTA)对α半水脱硫石膏晶体形貌的影响、EDTA在α半水石膏表面的吸附作用,分析了EDTA的调晶机理。结果表明,EDTA能显著改变α半水石膏晶体形貌,使其从长棒状转变为短柱状,且晶体尺寸增大;EDTA调晶效果对pH值比较敏感,在中性范围内EDTA有最佳调晶效果;Al 3+会影响ED-TA的调晶效果,为了得到最佳的调晶效果,要控制溶液中的杂质金属离子含量;EDTA通过与Ca2+的络合反应吸附于α半水石膏晶体(111)晶面上,抑制晶体在C轴方向的生长,从而改变各个晶面的相对生长速率,使α半水石膏晶体形貌发生变化。

α半水脱硫石膏流动度经时性及减水剂适用性

研究了α半水脱硫石膏流动度经时性及其影响因素,对掺减水剂石膏流动度经时性与流动度经时损失的内在原因进行了分析。α半水脱硫石膏流动度经时损失大,水化6 min流动度损失20%以上,α半水脱硫石膏快速水化对游离水消耗与束缚,以及双电层结构破坏,ξ电位迅速降低是导致流动度经时损失的内在原因。萘系减水剂(FDN)的分散作用主要依赖ξ电位的静电斥力,其分散稳定性差,流动度经时损失大;聚羧酸减水剂(PC)主要依靠空间位阻发挥分散作用,其分散稳定性较好,流动度经时性损失较小。高效减水剂应具备空间位阻效应,复配缓凝剂是抑制α半水脱硫石膏流动度经时损失的有效方法。

利用脱硫石膏制备α-半水石膏的蒸压制度研究

使用脱硫石膏做原料,利用动态水热法制备α-半水石膏,通过测定试样的XRD、TG-DSC、粒度等微观性能以及试样中α-半水石膏含量,分析蒸压制度的影响。结果表明,利用动态水热法制备α-半水石膏的时候,石膏的相转变温度在105-110℃之间,但是130℃以上转变速率较快;在130℃蒸压时完全转变成为半水石膏需要3 h左右;料浆浓度20%-30%之间,搅拌棒速率控制在150 r/min左右,对石膏的粒径分布较好。

磷酸盐对α半水脱硫石膏凝结硬化的作用机理

研究磷酸盐对α半水脱硫石膏水化反应进程、液相离子浓度与过饱和度以及水化产物形貌与硬化体强度的影响,结合X光电子能谱分析技术对磷酸盐缓凝机理进行分析.结果表明,磷酸盐抑制α半水脱硫石膏早期水化,使水化放热减缓,早期水化速率降低,凝结时间延长;磷酸盐改变了二水石膏晶体生长习性,晶形由长棒状转化为板状,并使晶体粗化,硬化体强度降低;磷酸盐通过化学作用吸附在二水石膏晶体表面,抑制离子扩散和晶面生长,这是二水石膏缓凝的内因,对晶面的选择性吸附改变了二水石膏晶体生长习性和形貌,是硬化体强度降低的原因所在.

非电解质乙二醇水溶液脱硫石膏制备高强石膏

研究了常压非电解质乙二醇-水溶液脱硫石膏制备α-半水石膏工艺,对转化过程和产物特性做了表征分析;研究了不同金属离子对于转化过程的调控作用,对调控机制作了分析。结果表明脱硫石膏在乙二醇水溶液中(乙二醇浓度80 mol%,反应温度95℃)可成功转化为α-半水石膏;微量金属阳离子K^+,Mg^(2+)的添加可显著加快转化速率,而Fe^(3+)的加入则会减缓转化;添加K^+产物α-半水石膏晶体呈梭子状,添加Mg^(2+)后可获得细长α-半水石膏晶须,而添加Fe^(3+)后则获得扁平硬币状α-半水石膏晶体;金属阳离子对于转化速率和产物形貌的调控主要通过影响溶液pH及晶体表面选择性吸附实现,确切的机理还需进一步分析表征。研究内容将有助于常压非电解质醇水溶液α-半水石膏制备技术的发展,并利于脱硫石膏的高附加值资源化利用。

压蒸溶液法脱硫石膏制备α-半水装饰石膏实验研究

通过采用蒸压水溶液法,在升温时间为90 min、蒸压温度为130℃的条件下水热处理掺有转晶剂的脱硫石膏浆体制得α-半水装饰石膏晶体,采用体视显微镜观测晶体的形貌特征,利用WA-Y300电子液压机测试抗压强度发现,升温时间过短或过长都不利于强度的提高,只有在α-半水装饰石膏晶体析出的饱和度与生长速率达到动态平衡时最佳;蒸压时间以转晶最充分时为宜,此时强度最高;浇注时间应控制在α-半水装饰石膏水化之前,浇注温度可略低于蒸压温度.因此脱硫石膏浆体采用高温法制取α-半水装饰石膏浆体的工艺是可行的,升温时间应控制在90 min,6 h蒸压抗压强度最高可达到34.8 MPa,α-半水装饰石膏浆体浇注时间应在2 min左右,浇注温度在120℃时最为合适.

硫酸-无机盐中脱硫石膏水热合成硫酸钙晶须

以脱硫石膏为原料,利用水热法在硫酸-无机盐-水体系中成功制备出硫酸钙晶须。借助SEM、图像粒度分析等方法,考察反应温度、时间、硫酸浓度、晶型控制剂等条件对晶须形貌及长径比的影响,并初步讨论硫酸-无机盐-水体系对晶须成核和生长过程的影响。结果表明:在硫酸-无机盐-水体系中,反应温度、反应时间、硫酸浓度和晶型控制剂的类型,都会改变硫酸钙晶须的平均长径比。制备硫酸钙晶须的最优工艺条件为:脱硫石膏质量分数5%,反应温度135℃,反应时间150 min,硫酸浓度10-3 mol/L,使用的晶型控制剂为氯化铜(质量分数为0.17%)。在此条件下制备的半水硫酸钙晶须平均长径比可达到74.38。

带内翅片管回转脱硫石膏煅烧机的研究

脱硫石膏的煅烧工艺直接决定其产品的质量。本文对脱硫石膏的产生过程和特性进行了叙述,对常用煅烧工艺的优缺点进行了分析,选择带内翅片管回转脱硫石膏煅烧工艺进行研究。对该煅烧机的结构组成及工作流程进行了分析,结果表明该工艺有以下优点:避免了脱硫石膏煅烧过程中杂质的混入;内翅片管可在筒体出料端实现自由伸缩,可保护筒体不受热胀冷缩而变形;内翅片管使气流由层流变成紊流且增加了换热面积,提高了换热效果。总之,带内翅片管回转脱硫石膏煅烧工艺是一种性能好的煅烧工艺,可以应用于工业现场,并具有广泛的发展前景。

脱硫石膏制备半水石膏晶须的研究

脱硫石膏是电厂湿法烟气脱硫的固体废弃物,不仅造成资源浪费,还会对环境产生污染。为提高脱硫石膏的附加值,以脱硫石膏为原料,采用盐溶液法制备半水石膏晶须,研究了氯化钠浓度、温度、液固比、p H对转化率的影响,并研究了柠檬酸的含量对形貌的影响。采用傅立叶变换红外光谱仪（FTIR）、X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等对制备的半水石膏晶须做了表征,并研究了柠檬酸对形貌影响的机理。研究表明：当氯化钠质量分数为20%、反应温度为100℃、液固比为5∶1、反应时间为2 h、柠檬酸的质量分数为0.25%时,可制备出长度为50~100μm、长径比为（30~50）∶1的半水石膏晶须。

EDTA对脱硫石膏制备α-半水石膏晶体生长的影响

采用常压盐溶液法工艺以脱硫石膏为原料制备α-半水石膏,研究乙二胺四乙酸(EDTA)对脱水反应速率、产物晶体形貌的影响,并结合多种分析手段从微观角度对转晶机制进行探讨。结果表明:EDTA能显著降低脱硫石膏脱水反应速率,在0.2%~1.0%掺量下,脱水反应时间逐渐延长至4 h;EDTA对α-半水石膏晶体形貌改善作用明显,使之由细长的针棒状转变为短柱状,在1.0%掺量下晶体长径比约为1.5∶1;EDTA在晶体生长过程中会吸附在(111)晶面上,阻碍半水石膏晶体在c轴方向上的生长,但并未掺杂在产物石膏晶格中,不会改变晶体的晶型。

苹果酸和甘油作用下α-半水石膏晶体形貌和粒度的协同调控研究

利用脱硫石膏制备高附加值的高强度α-半水石膏是拓展其利用途径的重要策略,而晶体形貌和粒度又是影响α-半水石膏品质的重要因素。以甘油水溶液为反应介质,苹果酸为媒晶剂,深入考察了苹果酸添加量和甘油浓度对晶体形貌和粒度影响,结果发现苹果酸通过与α-半水石膏晶体表面的钙质点发生络合吸附的方式主要实现对晶体形貌的调控,甘油的主要作用在于对晶体粒度的控制,其影响不是通过甘油直接在晶体表面吸附或者影响苹果酸吸附实现的。最终通过调控苹果酸添加量和甘油浓度实现了对α-半水石膏晶体形貌和粒度的协同调控并制备出具有相似形貌不同粒度的晶体。当甘油浓度为45%、苹果酸加入量为37.09×10-4mol·kg-1时,可以生成平均粒度为18μm左右的晶体;当甘油浓度为75%、苹果酸加入量为18.54×10-4mol·kg-1时,可以生成平均粒度为5μm左右的晶体。

煅烧-水化处理提高脱硫石膏转化为α-半水石膏的相变活性（英文）

湿法石灰石-石膏烟气脱硫过程中产生的脱硫石膏的大量堆积不仅会浪费土地而且会对周边环境造成严重污染。制备α-半水石膏是高附加值利用脱硫石膏的重要途径。目前,常压甘油-水溶液法被认为是一种制备α-半水石膏的优良方法,但是在这种溶液体系中二水石膏转化效率不高。用煅烧-水化预处理方法活化脱硫石膏使其能够比较容易地完成相变转化。预处理后脱硫石膏的结晶性变差并形成细碎的无规则薄片状晶体,这大幅度地提高了脱硫石膏的比表面积。另外,预处理还将大部分吸附在脱硫石膏表面的有机物去除。结晶性变差、比表面积提高以及表面有机物的消除大幅度地提高了脱硫石膏的相变反应活性,有利于二水石膏的溶解和α-半水石膏的成核结晶,最终促进脱硫石膏向α-半水石膏的转化。