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以安徽巢湖地区天然石膏为研究对象,针对天然石膏中主要杂质成分MgO、SiO2,分别配制模拟体系CaSO4-MgO及CaSO4-SiO2体系,采用浸提法和泡沫浮选法进行CaSO4的分离纯化研究,研究了浸提法、泡沫浮选法分离方法、工艺过程、主要参数、过程热力学和动力学等。考察陶瓷膜分离技术在CaSO4分离纯化中的应用,优化CaSO4中MgO、SiO2的有效分离方法,为非金属矿深加工技术的开发和分离集成技术的应用提供了基础参数。采用溶液浸提法分离CaSO4-MgO体系中MgO。对MgO质量含量5%的CaSO4-MgO体系,以H2SO4为浸提剂,在悬浆液浓度10 g·L-1,H2SO4溶液浓度为0.015 mol·L-1,温度298 K,搅拌速度700 r·min-1,浸提时间90 min的条件下,体系中MgO浸提率可达91.18%,相同操作条件下,天然石膏体系中MgO浸提率为59.49%。浸提残液经处理后,基本符合相关国家标准。过程动力学结果表明,液膜扩散控制模型能较好地描述浸提行为,浸提过程符合一级动力学过程。对泡沫浮选法分离纯化CaSO4-SiO2体系中SiO2进行了操作条件优化研究,在pH值7、悬浆液浓度10 g·L-1,浮选平均泡径1.9 mm,浮选液柱高度28 cm,CTAB溶液浓度0.2 mmol·L-1,浮选气量0.6 L·min-1,浮选温度298 K的优化条件下,SiO2脱除率为74.53%,相同条件下天然石膏中的SiO2脱除率为73.36%。研究范围内SiO2颗粒与CTAB的吸附行为较好地吻合Freundlich等温方程,SiO2颗粒吸附CTAB的行为符合拟二级动力学方程规律,其控制步骤为内扩散控制。同时,浮选过程中CTAB分子的气泡夹带行为符合宏观一级动力学方程,颗粒与气泡间的黏附过程可以自发进行,表面吸附为放热过程。采用α-Al2O3陶瓷膜对CaSO4悬浆液进行微滤过程研究。确定了陶瓷膜微滤的适宜条件参数为:pH值7、悬浆液浓度10 g·L-1、错流速率1.450 m·s-1、操作压力0.15 MPa、温度308 K。同时,分别研究了湍流促进器和亲水性高分子物对CaSO4悬浆液微滤过程的强化作用,螺旋式湍流促进器强化结果显示,采用膜内圈通道布置螺间距4 mm、外径3.4 mm的结构与膜外圈布置通道螺间距8 mm、内径3.4 mm结构的组合强化方式下,为效果强化最佳,膜通量提高了23.76%,机械能损失仅为26.06 J·kg-1。