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硫酸亚铁是优质的含铁饲料添加剂,同时也是重要的无机化工原料。七水硫酸亚铁和一水硫酸亚铁晶体是硫酸亚铁的主要水合物。为了改善七水硫酸亚铁结晶水含量高、易结块、易风化等缺点,将其转化为一水硫酸亚铁是企业解决问题的常用办法。 本文研究了硫酸亚铁水合物干燥脱水过程,利用X射线衍射仪(XRD)、热重-差热(TG-DSC)和扫描电镜(SEM)等分析手段研究了硫酸亚铁水合物脱水前后变化,并得到各阶段的热效应。实验结果表明,七水硫酸亚铁脱水过程分为三个阶段,第一阶段失去三个结晶水转变为四水硫酸亚铁,第二阶段失去三个结晶水转变为一水硫酸亚铁,第三阶段失去一个结晶水转变为硫酸亚铁。利用KAS(Kissinger-Akahira-Sunose)法分析不同升温速率下的TG数据,找出硫酸亚铁水合物脱水的机理函数,得到各阶段的脱水活化能及指前因子等动力学参数,初步成本计算表明干燥脱水成本无优势。 对溶液环境下的硫酸亚铁水合物晶体存在形式和溶解度进行了研究。采用静态平衡法测定了293.15~363.15 K硫酸亚铁水合物在1 wt%和3 wt%硫酸中的溶解度数据,利用X射线衍射和热重分析方法对晶体组成进行分析。研究表明,在1 wt%硫酸中,硫酸亚铁水合物以FeSO4·7H2O、FeS O4·4H2O和FeSO4·H2O三种形式存在;在3 wt%硫酸中,硫酸亚铁水合物以FeSO4·7H2O和FeSO4·H2O两种形式存在。硫酸亚铁水合物的溶解度受温度、酸浓度影响较大,以硫酸亚铁为基准,随着温度升高溶解度先增加,当温度大于转变温度后,溶解度随温度升高减小;同一温度下,酸浓度越高,溶解度越小。 对硫酸亚铁水合物湿法脱水过程进行优化,主要考察温度、固液比、酸浓度、搅拌速率、初始硫酸亚铁浓度以及停留时间对最终产品的影响。间歇实验发现:温度和固液比对湿法脱水过程影响较大。开展了连续结晶过程系统研究,初始硫酸浓度越大,产品颗粒越小,但产品相对均一;酸浓度改变是对过饱和度的改变;搅拌速率过低体系搅拌不均匀,搅拌速率过大,导致输入能量大颗粒破碎,出现二次成核;停留时间过短使晶体没有足够的时间生长,优化的工艺操作参数为:初始硫酸亚铁浓度32.16 wt%、硫酸浓度3 wt%、搅拌速率300rpm、停留时间50 min,产品粒度分布为D0.16为45.03μm、D0.50为77.85μm、D0.84为111.24μm,计算得到变异系数C.V.为42.52%。通过结晶动力学研究,发现MJ2模型可以较好描述体系的生长。