Ca-MG-K-CL-H2O盐溶液体系中硫酸钙的结晶过程

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脱硫石膏作为烟气脱硫工艺的工业废渣,其主要成分是二水硫酸钙,进行常压盐溶液改性转化为α型半水石膏是实现对其资源化利用的有效措施。测定不同温度条件下α型半水石膏在盐溶液体系中的溶解度、介稳区和诱导期数据,为研究二水硫酸钙转化为α型半水石膏过程的热力学和动力学过程奠定基础,从工业生产角度来讲对该转化过程有理论指导意义。  本研究采用等温溶解平衡法测定了80~98℃的温度变化范围内,α型半水石膏在CaCl2-MgCl2-KCl盐溶液体系和纯水中的溶解度变化规律,确定了不同温度范围内的溶解平衡时间。通过和相同条件下二水硫酸钙的溶解度做对比,从热力学角度探讨二水硫酸钙转化为α型半水石膏的机理。结果表明,α型半水石膏在高温区间内(90~98℃)所需的溶解平衡时间远远小于低温(80~85℃)时所需的溶解平衡时间,且影响α型半水石膏在所研究的盐溶液体系中的溶解度的主要因素是温度,盐溶液的种类和浓度。在CaCl2、MgCl2、 KCl溶液中影响α型半水石膏溶解度的因素依次为Ca+的同离子效应,Mg2+的缔合效应和KCl的盐效应,同离子效应抑制α型半水石膏的溶解过程,减小了α型半水石膏的溶解度,后两种则增大了α型半水石膏的溶解度。在混合盐溶液中,三种效应共同作用,但同离子效应的主导作用导致α型半水石膏的溶解度随盐溶液浓度的升高而降低。  在浓度为22~30%的复合盐溶液中,采用反应结晶法测定了硫酸钙在CaCl2-MgCl2-KCl复合盐溶液体系中的介稳区和诱导期,与经典成核理论相结合,计算了硫酸钙在复合盐溶液中的固液界面张力和成核速率。结果表明,影响介稳区宽度的主要因素为复合盐溶液的浓度,在高浓度复合盐溶液中介稳区宽度变窄;影响硫酸钙成核诱导期、固液界面张力和成核速率的主要因素是溶液的过饱和系数(1.4~3.8),盐溶液的浓度和温度。硫酸钙的成核诱导期和固液界面张力随过饱和度的升高而减小,随盐溶液浓度的升高而增大,随温度的降低而增大,而成核速率的变化情况和前面两者相反。在较高温度和较低过饱和度的盐溶液体系中生成的α型半水石膏的晶体形态趋向于理想的短柱状,且分布比较均匀。
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