磷石膏碳酸化—沉淀—水热制硫酸钙晶须过程研究

发布时间：2017-09-12 10:47

  本文关键词：磷石膏碳酸化—沉淀—水热制硫酸钙晶须过程研究

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【摘要】：我国磷复肥产量的迅速增长,磷石膏的产排量也随之增大,2014年全国磷石膏产生量约7400万吨。而云南省作为磷资源大省之一,其排放量占全国总量的1/5左右,但磷石膏利用率却不足20%。提高磷石膏综合利用率既是磷复肥行业必须面对的紧迫问题,也是有效解决环境、资源问题的途径之一。磷石膏制备硫酸钙晶须是高效利用磷复肥企业固体废弃物的举措,因而成为研究热点。本文以磷石膏为原料,采用碳酸化-沉淀-水热新工艺制备硫酸钙晶须。首先,研究了碳酸化-沉淀-水热过程的工艺条件对晶须形貌的影响。磷石膏碳酸化转化最佳工艺条件为:碳酸化试剂为碳酸钠、用量系数1.2、转化时间1.5 h及转化温度45 ℃,此时磷石膏转化率大于99%;沉淀过程中沉淀剂氯化钙浓度0.4 mol·L-1,反应温度25 ℃,钙硫摩尔比为2以及反应时间3 h,在此条件下制备的石膏前驱体主要成分为二水硫酸钙,粒径在20 μm左右;水热过程最佳工艺条件:水热温度150 ℃、水热时间4h、甲酸调节体系pH 3～4及固含率2%,在此条件下得到长径比150、纯度98.9%、白度97.0%的半水硫酸钙晶须。其次,研究了可溶磷杂质、铁杂质及铝杂质对水热制备硫酸钙晶须的影响。水热溶液中可溶磷含量1.0%有利于半水硫酸钙晶须的制备;铁杂质的存在对晶须形貌影响不大;铝杂质的存在对晶须形貌影响较大,Al2O3含量越大,水热体系中[Ca2+]/[SO42-]越小,且会生产Al(OH)3沉淀,不利于半水硫酸钙的轴向生长,故在水热制备半水硫酸钙过程中应尽量避免有铝杂质。最后,研究了甲酸复合金属离子(Mg2+,Fe3+,Cu2+)对晶须的影响,并进行了机理初探。以甲酸为pH调节剂,使得体系pH=3.42,MgC12添加量为0.5%(wt)时,产物直径为2.0μm,长度为388 μm,长径比达到最大值194,初步推测镁离子对晶须影响机理涉及到晶面的选择性吸附机理和同离子效应作用;FeCl3添加量为1.0%wt时,产物直径为1.9 μm,长度先增加后略减小,长径比达到最大值185.26,初步推测铁离子对晶须影响机理主要为铁替位式进入晶须晶格;CuCl2添加量为1.0%(wt)时,晶须直径为2.0μm,而长度一直增加到408μm,长径比高达204,初步推测铜离子对晶须影响机理主要为晶面的选择性吸附。
【关键词】：磷石膏 硫酸钙晶须 碳酸化-沉淀-水热工艺 杂质影响 作用机理
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ132.32
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-25
• 1.1 磷石膏概况11-13
• 1.2 磷石膏中杂质及其影响13-16
• 1.2.1 磷石膏中主要杂质及其影响13-14
• 1.2.2 磷石膏除杂研究现状14-16
• 1.3 磷石膏制备硫酸钙晶须研究现状16-20
• 1.3.1 硫酸钙晶须的性能及应用16-19
• 1.3.2 磷石膏制备硫酸钙晶须的研究现状19-20
• 1.4 晶体生长机理及其定向调控技术研究现状20-23
• 1.4.1 晶体生长机理研究现状20-22
• 1.4.2 晶体定向调控技术研究现状22-23
• 1.5 课题研究背景、意义及内容23-25
• 1.5.1 研究背景23-24
• 1.5.2 研究意义24
• 1.5.3 研究内容24-25
• 第二章 实验原料试剂、仪器及方法25-34
• 2.1 实验原料25-27
• 2.2 实验试剂及仪器设备27-29
• 2.3 实验方法29-30
• 2.3.1 磷石膏酸化转化29
• 2.3.2 水热前驱体制备29-30
• 2.3.3 水热合成硫酸钙晶须30
• 2.4 分析方法30-34
• 2.4.1 物性表征31-32
• 2.4.2 组成分析32-34
• 第三章 磷石膏碳酸化-沉淀-水热制备硫酸钙晶须研究34-50
• 3.1 碳酸化转化过程工艺条件研究34-36
• 3.2 沉淀制备前驱体工艺条件36-38
• 3.3 水热制备硫酸钙晶须过程工艺条件研究38-49
• 3.3.1 水热温度38-41
• 3.3.2 水热时间41-43
• 3.3.3 酸试剂及水热体系pH43-47
• 3.3.4 水热体系固含率47-49
• 3.4 本章小结49-50
• 第四章 杂质对水热制硫酸钙晶须的影响研究50-76
• 4.1 磷杂质的影响50-60
• 4.1.1 对晶须形貌影响50-51
• 4.1.2 对晶须物相影响51-52
• 4.1.3 对水热溶液组成影响52-54
• 4.1.4 水热过程的热力学分析54-60
• 4.2 铁杂质的影响60-67
• 4.2.1 对晶须形貌影响61-62
• 4.2.2 对晶须物相影响62-63
• 4.2.3 对水热溶液组成影响63-64
• 4.2.4 水热过程的热力学分析64-67
• 4.3 铝杂质的影响67-74
• 4.3.1 对晶须形貌影响68-69
• 4.3.2 对晶须物相影响69-70
• 4.3.3 铝杂质对水热溶液组成影响70-71
• 4.3.4 水热过程的热力学分析71-74
• 4.4 本章小结74-76
• 第五章 添加剂对水热制备晶须的影响及其作用机理初探76-98
• 5.1 氯化镁添加剂对晶须的影响及作用机理76-83
• 5.1.1 对晶须形貌的影响76
• 5.1.2 对晶须的物相影响76-79
• 5.1.3 对水热溶液组成的影响79-80
• 5.1.4 作用机理初探80-83
• 5.2 氯化铁添加剂对晶须的影响及其作用机理83-89
• 5.2.1 对晶须形貌的影响83-84
• 5.2.2 对晶须的物相影响84-85
• 5.2.3 对水热溶液组成的影响85-86
• 5.2.4 作用机理初探86-89
• 5.3 氯化铜添加剂对晶须影响及其作用机理89-96
• 5.3.1 对晶须形貌的影响89-91
• 5.3.2 对晶须物相的影响91-92
• 5.3.3 对水热溶液组成的影响92
• 5.3.4 作用机理初探92-96
• 5.4 本章小结96-98
• 第六章 结论与展望98-101
• 6.1 结论98-99
• 6.2 创新点99-100
• 6.3 展望100-101
• 致谢101-103
• 参考文献103-107
• 附录A 攻读硕士期间发表论文及获得奖励107

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