石膏二水相-半水相转化过程调控研究
发布时间：2021-04-16 09:01
石膏是一种重要的工业原料,同时也在一些工业过程中以副产物的形式生成。我国的工业副产石膏产量日益增加,其堆存会造成一定的环境问题。大部分工业副产石膏主要为二水石膏（DH,Ca SO4·2H2O）,将其经济高效地转化成如半水石膏（HH,Ca SO4·0.5H2O）的脱水相加以利用,有助于解决固废环境问题,已经成为驱动石膏资源高值化利用技术创新进步的热点领域。因此,相应的理论与应用基础研究显得十分迫切。本论文重点研究了在甘油水溶液体系中二水向半水石膏的相变与形貌控制规律,并初步探讨了微波辐照下半水石膏转化生成的条件和影响因素。在油浴恒温反应条件下研究了甘油溶液体系中石膏相态转化的过程,结果表明,通过调节甘油、Na2EDTA和NaCl的浓度,能在110℃下获得α型半水石膏与β型半水石膏晶体。低浓度的甘油和NaCl通常会降低水的活性,增加溶液过饱和度,有利于α型半水石膏晶体的形成。但当甘油含量从50 wt%增加到70 wt%或NaCl浓度从0.14 mol增加到0.26 mol时,局部相...
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
石膏相态转化关系图
湘潭大学硕士学位论文31.2.2石膏各相的微观结构特征通常在自然界独立存在的相为DH、HH及II型AH，都有各自的晶体结构及特征。如图1.2所示[18]，三种石膏晶体结构的基本骨架都是[-Ca-SO4-Ca-SO4-]链。如图1.2(A)所示，DH属单斜晶系，沿着c轴方向延伸。在[010]方向上，[-Ca-SO4-Ca-SO4-]链与水分子层交替排列形成明显的层状结构。DH转化成HH后，有两方面的变化：一是与钙离子相连的3/2份水分子脱去，1/2份水分子则通过氢键与硫酸根离子相连；二是[-Ca-SO4-Ca-SO4-]链重新排列成六棱柱，形成直径约0.3nm的中间通道（如图1.2(B)所示）。这种特殊的结构与HH的亚稳定性密切相关，外界水分子容易再进入通道中，通道中的水分子也很容易溢出或被其它小分子替代。通过精细地控制加热温度，HH可移除结构中的结晶水形成可溶性III型AH而仍旧保持原有的晶体结构，即“零水半水”结构[19]。而不溶性II型AH属正交晶系（如图1.2(C)），晶格中不存在孔道，其晶体结构中Ca-O、S-O和Ca-Ca原子间距较短，原子堆积较紧密形成固实的结构，难以水化。图1.2二水石膏(A)、半水石膏（B）和不溶性无水石膏（C）的晶体结构图。四面体是硫酸盐离子，大球体是钙离子Fig.1.2Crystalstructuremotifsofgypsumdihydrate(A),hemihydrate(B),andinsolubleanhydrite(C).Tetrahedraaresulfateions,largespheresareCaions.α-HH和β-HH一般按制备条件区分，许多研究也尝试从微观结构和亚微观上去区分。β-HH是在干燥大气环境下煅烧快速形成的，而α-HH则是在饱和蒸汽或有添加剂的水溶液环境中加热经溶解-重结晶形成的。亚微观结构上，β-HH结晶度较差，晶粒细小且不规则，多为片状，少量为薄板状晶型。α-HH则结晶度高，晶体粗大且比较致密，其比表面积与β-HH相差甚大，?
石膏二水相—半水相转化过程调控研究14釜中加入12gDH，均匀喷洒5ml去离子水，升温至150℃进行2h水热反应得到Autoclave-α-HH，并一定量的干燥的DH在140℃的烘箱中直接煅烧30min以制备Oven-β-HH。图2.1甘油水溶液体系反应装置图Fig.2.1Experimentalsetupfortheglycerol-watersolutionreactionsystem2.2.2微波合成实验微波辐照反应实验在安东帕微波合成/消解仪中进行。采用2.45Hz多模微波腔进行微波热处理，腔体底部中心位置安装旋转转盘。实验时，依次排序的16位螺旋管组成的圆形转子固定在转盘上，一般对称放置4个PEEK容器夹套支撑的100mlTFM内管（内径约4cm），分别在序号1、3、9和13号螺旋管内。样品反应实验在TFM内管中进行，每次实验每个反应器中的样品和质量需保持一致，体积不超过50ml。其中，1号螺旋管为参比管，用红外热像仪和浸入式气泡温度计分别监测反应器的外部整体和内部中心温度[76]。此外，为安全起见，螺帽装有传感器同时测量压力和温度，压力和内外温度数据均通过红外信号传输至微波炉的显示器上。首先，分别制备了不同浓度的有机添加剂溶液，然后将12gDH加入TFM内管中，再用移液器把添加剂溶液转移到容器中，使液体均匀地滴在粉末表面。将含有原料混合物的TFM衬板预热至60℃5min后，在一定时间内加热至所需反应温度，保温不同时间，反应结束后用活性气体喷射冷却系统将样品恒速冷却至70℃，快速取出固体粉末放入60℃的烤箱中烘干。本研究采用不同的加热程序和不同浓度的添加剂，探讨它们对α-HH相结构和形貌的影响。
【参考文献】：
期刊论文
[1]工业副产石膏制备α型高强石膏的产业化[J]. 陈家伟. 广州化工. 2019(10)
[2]脱硫石膏制备高强石膏工艺现状[J]. 王博,孙振平. 粉煤灰. 2017(01)
[3]用蒸压法将磷石膏制备α半水石膏的研究[J]. 罗东燕,邱树恒,陈霏,杨志明,蒋江,黄静,孙保玉,曾思成. 新型建筑材料. 2015(09)
[4]转晶剂对磷石膏制备α半水石膏影响的研究[J]. 段正洋,李建锡,郑书瑞,韩伟明,耿庆钰,郭惠斌. 硅酸盐通报. 2015(05)
[5]磷石膏制备高强石膏工艺研究[J]. 何玉龙,陈德玉,刘路珍,王舒州,刘成. 非金属矿. 2015(02)
[6]磷石膏制备α半水石膏的试验研究[J]. 丁萌,李建锡,李兵兵. 硅酸盐通报. 2013(11)
[7]有机酸结构对α半水脱硫石膏晶体形貌的影响及其调晶机理[J]. 彭家惠,陈明凤,张建新,瞿金东,邹辰阳. 四川大学学报(工程科学版). 2012(01)
[8]EDTA吸附特性及其对α半水脱硫石膏晶形的影响[J]. 彭家惠,瞿金东,张建新,邹辰阳,陈明凤. 材料研究学报. 2011(06)
[9]有机酸对α半水脱硫石膏晶体生长习性的影响与调晶机理[J]. 彭家惠,张建新,瞿金东,陈明凤,万体智. 硅酸盐学报. 2011(10)
[10]磷石膏的综合利用[J]. 杨沛浩. 中国资源综合利用. 2009(01)
博士论文
[1]α半水石膏亚稳定特性及其在醇水溶液中的结晶规律及颗粒特性[D]. 蒋光明.浙江大学 2015
硕士论文
[1]α-半水脱硫石膏常压盐溶液法制备工艺及调晶剂技术机理研究[D]. 邹辰阳.重庆大学 2011
[2]常压盐溶液法α-半水脱硫石膏的制备及晶形调控研究[D]. 刘红霞.重庆大学 2010
本文编号：3141137
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
石膏相态转化关系图
湘潭大学硕士学位论文31.2.2石膏各相的微观结构特征通常在自然界独立存在的相为DH、HH及II型AH，都有各自的晶体结构及特征。如图1.2所示[18]，三种石膏晶体结构的基本骨架都是[-Ca-SO4-Ca-SO4-]链。如图1.2(A)所示，DH属单斜晶系，沿着c轴方向延伸。在[010]方向上，[-Ca-SO4-Ca-SO4-]链与水分子层交替排列形成明显的层状结构。DH转化成HH后，有两方面的变化：一是与钙离子相连的3/2份水分子脱去，1/2份水分子则通过氢键与硫酸根离子相连；二是[-Ca-SO4-Ca-SO4-]链重新排列成六棱柱，形成直径约0.3nm的中间通道（如图1.2(B)所示）。这种特殊的结构与HH的亚稳定性密切相关，外界水分子容易再进入通道中，通道中的水分子也很容易溢出或被其它小分子替代。通过精细地控制加热温度，HH可移除结构中的结晶水形成可溶性III型AH而仍旧保持原有的晶体结构，即“零水半水”结构[19]。而不溶性II型AH属正交晶系（如图1.2(C)），晶格中不存在孔道，其晶体结构中Ca-O、S-O和Ca-Ca原子间距较短，原子堆积较紧密形成固实的结构，难以水化。图1.2二水石膏(A)、半水石膏（B）和不溶性无水石膏（C）的晶体结构图。四面体是硫酸盐离子，大球体是钙离子Fig.1.2Crystalstructuremotifsofgypsumdihydrate(A),hemihydrate(B),andinsolubleanhydrite(C).Tetrahedraaresulfateions,largespheresareCaions.α-HH和β-HH一般按制备条件区分，许多研究也尝试从微观结构和亚微观上去区分。β-HH是在干燥大气环境下煅烧快速形成的，而α-HH则是在饱和蒸汽或有添加剂的水溶液环境中加热经溶解-重结晶形成的。亚微观结构上，β-HH结晶度较差，晶粒细小且不规则，多为片状，少量为薄板状晶型。α-HH则结晶度高，晶体粗大且比较致密，其比表面积与β-HH相差甚大，?
石膏二水相—半水相转化过程调控研究14釜中加入12gDH，均匀喷洒5ml去离子水，升温至150℃进行2h水热反应得到Autoclave-α-HH，并一定量的干燥的DH在140℃的烘箱中直接煅烧30min以制备Oven-β-HH。图2.1甘油水溶液体系反应装置图Fig.2.1Experimentalsetupfortheglycerol-watersolutionreactionsystem2.2.2微波合成实验微波辐照反应实验在安东帕微波合成/消解仪中进行。采用2.45Hz多模微波腔进行微波热处理，腔体底部中心位置安装旋转转盘。实验时，依次排序的16位螺旋管组成的圆形转子固定在转盘上，一般对称放置4个PEEK容器夹套支撑的100mlTFM内管（内径约4cm），分别在序号1、3、9和13号螺旋管内。样品反应实验在TFM内管中进行，每次实验每个反应器中的样品和质量需保持一致，体积不超过50ml。其中，1号螺旋管为参比管，用红外热像仪和浸入式气泡温度计分别监测反应器的外部整体和内部中心温度[76]。此外，为安全起见，螺帽装有传感器同时测量压力和温度，压力和内外温度数据均通过红外信号传输至微波炉的显示器上。首先，分别制备了不同浓度的有机添加剂溶液，然后将12gDH加入TFM内管中，再用移液器把添加剂溶液转移到容器中，使液体均匀地滴在粉末表面。将含有原料混合物的TFM衬板预热至60℃5min后，在一定时间内加热至所需反应温度，保温不同时间，反应结束后用活性气体喷射冷却系统将样品恒速冷却至70℃，快速取出固体粉末放入60℃的烤箱中烘干。本研究采用不同的加热程序和不同浓度的添加剂，探讨它们对α-HH相结构和形貌的影响。
【参考文献】：
期刊论文
[1]工业副产石膏制备α型高强石膏的产业化[J]. 陈家伟. 广州化工. 2019(10)
[2]脱硫石膏制备高强石膏工艺现状[J]. 王博,孙振平. 粉煤灰. 2017(01)
[3]用蒸压法将磷石膏制备α半水石膏的研究[J]. 罗东燕,邱树恒,陈霏,杨志明,蒋江,黄静,孙保玉,曾思成. 新型建筑材料. 2015(09)
[4]转晶剂对磷石膏制备α半水石膏影响的研究[J]. 段正洋,李建锡,郑书瑞,韩伟明,耿庆钰,郭惠斌. 硅酸盐通报. 2015(05)
[5]磷石膏制备高强石膏工艺研究[J]. 何玉龙,陈德玉,刘路珍,王舒州,刘成. 非金属矿. 2015(02)
[6]磷石膏制备α半水石膏的试验研究[J]. 丁萌,李建锡,李兵兵. 硅酸盐通报. 2013(11)
[7]有机酸结构对α半水脱硫石膏晶体形貌的影响及其调晶机理[J]. 彭家惠,陈明凤,张建新,瞿金东,邹辰阳. 四川大学学报(工程科学版). 2012(01)
[8]EDTA吸附特性及其对α半水脱硫石膏晶形的影响[J]. 彭家惠,瞿金东,张建新,邹辰阳,陈明凤. 材料研究学报. 2011(06)
[9]有机酸对α半水脱硫石膏晶体生长习性的影响与调晶机理[J]. 彭家惠,张建新,瞿金东,陈明凤,万体智. 硅酸盐学报. 2011(10)
[10]磷石膏的综合利用[J]. 杨沛浩. 中国资源综合利用. 2009(01)
博士论文
[1]α半水石膏亚稳定特性及其在醇水溶液中的结晶规律及颗粒特性[D]. 蒋光明.浙江大学 2015
硕士论文
[1]α-半水脱硫石膏常压盐溶液法制备工艺及调晶剂技术机理研究[D]. 邹辰阳.重庆大学 2011
[2]常压盐溶液法α-半水脱硫石膏的制备及晶形调控研究[D]. 刘红霞.重庆大学 2010
本文编号：3141137
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