脱硫石膏在常压盐溶液中制备α-半水石膏的转晶剂作用研究

论文摘要

本文研究了常压95℃的条件下脱硫石膏在CaCl2-MgCl2-KCl盐溶液中制备α-半水石膏（α-HH）,重点考察了pH和三种有机酸在不同浓度下对脱水速率、脱水相和产物晶形等的影响。通过pH对脱水速率、产物晶形等的实验研究,结果表明,在常压95℃的温和条件下,pH范围为1.2至8.0,脱硫石膏在CaCl2-MgCl2-KCl盐溶液中能够制备出α-HH,且产物仅为α-HH。脱硫石膏的脱水速率随pH的降低而升高。随pH的降低,α-HH的结晶诱导阶段和晶体生长阶段的时间都缩短。pH对诱导阶段的影响比晶体生长阶段更大。pH对二水石膏脱水速率的影响是通过对过饱和度的影响而发挥作用的,但在碱性条件下则生成氢氧化钙沉淀从而影响二水石膏的脱水速率。在不同pH条件下制备的α-HH的晶形都为六角棱柱状。初始pH从1.2升高到7.3,长径比l/w从4.8降低到2.9。而在碱性条件下,l/w为3.5。随着pH的降低单个晶体的颗粒增大。不同浓度有机酸对脱水过程和产物相组成、晶形的影响的实验研究表明,在酒石酸浓度低于1.0×10-2M时,脱水速率基本没有影响,产物也仅为α-HH;当浓度增大到2.5×10-2M,脱水速率减慢。在较低柠檬酸和丁二酸浓度条件下,脱水速率基本接近,产物以α-HH为主,有少量无水石膏（AH）;在较高柠檬酸和丁二酸浓度条件下,开始阶段脱水受抑制,脱水产物只有AH,无α-HH存在或产物以AH为主,并有少量α-HH。高浓度酒石酸使α-HH晶体长径比显著增大,较低浓度柠檬酸和丁二酸使α-HH晶体长径比显著减小。在盐溶液中不同有机酸对α-HH晶形的改变,可能是由于选择性地吸附在α-HH晶体各晶面,改变各晶面的相对生长速率,从而控制晶形。不同有机酸对盐溶液中脱硫石膏的脱水作用不同,可能与他们的结构差异有关。研究表明,常压95℃的温和条件下,脱硫石膏在CaCl2-MgCl2-KCl盐溶液中能够制备出α-HH。通过调节溶液pH和添加少量的柠檬酸或丁二酸能够调整晶体转化速率、控制晶形。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 课题来源
• 1.3 研究目标与内容
• 第2章 文献综述
• 2.1 脱硫石膏
• 2.2 脱硫石膏制备α-半水石膏
• 2.2.1 两种半水石膏
• 2.2.2 石膏相晶体结构特征
• 2.2.3 二水石膏制备α-半水石膏工艺
• 2.2.4 二水石膏转变为半水石膏机理
• 2.3 盐溶液法制备α-半水石膏及晶形控制
• 2.3.1 晶体成核与生长
• 2.3.2 影响晶体生长的因素
• 2.3.3 盐溶液体系
• 2.3.4 转晶剂对晶形的影响
• 2.3.5 转晶剂作用机理
• 2.4 本章小结
• 第3章 实验材料与方法
• 3.1 材料与装置
• 3.1.1 材料
• 3.1.2 装置和流程
• 3.2 仪器和设备
• 3.3 研究方法
• 3.3.1 实验方案
• 3.3.2 分析测试方法
• 第4章 脱硫石膏在常压盐溶液中制备α-半水石膏及pH条件影响
• 4.1 α-半水石膏的制备
• 4.1.1 脱硫石膏特性
• 4.1.2 脱水过程
• 4.2 pH条件的影响
• 4.2.1 pH对脱水速率的影响
• 4.2.2 pH影响脱水速率原因分析
• 4.2.3 pH对晶形的影响
• 4.3 本章小结
• 第5章 有机酸对脱硫石膏制备α-半水石膏的影响
• 5.1 有机酸对脱水速率及脱水相的影响
• 5.1.1 酒石酸对脱水速率及脱水相的影响
• 5.1.2 柠檬酸对脱水速率及脱水相的影响
• 5.1.3 丁二酸对脱水速率及脱水相的影响
• 5.2 三种有机酸对晶形的影响
• 5.2.1 酒石酸对产物晶形的影响
• 5.2.2 柠檬酸对产物晶形的影响
• 5.2.3 丁二酸对产物晶形的影响
• 5.3 三种有机酸作用对比
• 5.4 有机酸作用机理
• 5.4.1 晶形的影响
• 5.4.2 石膏相稳定性
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与问题
• 6.1 结论
• 6.2 存在问题
• 6.3 创新点
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间论文及专利
• 致谢