氟铝杂质离子和有机酸添加剂对脱硫石膏结晶过程的影响实验研究
随着我国燃煤电厂烟气二氧化硫的排放控制全面铺开，钙基湿法烟气脱硫工艺技术广泛应用并占据主导地位，伴随装置运行产生了大量的脱硫石膏。脱硫石膏的结晶生成过程是湿法脱硫工艺的重要环节，关系到系统的物料平衡和运行稳定性，同时，其产物品质直接影响其资源化利用的方式和水平。了解脱硫石膏结晶过程规律，优化相应工艺控制，对保障脱硫副产品品质，减降脱硫系统运行成本有现实意义。基于对湿法脱硫工艺特点和已有研究的分析，本文对二水硫酸钙结晶的主要影响因素进行了研究，重点探讨了钙基湿法烟气脱硫体系中氟、铝杂质离子及常用有机酸等强化脱硫添加剂对二水硫酸钙结晶诱导时间、成核速率、晶体表面能及产物形貌的影响。 采用反应结晶的实验方法，结合地球化学模拟软件 PHREEQC计算获得的离子活度积、溶度积以及过饱和指数等热力学参数，对二水硫酸钙结晶的主要影响因素进行了研究。结果表明：实验条件下，温度、[Ca2+]/[SO42-]摩尔比、反应物浓度是影响二水硫酸钙结晶的关键因素，而反应溶液pH的影响不明显。温度升高会大大缩短结晶诱导时间，且较高温度下(55℃)晶体生长得更为粗壮和均匀；[Ca2+]/[SO42-]摩尔比和反应物浓度的改变使得溶液的离子活度积、过饱和度发生变化，从而影响结晶诱导时间和晶体形貌，适中的过饱和条件（S=2.19左右）更有利于形成饱满且尺寸分布均匀的晶体。 结合经典晶体成核理论，研究了杂质离子氟和铝离子以及常用有机酸脱硫添加剂(甲酸、己二酸、丁二酸、戊二酸、混合酸以及柠檬酸等)对二水硫酸钙结晶诱导时间、成核速率、晶体表面能及产物形貌的影响。结果表明：氟、铝离子不仅会缩短二水硫酸钙结晶的诱导时间，降低结晶成核速率，提高晶体表面能，还会抑制晶体特定晶面的生长，从而改变结晶产物的形貌；其影响机理符合诱导结晶原理，即溶液中氟、铝离子会导致二水硫酸钙的成核方式由均相成核向非均相成核转变。考察的六种添加剂中，除甲酸外，其他五种有机酸均对二水硫酸钙结晶诱导时间有延迟作用，其中丁二酸、柠檬酸的作用最强；有机酸添加剂还会提高二水硫酸钙结晶的成核速率，降低晶体表面能。此外，甲酸、己二酸和柠檬酸均可引起结晶产物形貌的变化。当结晶反应溶液中甲酸或己二酸浓度为0.025mol/L时，二水硫酸钙晶体生长饱满，长径比明显减小，晶粒尺寸分布更均匀，有利于脱水，溶液中柠檬酸浓度为0.01mol/L时，生成的晶体由针型状转变为片状，有孪生晶体形成。
燃煤电厂;烟气处理;脱硫石膏;结晶过程;氟铝杂质离子;有机酸添加剂
湘潭大学
硕士
环境科学与工程
杨柳春
2014
中文
X701.3;X773
65
2015-08-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）