煙氣脫硫石膏溶液法制備α-半水石膏的工藝研究

徐 銳，陳 權(quán)，郭進(jìn)武

(河南科技大學(xué)化工與制藥學(xué)院，河南 洛陽 471003)

煙氣脫硫石膏是發(fā)電廠、冶煉廠及煉油廠采用石灰/石灰石濕式洗滌法去除煙氣中的SO2后產(chǎn)生的二水石膏[1～3]，一般呈潮濕、粉狀，其品位與天然石膏相當(dāng)。研究表明，煙氣脫硫石膏與天然石膏在化學(xué)成分、物理性能方面差異不大，可以替代天然石膏生產(chǎn)α-半水石膏，具有較高的應(yīng)用價值。

作者在此采用溶液法[4，5]以煙氣脫硫石膏制備α-半水石膏，并探討了影響煙氣脫硫石膏脫水速度的主要因素，優(yōu)化了工藝條件，擬為拓展煙氣脫硫石膏的開發(fā)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1 實驗

1.1 原料

煙氣脫硫石膏，重慶珞璜電廠煙氣脫硫殘渣，呈白色粉末，品位93%，化學(xué)成分見表1。

表1 原料組成/%

將煙氣脫硫石膏置于球磨機粉磨30 min，用180目篩網(wǎng)進(jìn)行篩分，篩網(wǎng)下部分置于塑料袋中備用。

1.2 方法

在500 mL三口燒瓶中加入18%～25%的MgCl2溶液200 g，加熱攪拌至80℃，再加入少量丙三醇，然后加入煙氣脫硫石膏粉末，調(diào)節(jié)溶液的pH值，加入檸檬酸鈉作晶型改良劑，繼續(xù)加熱一定時間，溫度控制在110℃左右。

2 結(jié)果與討論

由于煙氣脫硫石膏制備α-半水石膏的影響因素較多，在此僅就主要因素反應(yīng)溫度、pH值、鹽溶液濃度、固液比等進(jìn)行分析。

2.1 反應(yīng)溫度

α-半水石膏是煙氣脫硫石膏在常壓、鹽溶液介質(zhì)中加熱脫除1.5個水分子后形成的，化學(xué)反應(yīng)式如下：

不同壓力下二水石膏脫水生成半水石膏的溫度也不相同，圖1為二水石膏—水“壓力—溫度”平衡曲線[6]。

A.二水石膏—水 B.液相水—氣相水蒸氣

由圖1可以看出，二水石膏—水和液相水—氣相水蒸氣的“壓力-溫度”平衡曲線相交于C點，由于反應(yīng)體系為水溶液，二水石膏在液相中進(jìn)行熱分解，故圖1中的陰影部分易于α-半水石膏生成，交點C處的溫度為105℃，考慮到反應(yīng)過程中結(jié)晶速度較慢，因此控制反應(yīng)溫度在110℃左右。

2.2 pH值

pH值是反應(yīng)過程的重要影響因素，影響脫水時間以及α-半水石膏晶體的大小和形狀。考察溶液初始pH值對反應(yīng)過程的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同pH值下含水量隨時間的變化

由圖2可知，當(dāng)pH值為6時，煙氣脫硫石膏的脫水速度較慢，大約2 h后生成α-半水石膏；pH值為4時，脫水速度稍快，1 h后生成α-半水石膏；pH值為2時，脫水速度很快，僅40 min就完成了從二水到半水的轉(zhuǎn)變。

pH值對α-半水石膏的晶型結(jié)構(gòu)影響也很大，如圖3所示。

a.pH=6 b.pH=2

由圖3可知，pH值為6時，晶型形狀較好，大部分為立方形顆粒，少數(shù)為粗棒狀，比表面積較小，此時的α-半水石膏具有低的制漿需水量，從而提高了制品強度。pH值為2時，晶型顆粒較小，大部分為小柱狀或棒狀，比表面積相對較大。因此，控制pH值在6左右，能得到較好的晶型結(jié)構(gòu)。

2.3 鹽溶液濃度

鹽溶液濃度也是影響煙氣脫硫石膏脫水速度的重要因素之一?？疾禧}溶液濃度對反應(yīng)過程的影響，結(jié)果如圖4所示。

圖4 不同鹽溶液濃度下含水量隨時間的變化

由圖4可知，當(dāng)鹽溶液濃度較低時，生成α-半水石膏的時間過長；隨著鹽溶液濃度的增大，生成α-半水石膏的時間縮短，且在半水階段停留時間延長，有利于晶型向α-半水石膏轉(zhuǎn)變；當(dāng)鹽溶液濃度超過25%后，對晶型結(jié)構(gòu)影響不大。因此，考慮到溶液的后處理過程，控制鹽溶液濃度在25%左右。

2.4 固液比

固液比也是影響煙氣脫硫石膏脫水速度的主要因素之一?？疾旃桃罕葘Ψ磻?yīng)過程的影響，結(jié)果如圖5所示。

圖5 不同固液比下含水量隨時間的變化

由圖5可知，當(dāng)固液比增大時，溶液的濃度相應(yīng)增大，傳質(zhì)阻力增大，在晶型形成過程中不利于晶核轉(zhuǎn)移，影響晶型的生長發(fā)育，很難獲得立方形顆粒；當(dāng)固液比較小時，傳質(zhì)推動力相應(yīng)增大，有利于晶型的生長；當(dāng)固液比過小時，雖能得到較好的晶型，但產(chǎn)品數(shù)量少，經(jīng)濟(jì)效益難以保證，沒有實際意義。因此，控制固液比在1∶(4～8)。

3 結(jié)論

采用溶液法以煙氣脫硫石膏制備α-半水石膏，考察了反應(yīng)溫度、pH值、鹽溶液濃度、固液比等對煙氣脫硫石膏脫水速度的影響。在反應(yīng)溫度為110℃、pH值為6、鹽溶液濃度為25%、固液比為1∶(4～8)時，可得到較好晶型的α-半水石膏。反應(yīng)在常壓下進(jìn)行，能耗低，設(shè)備簡單，條件容易控制，易于工業(yè)化，對于解決電廠大量的脫硫殘渣提供了廣闊的應(yīng)用前景。

[1] 劉麗麗，趙君科.硫酸濃度對煙氣脫硫石膏制備α-半水石膏的影響[J].內(nèi)蒙古石油化工，2009，35(7)：97-99.

[2] 鄒本芬.脫硫石膏在常壓鹽溶液制備α-半水石膏的研究[J].中小企業(yè)管理與科技，2008，(34)：255-256.

[3] 趙姍姍，李蜀慶.重慶燃煤電廠煙氣脫硫石膏綜合利用前景分析[J].環(huán)境保護(hù)與循環(huán)經(jīng)濟(jì)，2008，28(10)：21-23.

[4] 胥桂萍，童仕唐.從FGD殘渣中制備α型半水石膏結(jié)晶機理的研究[J].吉林化工學(xué)院學(xué)報，2002，19(1)：9-12.

[5] 李天文，姜四清.α-半水高強度石膏生產(chǎn)新工藝[J].現(xiàn)代化工，1998，(2)：22-24.

[6] 池至銑，陳瑞文，鄭釗彬.α型半水石膏的研制[J].陶瓷工程，2001，35(3)：21-23.