赤峰市電廠煙氣脫硫石膏品質(zhì)的研究及成分測定

趙麗敏 馬天龍 劉立華

摘要：本論文首先選取來自赤峰市不同產(chǎn)地的脫硫石膏，分別對其進行滴定分析和熱分析研究，從成分、結(jié)構(gòu)、熱解特性等角度探究其脫硫石膏的品質(zhì).通過滴定分析結(jié)果表明，赤峰市大板電廠脫硫石膏中的鈣含量略高.通過熱分析數(shù)據(jù)表明，石膏從80℃開始失重，說明在此溫度下石膏就開始失去結(jié)晶水，但失水過程較為緩慢，鍛燒溫度為140-250℃時，石膏在10min內(nèi)即完成失去結(jié)晶水的過程，但晶型結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生改變.在300-350℃鍛燒條件下，TA曲線開始出現(xiàn)放熱反應(yīng)峰，說明此時石膏不但快速失去結(jié)晶水，晶型也發(fā)生了變化.繼續(xù)升高溫度，石膏失重規(guī)律基本不再發(fā)生變化.

關(guān)鍵詞：脫硫石膏;品質(zhì);滴定分析;熱分析;煅燒溫度;失水

中圖分類號：X701.3? 文獻標(biāo)識碼：A? 文章編號：1673-260X（2019）04-0001-03

1 前言

隨著國家對燃煤發(fā)電機組提出二氧化硫超低排放35mg/m3限值的要求，煤電機組配套脫硫裝置將快速增長，脫硫石膏的年產(chǎn)量將會達到一億噸以上.由于其品質(zhì)較低，尤其是其中的氯離子等雜質(zhì)含量普遍超標(biāo)，嚴(yán)重影響了脫硫石膏制品的脫水性能、強度耐水性能及紙面石膏板的紙板粘接性能等，這在很大程度上限制了脫硫石膏的應(yīng)用范圍[1].目前脫硫石膏主要用作水泥中的緩凝劑，如果不能對脫硫石膏進行有效的處理與應(yīng)用，會造成脫硫石膏的大量堆放，這不僅是對資源的浪費，在其堆放過程中還會對環(huán)境造成二次污染.據(jù)調(diào)查所知，大板電廠的幾百畝的填埋場即將填滿，正在籌劃建設(shè)新的填埋場.利用脫硫石膏生產(chǎn)石膏板屬于節(jié)能利廢，不僅可以擴展應(yīng)用范圍，還能提高其應(yīng)用價值，更是對解決我國日益嚴(yán)重的環(huán)境問題的一個重要貢獻.

本文通過選取內(nèi)蒙古赤峰市大板和平莊燃煤機組電廠產(chǎn)生的脫硫石膏品質(zhì)進行分析，研究影響脫硫石膏品質(zhì)的因素.利用赤峰市電廠煙氣脫硫后產(chǎn)生的廢石膏，生產(chǎn)高強度的α-半水石膏，變廢為寶，從而提高赤峰市周邊地區(qū)電廠的綜合效益.一方面解決了煙氣脫硫石膏的二次污染問題，另外也提高了電廠煙氣脫硫石膏資源化利用的可行性[2]，這對加速循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展，建設(shè)資源節(jié)約型的社會具有及其重要的意義[3].

2 實驗藥品與儀器

2.1 實驗藥品

2.2 實驗儀器

3 實驗方法

3.1 煙氣脫硫石膏中鈣含量的測定

3.1.1 EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制與標(biāo)定

3.1.1.1 EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

乙二胺四乙酸二鈉鹽簡稱為EDTA，室溫下100毫升的水中溶解約11克左右，能與大多數(shù)的金屬離子形成穩(wěn)定的螯合物（1：1型），所得溶液的pH值約為4.4.首先稱取4.1克乙二胺四乙酸二鈉，放在500毫升的燒杯中，先加180毫升水，將燒杯放置在集熱式磁力攪拌器上，邊加熱邊攪拌加速其溶解，最后加水稀釋到500毫升搖勻備用.

3.1.1.2 EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的標(biāo)定

首先取5克左右的固體碳酸鈣，置于電熱鼓風(fēng)干燥箱中，控溫120℃干燥12小時冷卻至室溫后備用.用電子天平準(zhǔn)確稱取0.5321克烘干后的固體碳酸鈣，置于250毫升的燒杯中，滴加1：1的鹽酸5毫升使其緩慢溶解，再加水稀釋，并轉(zhuǎn)移到250毫升的容量瓶中，加水稀釋定容至刻線后，搖勻并計算出碳酸鈣溶液的準(zhǔn)確濃度備用[4].

C（CaCO3）=0.5321g/（100.09g/mol×0.25L）=0.02126mol/L

用移液管移取20.00毫升的0.02126mol/L的碳酸鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液，置于250毫升的錐形瓶中，先用量筒量取5毫升的40g/L氫氧化鈉溶液加到錐形瓶中，再加入少量的鈣指示劑，搖勻后用1.1.1中配制的EDTA溶液滴定.當(dāng)錐形瓶中溶液由酒紅色恰好變?yōu)榧兯{色時，確定為滴定終點.平行做五份體積見表3，計算得出所配制的EDTA溶液的濃度.

CEDTA=0.02126mol/L×0.020L/0.00947L=0.04490mol/L

3.1.2 赤峰市大板燃煤機組電廠產(chǎn)生的脫硫石膏中鈣含量的滴定分析

用電子天平準(zhǔn)確稱取0.1889克赤峰市大板燃煤機組電廠產(chǎn)生的固體脫硫石膏，置于250毫升的錐形瓶中，滴加5毫升Ph=10的氨性緩沖溶液，再加入3至4滴鉻黑T，搖勻后用已知準(zhǔn)確濃度的EDTA溶液滴定.當(dāng)錐形瓶中溶液由酒紅色恰好變?yōu)榧兯{色時，確定為滴定終點，記錄此時消耗的EDTA溶液的體積，平行做五份體積見表4，計算得出赤峰市大板燃煤機組電廠產(chǎn)生的固體脫硫石膏的濃度[5].

CCa2+=0.04490mol/L×0.00181L/0.020L=0.004063mol/L

3.1.3 赤峰市元寶山燃煤機組電廠產(chǎn)生的脫硫石膏中鈣含量的滴定分析

用電子天平準(zhǔn)確稱取0.1889克赤峰市元寶山燃煤機組電廠產(chǎn)生的固體脫硫石膏，置于250毫升的錐形瓶中，滴加5毫升Ph=10的氨性緩沖溶液，再加入3至4滴鉻黑T，搖勻后用已知準(zhǔn)確濃度的EDTA溶液滴定.當(dāng)錐形瓶中溶液由酒紅色恰好變?yōu)榧兯{色時，確定為滴定終點，記錄此時消耗的EDTA溶液的體積，平行做五份體積見表4，計算得出赤峰市元寶山燃煤機組電廠產(chǎn)生的固體脫硫石膏的濃度.

CCa2+=0.04490mol/L×0.00175L/0.020L=0.003933mol/L

3.2 熱分析法探究半水石膏的制備條件

熱分析法是研究物質(zhì)在加熱或冷卻過程中，發(fā)生的某些物理或化學(xué)變化的一項研究技術(shù)[6].包含多種分析方法，其中包含熱重分析（TG）和差熱分析（TA）.熱重分析是研究物質(zhì)的質(zhì)量與溫度之間變化關(guān)系的分析方法，可得到物質(zhì)的熱穩(wěn)定性及其組分.差熱曲線直接提供的信息主要有峰的位置、峰的面積、峰的形狀和個數(shù)，峰的位置是由導(dǎo)致熱效應(yīng)變化的溫度和熱效應(yīng)種類（吸熱或放熱）決定的.熱重分析（TG）和差熱分析（TA）兩種熱分析方法適宜用于探究石膏的熱解性質(zhì)，通過對石膏進行熱重和差熱分析，可揭示石膏在煅燒過程中是否部分或完全失水以及是否有吸熱、放熱反應(yīng)，是否會發(fā)生晶型的改變[7]等.

3.2.1 赤峰市大板燃煤機組電廠產(chǎn)生的脫硫石膏的熱重分析和差熱分析

取赤峰市大板燃煤機組電廠產(chǎn)生的脫硫石膏8.809mg進行差熱分析和熱重分析見圖1和2.

3.2.2 赤峰市元寶山燃煤機組電廠產(chǎn)生的脫硫石膏的熱重分析和差熱分析

取赤峰市元寶山燃煤機組電廠產(chǎn)生的脫硫石膏9.912mg進行差熱分析和熱重分析見下圖3和4.

由上圖可以看出兩個產(chǎn)地石膏的熱重曲線和差熱曲線的趨勢基本相同.根據(jù)熱重曲線變化規(guī)律可知，脫硫石膏的失重過程分為三個階段：30～80℃，石膏重量基本不發(fā)生變化;80℃～200℃熱重曲線迅速下降，說明脫硫石膏樣品明顯失重;200℃以后，隨著溫度升高熱重曲線趨于平緩，脫硫石膏樣品不再有明顯的失重.由DTG曲線可知，在80℃～200℃之間有兩個向下的峰，說明脫硫石膏在快速失重階段可分為兩個過程.石膏從80℃～140℃經(jīng)計算失重率達到約14.9%，相當(dāng)每分子石膏失去1.5個結(jié)晶水，生成半水石膏：從140℃～200℃，石膏繼續(xù)失重約5.8%，相當(dāng)于每分子石膏又失去0.5個結(jié)晶水，生成脫水半水石膏，此時脫硫石膏完成了兩個結(jié)晶水的失去.由TA曲線可知，在180℃左右，有個向下的峰，說明在此溫度下存在吸熱反應(yīng)，石膏在此溫度范圍內(nèi)失去結(jié)晶水并伴隨著吸熱反應(yīng).此外，TA曲線在350℃時有一個放熱反應(yīng)峰，可是由于石膏的晶型發(fā)生改變生成可溶性硬石膏所致.

4 結(jié)論

本文通過選取來自赤峰市不同產(chǎn)地的煙氣脫硫石膏，首先通過滴定分析可知，赤峰市大板電廠脫硫石膏中的鈣含量略高.此外，我們又對來自赤峰市兩個產(chǎn)地的脫硫石膏進行了熱重分析和差熱分析，都是從80℃開始失重，說明在此溫度下脫硫石膏就開始失去結(jié)晶水，在80℃～200℃熱重曲線迅速下降，說明脫硫石膏樣品明顯失重;200℃以后，隨著溫度升高熱重曲線趨于平緩，脫硫石膏樣品不再有明顯的失重.通過比較可知，兩個產(chǎn)地脫硫石膏的熱重曲線和差熱曲線的走向基本相似，說明兩地脫硫石膏的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及組成是基本相似的.

參考文獻：

〔1〕陳勝利.煙氣脫硫石膏資源化利用途徑的探討[J].磚瓦，2010（5）：62-64.

〔2〕王俊.火力發(fā)電廠石灰石-石膏濕法脫硫系統(tǒng)優(yōu)化運行研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2010.

〔3〕汪瀟，金彪，楊留栓.硫酸鈣晶須增強石膏板的研究[J].硅酸鹽報，2015，34（8）：2134-2138.

〔4〕朱哲譽，吳其勝，湯進，等.酚醛樹脂改性脫硫石膏的力學(xué)性能[J].材料科學(xué)與工程學(xué)報，2016（01）：119-122.

〔5〕林棟，鄒其，鄧最亮，等.聚羧酸減水劑在脫硫石膏中的應(yīng)用性能優(yōu)勢[J].新型料，2013（10）：25-28.

〔6〕李亭穎.防水保溫輕質(zhì)高強石膏板制備技術(shù)[D].浙江大學(xué)，2013.

〔7〕吳其勝.聚丙烯酰胺乳液對脫硫建筑石膏性能影響[J].材料科學(xué)與工程學(xué)報，2012（04）：571-575.