X射線衍射分析技術(shù)在脫硫石膏生產(chǎn)中的應(yīng)用*

胡耀東，陳獻梅，任帥鵬，謝菱芳

（1.云南省選冶新技術(shù)重點實驗室，云南 昆明 650031；2.昆明冶金研究院有限公司，云南 昆明 650031）

脫硫石膏[1]又稱排煙脫硫石膏、硫石膏或FGD石膏，主要成分和天然石膏一樣，為二水硫酸鈣CaSO4·2H2O。脫硫石膏是FGD過程的副產(chǎn)品，F(xiàn)GD過程是一項采用石灰-石灰石作為脫硫劑回收燃煤或油的煙氣中的二氧化硫的技術(shù)。該技術(shù)是把石灰-石灰石磨碎制成漿液，使經(jīng)過除塵后的含SO2的煙氣通過漿液洗滌器而除去SO2，石灰漿液與SO2反應(yīng)生成硫酸鈣及亞硫酸鈣，亞硫酸鈣經(jīng)氧化轉(zhuǎn)化成硫酸鈣，得到工業(yè)副產(chǎn)品石膏，稱為脫硫石膏，廣泛用于建材等行業(yè)。本文使用X射線衍射分析技術(shù)對多個廠家的脫硫劑和脫硫石膏的成分進行分析研究。

1 X射線衍射方法原理

X射線衍射分析原理[2]：每一種結(jié)晶物相都具有唯一的一組衍射峰和衍射強度，不同物相的衍射峰可能疊加，但不相互干涉。同時每一物相的衍射峰的強度是其含量的函數(shù)?；旌衔锏腦射線粉末衍射圖譜是各組成物相的粉末衍射圖譜權(quán)重疊加。

2 脫硫劑成分分析

脫硫劑[3]主要作用是Ca（OH）2與SO2反應(yīng)從而達到脫硫效果，同時在反應(yīng)過程中通入氧氣，最終生成CaSO4。

使用馬爾文-帕納科公司的銳影型X射線衍射儀對4個不同廠家的脫硫劑進行物相分析。X射線衍射儀實驗參數(shù)：Cu靶、電壓40 kV、電流40 mA、掃描角度范圍5°～80°，步徑 0.026°，時間常數(shù)100，掃描速度0.67°/min。將試樣放入X射線衍射樣品板內(nèi)，壓實，然后對樣品進行掃描，得到樣品的X射線衍射圖譜，通過對X射線衍射圖譜分析得到該樣品的主要物質(zhì)組成。以下是各脫硫劑的X射線衍射分析結(jié)果：

對4家不同企業(yè)的脫硫劑進行X射線衍射分析，可知脫硫劑1#中主要物質(zhì)為Ca（OH）2、CaCO3和CaSO4，含有少量的MgO。脫硫劑2#中主要含有 CaO，少量的 Ca（OH）2和 CaCO3，脫硫劑3#中主要物質(zhì)為CaO，有少量的Ca（OH）2和CaCO3，脫硫劑4#中主要物質(zhì)為CaO和Ca（OH）2，含有少量的CaCO3和 MgCO3。

通過對4個廠家的脫硫劑的結(jié)果分析可知，脫硫劑主要成分為Ca（OH）2和CaO，同時由于反應(yīng)時間和原料的不同，所含雜質(zhì)種類也不一樣，通過分析可知雜質(zhì)物相主要為CaCO3、MgCO3、MgO等。通過X射線衍射分析可以有效的分析出脫硫劑的主要成分以及各物質(zhì)在脫硫劑中的相對含量，分析結(jié)果見表1。

表1 脫硫劑1#～4#成分分析Tab.1 Composition analysis of desulfuration reagent 1#～4#%

3 脫硫石膏成分分析

使用馬爾文-帕納科公司的銳影型X射線衍射儀對4個不同廠家的脫硫石膏進行物相分析。X射線衍射儀實驗參數(shù)：Cu靶、電壓40 kV、電流40 mA、掃描角度范圍 5°～80°，步徑 0.026°，時間常數(shù)100，掃描速度0.67°/min。將試樣放入X射線衍射樣品板內(nèi)，壓實，然后對樣品進行掃描，得到樣品的X射線衍射圖譜，通過對X射線衍射圖譜分析得到該樣品的主要物質(zhì)組成。以下是各脫硫石膏的X射線衍射分析結(jié)果：

通過X射線衍射分析，脫硫石膏1#主要成分為Ca3（SO4）1.25（SO3）1.75（H2O）12、CaSO4·2H2O和CaSO4·0.5H2O，含有雜質(zhì)物相CaCO3、MgCO3、CaO 和Ca（OH）2，脫硫石膏 2#主要物質(zhì)為 CaSO4·2H2O，含有少量的 CaSO4·0.5H2O、CaSO3·0.5H2O、CaCO3和 Ca（OH）2，脫硫石膏 3#中主要含 CaSO3·0.5H2O，同時有少量的 CaCO3、MgCO3和 Ca（OH）2，脫硫石膏 4#樣品主要物質(zhì)為 Ca（OH）2、CaSO4、CaSO4·2H2O 和 CaSO4·0.5H2O，雜質(zhì)為CaCO3、CaF2、CaO、MgO 和 Ca（OH）2。

通過對4家企業(yè)脫硫石膏樣品進行分析，可知脫硫石膏的成分由于反應(yīng)不完全或者生成工藝不完善會存在一定的差異，脫硫石膏的有效成分為 CaSO4、CaSO4·0.5H2O 和 CaSO4·2H2O，而由于反應(yīng)過程不完善會有 CaSO3·0.5H2O和 Ca3（SO4）1.25（SO3）1.75（H2O）12的產(chǎn)生，其中Ca3（SO4）1.25（SO3）1.75（H2O）12為CaSO3·0.5H2O氧化為CaSO4·2H2O的中間產(chǎn)物，通過本次試驗分析，X射線衍射可以有效的判別脫硫石膏樣品中所含物質(zhì)的種類以及各物質(zhì)在脫硫石膏中的相對含量（見表2），對脫硫石膏生成工藝的優(yōu)化以及質(zhì)量控制提供理論依據(jù)以及數(shù)據(jù)支撐。

表2 脫硫石膏1#～4#X射線衍射半定量分析結(jié)果Tab.2 Analysis results of x-ray diffraction semi-quantitative of desulfurized gypsum 1#～4# %

4 結(jié)語

通過對多家企業(yè)脫硫劑進行X射線衍射成分分析，可知脫硫劑主要物質(zhì)為CaO和Ca（OH）2，同時脫硫劑中還含有MgCO3和MgO等雜質(zhì)物相，部分樣品中雜質(zhì)CaCO3含量較高，SO2與水反應(yīng)會生成亞硫酸，水溶液呈酸性，與CaCO3反應(yīng)會生成CO2，若CaCO3含量較高會使脫硫過程產(chǎn)生大量氣泡，不利于脫硫。

通過試驗可知脫硫石膏由于脫硫反應(yīng)時間不足或者氧化時間不夠，最終物質(zhì)組成也有較大的差異，脫硫石膏中硫酸鈣主要為CaSO4·2H2O、CaSO4·0.5H2O和CaSO4三種類型，部分樣品由于反應(yīng)不完全而生成了CaSO3·0.5H2O或Ca3（SO4）1.25（SO3）1.75（H2O）12，Ca3（SO4）1.25（SO3）1.75（H2O）12為CaSO3·0.5H2O轉(zhuǎn)化為CaSO4·2H2O的中間產(chǎn)物，同時還可能有部分未完全反應(yīng)的Ca（OH）2和CaO。通過試驗可知X射線衍射分析可以有效的檢測出脫硫劑和脫硫石膏中的物質(zhì)組成，對脫硫石膏和脫硫劑的工藝具有指導(dǎo)作用，同時對其質(zhì)量控制提供了數(shù)據(jù)支撐和理論依據(jù)。