钙基固体废弃物制备α--CaSO4·0.5H2O的研究

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当前中国的工业生产快速发展,大宗工业固体废弃物的产生量也随之增加,“十三五”期间,预计其总产生量将会达到150亿吨,堆存量将净增80亿吨,而总堆存量将达到270亿吨。其中包含大量的钙基固体废弃物——工业副产石膏、电石渣、钢渣和双氰胺废渣等,随之而来的环境和资源压力也在不断扩大。α-半水硫酸钙是一种性能优越的凝胶材料,现广泛应用于高档建材、功能材料、陶瓷模具等方面。因此可充分利用钙基废弃物作为钙源、生产高附加值产品α-半水硫酸钙,提高钙基固体废弃物的资源化利用水平。
  首先,本文采用等温溶解平衡法测定了二水硫酸钙和α-半水硫酸钙在303.15~343.15K温度范围内,(0~6m)氯化钠-(0~80wt%)甘油水溶液中的溶解度数据及各相在不同实验条件下的溶解平衡时间。实验结果表明,二水硫酸钙的溶解平衡时间随温度的升高、氯化钠和甘油浓度的增大从25h减少到2min,在343.15K温度较高时的溶解平衡时间远远小于303.15K低温条件下所需的平衡时间。二水硫酸钙的溶解度在氯化钠溶液中先达到一个最大值,然后再降低,最大值为0.0540mol·kg-1,远比在纯水中的溶解度数据0.0156mol·kg-1要大,主要受盐效应的影响;甘油对二水硫酸钙的溶解度表现负相关性,其随甘油含量的增加而降低。温度对二水硫酸钙的溶解度影响较小。
  其次,测定α-半水硫酸钙在(0~6m)氯化钠-(30~50wt%)甘油水溶液中的溶解度数据,其与二水硫酸钙的溶解度变化规律相似,但α-半水硫酸钙的溶解平衡时间变化与二水硫酸钙相反。随温度、溶液浓度的增大平衡时间从3min增加到1h。溶液的物化性质数据(密度、黏度)随氯化钠浓度和甘油浓度的增大而增大。本文采用经验方程将溶解度数据及物化性质数据进行关联与预测,所得实验值与理论值吻合性较好。
  最后,本文以双氰胺废渣为原料,酸浸得到钙离子前驱体溶液,采用反应结晶法在甘油水溶液中制备半水硫酸钙晶须。探究了α-半水硫酸钙的合成条件,讨论了甘油含量、反应物浓度、搅拌速度和转晶剂对半水硫酸钙形貌的影响。半水硫酸钙的形成与甘油含量有关,当其大于35mol%时产物中只存在α-半水硫酸钙,且甘油对α-半水硫酸钙有稳定作用,并确定最佳工艺条件:303.15K、300rpm、35mol%甘油,反应物浓度为1.0~1.2mol·L-1,转晶剂柠檬酸浓度为0.03~0.25mol·L-1时,得到短粗六棱柱状的α-半水硫酸钙晶体的平均长径比为2.0~3.4。
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