氢氧根对半水硫酸钙晶体形貌的影响机理

以二水硫酸钙为原料在氢氧化钠-水体系中水热合成不同形貌的半水硫酸钙晶体,并通过XRD、XPS和电导率等手段对水热产物进行表征,研究了OH^-对水热产物晶体形貌的影响机理。结果表明,在碱性条件下可获得不同形貌的半水硫酸钙晶体,随着OH^-浓度的增大,纤维状形貌水热产物的含量减小而短柱状形貌的含量增多,且当OH^-浓度为1.0×10^-2 mol/L时水热产物以短柱状形貌为主。OH^-影响半水硫酸钙晶体形貌的原因：OH^-会消耗溶液中的Ca²⁺,从而促进二水硫酸钙的溶解,而Ca²⁺浓度的减少不利于半水硫酸钙晶体的成核生长;同时,OH^-对二水硫酸钙的促溶作用会增加溶液中SO₄^2-的浓度,从而促进半水硫酸钙晶体沿（110）和（200）晶面的生长;此外,OH^-在（002）晶面选择性吸附并与该晶面的Ca²⁺反应生成Ca（OH）⁺和Ca（OH）₂,从而阻碍半水硫酸钙晶体沿该晶面的生长。在以上3种作用下半水硫酸钙晶体形貌由纤维状向短柱状转变。本研究可为碱性条件下生产不同形貌半水硫酸钙晶体提供一定的理论依据。     

微波辐照下丁二酸对磷石膏制备半水石膏的影响

微波辐照下使用磷石膏制备半水石膏,通过分析固相产物结晶水含量、化学成分及晶体微观形貌来研究半水石膏随转晶剂掺量及反应时间的变化规律.研究表明:微波辐照下以磷石膏为原料制备半水石膏,在无转晶剂及单掺丁二酸转晶剂两种情况下,磷石膏主要成分二水硫酸钙向半水硫酸钙晶体的转化率随时间均呈先增大后减小的趋势;无转晶剂时,转化率在60 min时达到96％,半水硫酸钙晶体长径比为21;掺入丁二酸(质量分数为0.02％)时,转化率在90 min时达到96％,半水硫酸钙晶体长径比减小至1.5,且随着丁二酸掺量的增加,对半水硫酸钙晶体微观形貌的调控作用不断增强,晶体的长径比不断减小;EDS能谱及傅里叶红外光谱分析表明,微波辐照下丁二酸应该是通过改变半水石膏晶体比表面自由能的方式调控半水石膏晶体的生长.     

硫酸钙在高温盐溶液中的溶解度

常压盐溶液法制备α型半水石膏中,硫酸钙的溶解度对产物的结构和形貌有重要影响。采用溶解平衡法测定了不同温度下硫酸钙在不同浓度Na Cl单盐溶液中和Na Cl-Na2SO4混合盐溶液中的溶解度,并分析了其溶解度的变化规律,以此作为工艺条件的参考。结果表明,硫酸钙溶解度随着盐浓度的增加先增大后减小,在盐浓度为15%左右出现极大值。同离子效应对硫酸钙溶解度的影响大而温度对硫酸钙溶解度的影响较小。     

半水硫酸钙晶须水化质量分数对其水化能力的影响研究

半水硫酸钙晶须的水化能力对其应用有较大影响,为掌握半水硫酸钙晶须水化质量分数对其水化能力的影响规律,对半水硫酸钙晶须在不同水化质量分数下的水化过程进行了研究。在此基础上,采用XRD、SEM等对晶须水化产物进行了表征,结果表明:随着半水硫酸钙晶须水化质量分数的增大,其水化速度减慢;当半水硫酸钙晶须水化质量分数为1.0%时,水化产物的长径比为6;当水化质量分数为10.0%时,水化产物的长径比为30左右。水化质量分数的增大不利于半水硫酸钙晶须水化的原因在于:随着水化质量分数的增大,溶液的黏度也增大,不仅阻碍了水分子向晶须表面的扩散,还增大了晶须表面钙离子和硫酸根离子向溶液中扩散的阻力,这不利于晶须的断裂。此外,水化质量分数的增大还不利于溶液中水分子进入晶须内部与晶须发生水合反应,最终不利于晶须体积的膨胀。研究结果对调控半水硫酸钙晶须的水化能力有一定的参考意义。     

交变外磁场对硫酸钙垢溶解行为的影响及其机理

为阐明交变外磁场对硫酸钙垢溶解行为的影响规律,采用离子浓度、电导率和红外光谱等手段检测硫酸钙垢溶解液的性质,并利用X射线衍射（XRD）和检测硫酸钙垢溶解量等方法对硫酸钙垢进行表征和分析。结果表明,交变外磁场对硫酸钙垢的溶解有明显的促进作用。与无磁场作用的硫酸钙垢溶解液相比,交变外磁场作用60 min后硫酸钙垢溶解液的硫酸根质量浓度由2.41 g/L增大至3.52 g/L,电导率由5.85 mS/cm增大至7.24 mS/cm,硫酸钙垢的溶解量增加了40%。外加交变磁场可以促进硫酸钙垢溶解的原因是,外加交变磁场可以使蒸馏水中亲水性羟基的比例增加,促进水分子与硫酸钙垢的分子亲合力。此外,交变外磁场的作用还导致硫酸钙垢的结晶度减小、主晶面的面间距增大,最终有利于垢与水的接触和溶解。此研究可为利用交变外磁场调控硫酸钙垢的溶解行为提供理论依据。     

柠檬酸钠对半水硫酸钙晶须形貌的影响

采用SEM、FT-IR等方法对添加柠檬酸钠后半水硫酸钙晶须的形貌、表面基团等进行了表征,在此基础上对柠檬酸钠的作用机理进行了研究。结果表明:柠檬酸钠在半水硫酸钙晶须表面的吸附状态随用量不同而不同,晶须的形貌也随之改变,原因在于柠檬酸钠对半水硫酸钙晶须表面钙离子的阻溶作用、降低晶须的表面能以及对晶须不同晶面的生长速率的影响。     

聚丙烯酰胺对半水硫酸钙晶须形貌稳定性的影响

研究了使用聚丙烯酰胺对半水硫酸钙晶须进行表面改性,以提高晶须在水溶液中的形貌稳定性。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)等表征了晶须的性质。结果表明,聚丙烯酰胺添加量(以半水硫酸钙晶须质量计)由0增至2.0%时,晶须在水溶液中的形貌保持时间(长径比保持率大于80%)由0.5 h延长至4.0 h。聚丙烯酰胺以物理吸附(氢键)和化学吸附(形成—COO—Ca—键)两种模式吸附于半水硫酸钙晶须表面,由此降低晶须的表面能,提高晶须的形貌稳定性。     

二水硫酸钙在硫酸铵溶液中的溶解度测定

采用电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-AES)测定了二水硫酸钙在硫酸铵溶液中(298.15~348.15 K)的溶解度,利用E-DH方程对实验数据进行关联,总平均相对偏差为2.81%;并考察了E-UDH方程的理论预测值,与实验值对比,总平均相对偏差为4.13%。实验和理论研究结果表明:在同离子效应和盐效应协同影响下,二水硫酸钙在(NH4)_2SO_4-H_2O体系中溶解度随硫酸铵浓度增加先降低后又增大,在298.15~348.15 K温区内,溶解度突变点硫酸铵浓度为0.07~0.08 mol·kg~(-1);随溶液中硫酸铵浓度增加,温度对二水硫酸钙溶解度的影响更趋显著。研究结果对磷石膏矿化烟气CO_2的过程设计具有指导意义。     

以中和渣为原料制备半水硫酸钙晶须实验研究

以某轧钢厂酸洗液中和反应渣为原料,采用水热法制备半水硫酸钙晶须。系统研究了反应温度、反应时间和镁离子对半水硫酸钙晶须形貌的影响,利用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)等手段对晶须产品进行了表征。结果表明,利用中和渣可以制备半水硫酸钙晶须。最佳制备条件:料浆质量分数为5%,反应温度为120℃,反应时间为20 min,硫酸镁质量分数低于4%。以中和反应渣为原料制备半水硫酸钙晶须,实现了中和反应渣的综合利用,为轧钢厂酸性废水的综合治理提供了新思路。     

(NH_4)_2SO_4-H_2O体系中CaSO_4·2H_2O溶解度模型

在25℃恒温水浴中,采用EDTA滴定、ICP-AES检测二水硫酸钙在0~2.50 mol/kg硫酸铵溶液中的溶解度,结果显示在同离子效应和盐效应影响下,二水硫酸钙的溶解度随硫酸铵浓度增加先降低后增大,突变点的硫酸铵质量摩尔浓度为0.07 mol/kg;建立二水硫酸钙在(NH_4)_2SO_4-H_2O体系中的溶解度模型,并利用建立的溶解度模型拟合实验数据,拟合效果较好,且平均相对误差为4.50%。研究结果为CO_2矿化磷石膏反应器的优化设计提供了基础数据和理论依据。     

Fe3+对水热合成硫酸钙晶须性能的影响

以硫酸钙(分析纯)、磷石膏为原料,水热法制备硫酸钙晶须,实验考察了Fe3+对晶须性能的影响。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、选区电子衍射(SAED)、能量色散X射线光谱仪(EDX)等对产物进行表征。结果表明,Fe3+可促进硫酸钙晶须的轴向生长,有助于获得大长径比的硫酸钙晶须;当n(Ca)/n(Fe)=20左右时,硫酸钙(分析纯)制得晶须长径比达到最大值80,磷石膏制得晶须长径比为60;Fe3+可有效改善磷石膏水热制得晶须的形貌,抑制晶体的分叉生长,对磷石膏制得晶须白度也有一定程度的提高。     

二水硫酸钙与碳酸铵反应过程中物料比对钙离子相转移速率的影响

选择二水硫酸钙晶须为研究对象,在温度、搅拌速度、料浆浓度不变的条件下,探究了二水硫酸钙与碳酸铵反应过程中物料比n(NH4)2CO3:nCaSO4獉2H2O对钙离子相转移速率的影响。结果表明,物料比在1.05∶1~1.4∶1之间时,生成的碳酸钙沉淀于溶液中,钙离子相转移是溶解-结晶过程,二水硫酸钙转化率和碳酸钙颗粒粒径均随物料比增大而增大,即相转移速率与物料比成正比。     

几种阻垢剂对硫酸钙垢的抑制作用

采用静态阻垢法研究了9种有机磷酸盐和水溶性聚合物对硫酸钙的阻垢性能,并用扫描电镜(SEM)及粉末X射线衍射仪(XRD)对垢样进行微观分析.结果表明,几种药剂对硫酸钙均有一定的抑制作用,且呈现出明显的槛值效应,在低浓度时,HDTMP的抑制效率最大,在10 mg/L时对硫酸钙的阻垢率达到67％,几种阻垢剂对硫酸钙垢的晶型和形貌都有较大的影响.     

常压盐溶液法制备α-半水钛石膏

以钛白石膏为原料,利用常压盐溶液法制备α-半水钛石膏(α-HHTG)。研究转晶剂配比、悬浮液p H值和浓度对晶体形貌的影响。采用扫描电子显微镜(SEM)观察晶体形貌,X射线衍射仪(XRD)对制得的α-半水钛石膏进行表征。结果表明:在以氯化钠为盐介质,反应时间为4h,反应温度维持在沸点附近,转晶剂硫酸铝质量浓度为0.6 Wt%、柠檬酸钠0.28 Wt%,悬浮液p H值为4.1、浓度20 Wt%时,α-半水钛石膏晶体形貌最佳,呈短柱状,长径比约为1∶1。     

磁化条件下不同镁盐对碳酸钙溶解行为的影响

为阐明磁化条件下无机镁盐对碳酸钙溶解行为的影响规律,采用检测溶液电导率、pH和钙离子浓度等方法来考察磁化条件下不同种类镁盐（硫酸镁、硝酸镁、氯化镁和碳酸镁）对碳酸钙溶解行为的影响。结果表明,磁化条件下硫酸镁、硝酸镁和氯化镁对碳酸钙有促溶作用,作用最显著的是硫酸镁,其可使溶液钙离子浓度提高55.0%;碳酸镁对碳酸钙有阻溶作用,其可使溶液钙离子浓度减少36.0%。硫酸镁、硝酸镁和氯化镁对碳酸钙有促溶作用的原因在于溶液中镁离子产生的盐效应以及3种镁盐造成磁化碳酸钙溶液pH不同程度的减小。而碳酸镁对碳酸钙有阻溶作用的原因在于碳酸根产生的同离子效应和极化作用以及碳酸镁使磁化碳酸钙溶液pH增大。研究结果揭示了磁化溶液中不同镁盐对碳酸钙溶解行为的影响规律,可为利用镁盐调控碳酸钙溶解行为提供理论依据,并对强化磁化除垢效果有一定的参考意义。     

由铁矿烧结电除尘灰浸出液制备氯化钾及球形碳酸钙

采用物理化学表征方法研究了包钢烧结电除尘灰的基础性质,结果表明,该烧结电除尘灰的主要成分为Fe,K,Na,Ca的化合物,其中的钾盐可通过水浸分离回收. 浸出液中含有大量可溶性硫酸钙. 为了在浸出过程中抑制硫酸钙的溶解,考察了硫酸钙在KCl,NaCl,K2SO4及其混合盐中的溶解性能. 结果表明,由于KCl和NaCl的盐溶效应,硫酸钙的溶解性能得到提升. 应采用低液固比,提高浸出液中硫酸根离子的相对含量,利用硫酸根离子的同离子效应抑制烧结电除尘灰中硫酸钙的溶解. 以碳酸钠为沉淀剂,考察其对钙离子沉淀效果的影响. 结果表明,碳酸钠具有较好的硫酸钙沉淀效果. 在沉淀钙离子的同时,研究了沉淀剂的浓度、反应温度、搅拌强度对碳酸钙晶体形貌的影响,制备获得了分散良好,粒径小于10 mm的球形碳酸钙副产品,实现了资源综合利用. 最后设计了从烧结电除尘灰提取国标20406-2006一级氯化钾并联产球形碳酸钙副产品的工艺路线,该工艺具有工业应用潜力.     

反应物浓度与反应时间对高强石膏前驱体制备的影响

利用氨碱行业副产物氯化钙和硫酸钠为原料,合成高强石膏前驱体(二水硫酸钙),并通过常压水热法将二水硫酸钙转化为高强石膏(α型半水硫酸钙).研究了反应物浓度和反应时间对于高强石膏前驱体合成的影响.结果表明:当反应物氯化钙和硫酸钠的浓度均小于或等于0.5 mol·L-1,反应时间为24 h左右时,制得的二水硫酸钙适用于常压水热反应,且其常压水热反应产物α型半水石膏晶体形貌良好,各项性能符合α30(JC/T 2038-2010)高强石膏标准.     

MICP矿化产物中钙离子利用率的影响因素及微观物相分析

钙离子利用率是微生物诱导碳酸钙沉积矿化技术中一项重要指标和参数，待矿化钙离子能否参与到矿化反应和如何被利用是这项技术的关键。本文借助紫外线吸光度法、电导率法和EDTA滴定法等技术手段，分析了待胶结菌液浓度和脲酶活性的时变规律，阐述了不同胶结配比对矿化反应过程中钙离子利用率的影响。结果表明：在胶结过程中，细菌的浓度和脲酶活性会逐渐降低；在合理浓度范围内，钙离子利用率随菌液浓度以及胶结液浓度的增大而提高，最高可达99.73%。进而通过X射线衍射、扫描电镜检测来揭示矿化产物的形成机理，分析得出：球霰状碳酸钙晶体是钙离子在有机质的调控下依托细菌表面的成核位点富集矿化而成，矿化产物中碳酸钙晶体尺寸大小和形态受菌液和胶结液配比浓度的影响。本研究对于微生物诱导矿化反应生成碳酸钙在工程材料领域的应用具有一定的参考价值。     

二水硫酸钙在硫酸铵溶液中的溶解度测定

采用电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-AES）测定了二水硫酸钙在硫酸铵溶液中（298.15～348.15 K）的溶解度,利用E-DH方程对实验数据进行关联,总平均相对偏差为2.81%;并考察了E-UDH方程的理论预测值,与实验值对比,总平均相对偏差为4.13%。实验和理论研究结果表明：在同离子效应和盐效应协同影响下,二水硫酸钙在（NH₄）₂SO₄-H₂O体系中溶解度随硫酸铵浓度增加先降低后又增大,在298.15～348.15 K温区内,溶解度突变点硫酸铵浓度为0.07～0.08 mol·kg^-1;随溶液中硫酸铵浓度增加,温度对二水硫酸钙溶解度的影响更趋显著。研究结果对磷石膏矿化烟气CO₂的过程设计具有指导意义。     

添加剂对碳酸锂结晶的影响

通过无水氯化锂与碳酸钠反应结晶制备碳酸锂晶体。探讨了添加剂聚丙烯酸钠(ASAP)、聚丙烯酰胺(PAM)用量对碳酸锂晶体生长过程、形貌、粒度分布的影响;分析了添加剂对产品收率、含湿量以及成核时间的影响,并测得溶液电导率;利用X射线衍射仪(XRD)分析了添加剂对晶体生长过程的影响。结果表明:与无添加剂制备碳酸锂晶体相比,聚合物ASAP、PAM都能够显著改善晶体形貌和粒度分布。加入适量ASAP可以增大晶体粒度,获得表面光滑、流动性极好且密实的球形碳酸锂。由于加入ASAP后颗粒黏壁现象大大缓解,产品收率比无添加剂时提高了17.73%,含湿量和变异系数分别减少13.11%、26.04%。加入适量PAM可以增大晶体的平均粒度,缓解颗粒黏壁现象,使产品收率提高22.60%,含湿量和变异系数分别减少4.47%、27.67%,制备出流动性良好的球形碳酸锂。