氟铝杂质离子和有机酸添加剂对脱硫石膏结晶过程的影响实验研究-环境科学与工程专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 湘潭大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得 的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个 人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承 担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 摘 要 随着我国燃煤电厂烟气二氧化硫的排放控制全面铺开，钙基湿法烟气脱硫工艺 技术广泛应用并占据主导地位，伴随装置运行产生了大量的脱硫石膏。脱硫石膏的 结晶生成过程是湿法脱硫工艺的重要环节，关系到系统的物料平衡和运行稳定性， 同时，其产物品质直接影响其资源化利用的方式和水平。了解脱硫石膏结晶过程规 律，优化相应工艺控制，对保障脱硫副产品品质，减降脱硫系统运行成本有现实意 义。基于对湿法脱硫工艺特点和已有研究的分析，本文对二水硫酸钙结晶的主要影 响因素进行了研究，重点探讨了钙基湿法烟气脱硫体系中氟、铝杂质离子及常用有 机酸等强化脱硫添加剂对二水硫酸钙结晶诱导时间、成核速率、晶体表面能及产物 形貌的影响。 采用反应结晶的实验方法，结合地球化学模拟软件 PHREEQC 计算获得的离子 活度积、溶度积以及过饱和指数等热力学参数，对二水硫酸钙结晶的主要影响因素 2- 进行了研究。结果表明：实验条件下，温度、[Ca2+]/[SO4 ]摩尔比、反应物浓度是影 响二水硫酸钙结晶的关键因素，而反应溶液 pH 的影响不明显。温度升高会大大缩短 2- 结晶诱导时间，且较高温度下(55℃)晶体生长得更为粗壮和均匀；[Ca2+]/[SO4 ] 摩尔 比和反应物浓度的改变使得溶液的离子活度积、过饱和度发生变化，从而影响结晶 诱导时间和晶体形貌，适中的过饱和条件（S=2.19 左右）更有利于形成饱满且尺寸 分布均匀的晶体。 结合经典晶体成核理论，研究了杂质离子氟和铝离子以及常用有机酸脱硫添加 剂(甲酸、己二酸、丁二酸、戊二酸、混合酸以及柠檬酸等)对二水硫酸钙结晶诱导 时间、成核速率、晶体表面能及产物形貌的影响。结果表明：氟、铝离子不仅会缩 短二水硫酸钙结晶的诱导时间，降低结晶成核速率，提高晶体表面能，还会抑制晶 体特定晶面的生长，从而改变结晶产物的形貌；其影响机理符合诱导结晶原理，即 溶液中氟、铝离子会导致二水硫酸钙的成核方式由均相成核向非均相成核转变。考 察的六种添加剂中，除甲酸外，其他五种有机酸均对二水硫酸钙结晶诱导时间有延 迟作用，其中丁二酸、柠檬酸的作用最强；有机酸添加剂还会提高二水硫酸钙结晶 的成核速率，降低晶体表面能。此外，甲酸、己二酸和柠檬酸均可引起结晶产物形 貌的变化。当结晶反应溶液中甲酸或己二酸浓度为 0.025mol/L 时，二水硫酸钙晶体 生长饱满，长径比明显减小，晶粒尺寸分布更均匀，有利于脱水，溶液中柠檬酸浓 度为 0.01mol/L 时，生成的晶体由针型状转变为片状，有孪生晶体形成。 关键词：二水硫酸钙；结晶；诱导时间；成核速率； PHREEQC I Abstract In order to reduce and control the emissions of sulfur dioxide , Limestone-gypsum wet flue gas desulfurization process(FGD) has been applied most widely for coal-fired power plants in China, with a huge amount of desulfurization gypsum being produced. Due to the fact that crystallization of gypsum is one of the most important process in the desulfuriza- tion, which may influence the mass balance and system stability, as well as the commercial values, understanding the crystallization process and optimization of th