烟气脱硫石膏溶液法制备α-半水石膏的工艺研究

徐 锐，陈 权，郭进武

(河南科技大学化工与制药学院，河南 洛阳 471003)

烟气脱硫石膏是发电厂、冶炼厂及炼油厂采用石灰/石灰石湿式洗涤法去除烟气中的SO2后产生的二水石膏[1～3]，一般呈潮湿、粉状，其品位与天然石膏相当。研究表明，烟气脱硫石膏与天然石膏在化学成分、物理性能方面差异不大，可以替代天然石膏生产α-半水石膏，具有较高的应用价值。

作者在此采用溶液法[4，5]以烟气脱硫石膏制备α-半水石膏，并探讨了影响烟气脱硫石膏脱水速度的主要因素，优化了工艺条件，拟为拓展烟气脱硫石膏的开发应用奠定基础。

1 实验

1.1 原料

烟气脱硫石膏，重庆珞璜电厂烟气脱硫残渣，呈白色粉末，品位93%，化学成分见表1。

表1 原料组成/%

将烟气脱硫石膏置于球磨机粉磨30 min，用180目筛网进行筛分，筛网下部分置于塑料袋中备用。

1.2 方法

在500 mL三口烧瓶中加入18%～25%的MgCl2溶液200 g，加热搅拌至80℃，再加入少量丙三醇，然后加入烟气脱硫石膏粉末，调节溶液的pH值，加入柠檬酸钠作晶型改良剂，继续加热一定时间，温度控制在110℃左右。

2 结果与讨论

由于烟气脱硫石膏制备α-半水石膏的影响因素较多，在此仅就主要因素反应温度、pH值、盐溶液浓度、固液比等进行分析。

2.1 反应温度

α-半水石膏是烟气脱硫石膏在常压、盐溶液介质中加热脱除1.5个水分子后形成的，化学反应式如下：

不同压力下二水石膏脱水生成半水石膏的温度也不相同，图1为二水石膏—水“压力—温度”平衡曲线[6]。

A.二水石膏—水 B.液相水—气相水蒸气

由图1可以看出，二水石膏—水和液相水—气相水蒸气的“压力-温度”平衡曲线相交于C点，由于反应体系为水溶液，二水石膏在液相中进行热分解，故图1中的阴影部分易于α-半水石膏生成，交点C处的温度为105℃，考虑到反应过程中结晶速度较慢，因此控制反应温度在110℃左右。

2.2 pH值

pH值是反应过程的重要影响因素，影响脱水时间以及α-半水石膏晶体的大小和形状。考察溶液初始pH值对反应过程的影响，结果如图2所示。

图2 不同pH值下含水量随时间的变化

由图2可知，当pH值为6时，烟气脱硫石膏的脱水速度较慢，大约2 h后生成α-半水石膏；pH值为4时，脱水速度稍快，1 h后生成α-半水石膏；pH值为2时，脱水速度很快，仅40 min就完成了从二水到半水的转变。

pH值对α-半水石膏的晶型结构影响也很大，如图3所示。

a.pH=6 b.pH=2

由图3可知，pH值为6时，晶型形状较好，大部分为立方形颗粒，少数为粗棒状，比表面积较小，此时的α-半水石膏具有低的制浆需水量，从而提高了制品强度。pH值为2时，晶型颗粒较小，大部分为小柱状或棒状，比表面积相对较大。因此，控制pH值在6左右，能得到较好的晶型结构。

2.3 盐溶液浓度

盐溶液浓度也是影响烟气脱硫石膏脱水速度的重要因素之一。考察盐溶液浓度对反应过程的影响，结果如图4所示。

图4 不同盐溶液浓度下含水量随时间的变化

由图4可知，当盐溶液浓度较低时，生成α-半水石膏的时间过长；随着盐溶液浓度的增大，生成α-半水石膏的时间缩短，且在半水阶段停留时间延长，有利于晶型向α-半水石膏转变；当盐溶液浓度超过25%后，对晶型结构影响不大。因此，考虑到溶液的后处理过程，控制盐溶液浓度在25%左右。

2.4 固液比

固液比也是影响烟气脱硫石膏脱水速度的主要因素之一。考察固液比对反应过程的影响，结果如图5所示。

图5 不同固液比下含水量随时间的变化

由图5可知，当固液比增大时，溶液的浓度相应增大，传质阻力增大，在晶型形成过程中不利于晶核转移，影响晶型的生长发育，很难获得立方形颗粒；当固液比较小时，传质推动力相应增大，有利于晶型的生长；当固液比过小时，虽能得到较好的晶型，但产品数量少，经济效益难以保证，没有实际意义。因此，控制固液比在1∶(4～8)。

3 结论

采用溶液法以烟气脱硫石膏制备α-半水石膏，考察了反应温度、pH值、盐溶液浓度、固液比等对烟气脱硫石膏脱水速度的影响。在反应温度为110℃、pH值为6、盐溶液浓度为25%、固液比为1∶(4～8)时，可得到较好晶型的α-半水石膏。反应在常压下进行，能耗低，设备简单，条件容易控制，易于工业化，对于解决电厂大量的脱硫残渣提供了广阔的应用前景。

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