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《山东科技大学》 2010年
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F~-、Al~(3+)、CaF_2络合平衡在废液制冰晶石中的应用

张琳  
【摘要】:本文通过对冰晶石技术以及CaF2除氟技术的探讨,系统的研究了F-、Al3+、CaF2体系的络合平衡,并将两项技术综合运用到硅酸盐低温分解制冰晶石的工艺中,解决了反应中生成的氢氧化铝产值不高,废液中氟含量超标等问题,进一步完善了该工艺。主要内容如下: 首先,通过对F—Al—Ca络合体系的理论计算和实验,得出:引入NH4+,减少K+与F-的作用,同时使F-与Al3+结合形成沉淀分离出来。废液中未反应的氟通过加入适量的钙来进一步降低其含量;在酸性冰晶石溶液体系中,当pH5时几乎没有羟合铝离子存在,当pH=6.0时,氟合铝离子占60%以上,羟合铝离子占35%以上,当pH≥8.0时,就几乎都是羟合铝离子;在CaF2—Ca(OH)2体系中,溶液中氟的总浓度取决于剩余[Ca2+]和溶液的pH;在CaF2—Ca(OH)2—氟硅酸体系中,氟硅酸溶液中加入Ca(OH)2时,只要保证溶液的pH8.7,[SiF62-]可以忽略不计;氟硅酸—氟铝酸体系中,当溶液的pH3.03时,AlF63-成为F的主要存在形式;在综合体系中,溶液中的[SiF62-]、[AlF63-]受溶液中[Ca2+]和溶液的pH的影响,并且[SiF62-]受pH影响较大;通过对比研究各种离子在不同pH条件下的性质,得出用氨水调节溶液的pH,控制条件,将溶液中的杂质离子逐步去除。 其次,在实际除氟反应过程中,最终氟离子不会因为钙离子的过量加入而逐渐减少。当F与Ca2+进行等当量反应时,[F-]越低,反应速率越慢。用石灰处理含氟废水,其反应速率要比用CaCl2处理慢得多;同样的Ca/F摩尔比下,初始[F-]越高,反应后[F-]下降的幅度也越大。而当Ca/F摩尔比大于或等于4时,再增加Ca/F摩尔比以降低[F-]就没有必要了;在纯水中,电解质的存在会阻碍已溶解的Ca2+与F-结合成CaF2,平衡将移动,使CaF2(S)进一步溶解;pH对CaF2溶解度的影响随着CaF2的量增加而迅速加大;加入Ca2+去氟过程中,多余的Ca2+会和溶液中的SO42-反应,生成CaSO4沉淀,影响钾肥中SO42-含量,从而影响到生成的KNH4SO4的质量,试验中应避免过多Ca2+的加入,提高钾肥品质。 最后,生产冰晶石的最佳工艺条件是:反应温度25℃,氨水和铝的配料摩尔比3:1,反应时间30min,加水量与废液比1.5:1,反应溶液的pH控制在5~6;去除废液中氟的最佳工艺条件是:投加石灰粉,控制反应终点pH≈13,反应时间在60min左右;搅拌强度200r·min-1;(1+1)H2SO4反调pH≈6~7,溶液中残留的F-浓度最终降到5 mg·L-1。
【学位授予单位】:山东科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:O611.3

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