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利用磷石膏合成硅灰石的研究

王艳艳  
【摘要】: 磷石膏是湿法磷酸生产过程中产生的工业废渣,是化学工业中排放量最大的固体废弃物之一,磷石膏中的CaSO_4·2H_2O含量一般高达90%以上,是一种重要的再生资源,但是,磷石膏中含有磷、氟及有机物等诸多有害杂质,使其不能直接利用,且对大气和地下水造成的污染威胁尤为突出并日益严重。磷石膏的综合利用,对环境安全、资源有效利用及磷肥工业可持续发展均具有巨大的商业价值和现实意义。 本论文以工业废弃物磷石膏为原料,外加还原剂焦炭及石英粉,通过高温煅烧完成了磷石膏的分解和硅灰石的合成两个过程。通过实验初步探讨了磷石膏的分解机理及影响因素,在此基础上进一步研究了工艺条件(包括温度、还原剂含量、保温时间、堆积状态及杂质等)对磷石膏分解及硅灰石合成的影响。利用样品表观失重率及磷石膏的分解率来表征磷石膏分解及硅灰石的合成情况。通过XRD、SEM及化学方法对合成的硅灰石进行测试,对其性质进行了初步探讨。研究了整个实验过程中硫的存在方式及影响尾气中SO_2量的因素。 实验结果表明:磷石膏分解反应是气-固反应,温度是影响磷石膏分解及硅灰石合成的最主要因素,其次是还原剂的含量,杂质、保温时间和堆积状态对磷石膏的分解有一定的影响但并不是很显著。利用磷石膏合成硅灰石的最佳工艺条件为1200℃、保温时间150min、焦炭含量7%。在此条件下得到的硅灰石由于其中杂质的存在而呈米黄色,经XRD分析为α-CaSiO_3,俗称高温型假硅灰石。其化学性质不够稳定,可以溶于10%的硫酸而生成硫酸钙。实验结束后硫以SO_2、单质S及少量未分解完全的CaSO_4形式存在,物料干燥后比干燥前烟气中SO_2的量有所增加,焦炭含量在7%时烟气中SO_2的量最大,但是相对理论值仍然有一定的距离。


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