常壓條件下臭蔥石合成過程熱力學及動力學研究.pdf

1、本工作針對高濃度含砷廢水的處置問題，以溶解性弱、化學穩(wěn)定高的臭蔥石晶體(FeAsO4?2H2O)為研究對象，針對其在常壓酸性條件下合成過程的熱力學及動力學展開研究。明確臭蔥石晶體的熱力學穩(wěn)定區(qū)及其結(jié)晶過程的反應(yīng)機理、為砷無害化工藝流程的完善及技術(shù)集成提供理論支撐。本文的研究內(nèi)容如下：
　　基于熱力學計算明確了常溫下Fe-As-H2O系各沉淀組分的熱力學穩(wěn)定區(qū)。研究表明，臭蔥石轉(zhuǎn)變?yōu)闅溲趸F的邊界pH值為2.3，即體系pH值接近2.

2、3時更利于臭蔥石的合成。此外，平衡時鐵含量的升高會導致穩(wěn)定區(qū)的縮小。
　　由實驗確定了酸性條件下以 Fe(III)和 As(V)為原料合成臭蔥石晶體的較優(yōu)工藝條件為：反應(yīng)溫度80℃，初始pH值2，鐵砷摩爾比1，初始砷濃度20 g·L-1。在上述條件下反應(yīng)6 h后可以得到臭蔥石晶型的砷酸鐵，且除砷率可高達94.8％。由XRD和SEM分析可知，所得臭蔥石較為純凈且結(jié)晶度較高，結(jié)晶產(chǎn)物晶粒清晰，呈二維棒狀。
　　分析了臭蔥石結(jié)晶過

3、程的成核長大機理，臭蔥石結(jié)晶過程分為沉淀和轉(zhuǎn)形兩個步驟。高濃度的Fe3+和AsO43-反應(yīng)先生成無定形砷酸鐵，由于FeAsO4在水溶液中電離度較大，經(jīng)陳化后無定形砷酸鐵沉淀會經(jīng)逆向離子解離作用轉(zhuǎn)化為晶形砷酸鐵即臭蔥石晶體。其中析出無定形砷酸鐵的過程反應(yīng)速率很快，故臭蔥石結(jié)晶過程的速率控制步驟主要為無定形砷酸鐵轉(zhuǎn)化為晶形臭蔥石的轉(zhuǎn)形過程。
　　在60~90℃范圍內(nèi)對不同鐵砷摩爾比條件下臭蔥石結(jié)晶過程的動力學展開研究，結(jié)果表明其結(jié)晶過