CaSO-,4--Ca(OH)-,2--H-,2-O體系熱力學(xué)平衡及硫酸根脫除工藝研究.pdf

1、有色金屬濕法冶煉、電鍍、采礦及制堿等行業(yè)中普遍使用硫酸鹽體系，因此，每年產(chǎn)生大量含有重金屬的酸性硫酸鹽廢水。這些廢水不經(jīng)處理直接排入水體，將直接危害人體健康和水體生態(tài)平衡。目前，在重金屬廢水處理中，最普遍采用的方法是石灰中和法。但工業(yè)實(shí)踐過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)中和水解液中SO42-離子濃度較高時(shí)，溶液pH值調(diào)節(jié)受到限制，從而給工業(yè)廢水的凈化和回用帶來不利影響。 為了查明中和水解液中SO42-離子平衡濃度的變化規(guī)律及SO42-離子濃度對(duì)

2、中和水解液pH值調(diào)節(jié)的影響，為合理使用Ca（OH）2中和劑處理重金屬廢水提供依據(jù)，本研究從熱力學(xué)角度闡述了CaSO4-Ca（OH）2-H2O體系SO42-平衡濃度的變化規(guī)律，利用Pitzer電解質(zhì)溶液理論及光學(xué)法詳細(xì)計(jì)算并測定了CaSO4-Ca（OH）2-H2O三元體系相圖。此外，初步進(jìn)行了復(fù)鹽法去除廢水中SO42-離子的工藝研究。 根據(jù)熱力學(xué)平衡原理，繪制了CaSO4-Ca（OH）2-H2O體系25℃下平衡pc-pH圖，查明

3、了CaSO4與Ca（OH）2在水中共同存在時(shí)溶解度相互影響的規(guī)律。當(dāng)溶液pH值為13.2時(shí)，CaSO4、Ca（OH）2與溶液三相共存。當(dāng)溶液pH值小于13.2時(shí)，存在CaSO4與溶液的平衡，CaSO4最小平衡濃度為0.411 g/L。當(dāng)溶液pH值大于13.2時(shí)，存在Ca（OH）2與溶液的平衡，Ca（OH）2最小平衡濃度為2.749 g/L。 采用自行配制的模擬水樣，詳細(xì)研究了CaSO4-Ca（OH）2-H2O體系SO42-離子

4、平衡濃度的變化規(guī)律。結(jié)果表明： pH值在3.0～12.0范圍內(nèi)時(shí)SO42-離子平衡濃度基本保持不變，約為0.01235 mol/L，在此pH值范圍內(nèi)SO42-離子的濃度基本不受pH值變化的影響；當(dāng)pH>12.0時(shí)SO42-離子平衡濃度顯著增大?？疾炝薔a+離子對(duì)CaSO4-Ca（OH）2-H2O體系SO42-離子平衡濃度變化規(guī)律的影響，結(jié)果表明pH值在3.0～12.0范圍內(nèi)時(shí)SO42-離子平衡濃度基本保持不變，約為0.033 mol/L

5、； pH>12.0時(shí)，SO42-離子平衡濃度顯著增大。Na+離子對(duì)CaSO4-Ca（OH）2-H2O體系SO42-離子平衡濃度的變化規(guī)律基本沒有影響，但該體系SO42-離子平衡濃度均高于不含Na+離子的體系，且溶液中SO42-離子平衡濃度隨著溶液中Na+離子濃度的增加而增加，呈一次線性關(guān)系，說明體系中Na+離子的存在使溶液中SO42-離子平衡濃度增大。采用Pitzer理論計(jì)算得到了pH值與SO42-離子平衡濃度的關(guān)系，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。

6、 從熱力學(xué)角度繪制了25℃CaSO4-Ca（OH）2-H2O三元體系的相圖，詳細(xì)研究了相圖中每個(gè)區(qū)域的物理意義，并詳細(xì)分析了各區(qū)域SO42-對(duì)中和水解液pH調(diào)節(jié)的影響。液相區(qū)ABCD是未飽和的溶液區(qū)，CaSO4和Ca（OH）2在此區(qū)域濃度均未達(dá)到飽和，它的范圍由BC和CD兩條溶解度曲線所限定，在該區(qū)域內(nèi)中和水解液的pH值可以任意調(diào)節(jié)，可調(diào)的最高pH值由CD線確定；EDCF是由含CaSO4及Ca（OH）2的溶液和固態(tài)Ca（OH）2

7、組成的二相區(qū)，Ca（OH）2與溶液處于平衡狀態(tài)，若中和水解液中SO42-濃度使體系處于該范圍，中和水解液的pH值調(diào)節(jié)值由CD線確定；BCG區(qū)為CaSO4·2H2O與含CaSO4及Ca（OH）2的溶液組成的二相區(qū)，CaSO4·2H2O與液相處于平衡狀態(tài)，如中和水解液中SO42-濃度使體系進(jìn)入該區(qū)域，中和水解液的pH值的調(diào)節(jié)值將由BC線確定；FCGH是共飽和溶液與固態(tài)Ca（OH）2及CaSO4·2H2O構(gòu)成的三相區(qū)，共飽和溶液與固態(tài)Ca（O

8、H）2和CaSO4·2H2O同時(shí)達(dá)到平衡，當(dāng)中和水解液中的SO42-濃度使體系進(jìn)入該區(qū)域，中和水解液的pH值將不能調(diào)節(jié)，其pH值由飽和點(diǎn)溶液C成份確定并保持恒定值。 提出了硫酸鋁鈣復(fù)鹽法脫除廢水中硫酸根離子的技術(shù)，考察了鋁鹽加入量、溶液pH值、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度及SO42-離子初始濃度等因素對(duì)復(fù)鹽法去除SO42-離子的影響。優(yōu)化的工藝參數(shù)為：鋁鹽加入量0.7 g/100mL，溶液pH值12.0，反應(yīng)時(shí)間80 min，SO42-