钛石膏机械驱动强化结晶工艺的研究

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2023-0136

摘要/Abstract

摘要：

将机械驱动强化结晶技术（MDEC）应用于钛白粉含酸废水制备钛石膏，通过控制单一变量考察晶种加入量、反应温度、反应时间、搅拌速率、陈化时间等对石膏粒径的影响，采用XRD、SEM、ICP-OES等方法表征产物。结果表明：在处理量为10 L/h、反应温度为25 ℃、反应时间为90 min、搅拌速率为40 r/min、陈化时间为2 h条件下，一段MDEC较优工艺条件为m（含酸废水）∶m（石粉）∶m（晶种）=100∶5∶1、pH=3.5，制备的一段石膏平均粒径为103~116 μm，CaSO₄·2H₂O质量分数为87.21%；二段MDEC较优工艺条件为m（一段滤液）∶m（石灰）∶m（晶种）=100∶2.5∶1、pH=8，制备的二段石膏平均粒径为100~136 μm，石膏质量分数为81.53%，两者均达到钛石膏和建筑石膏标准。

关键词: 机械驱动强化结晶技术, 钛石膏, 钛白粉, 含酸废水

Abstract:

Mechanical-driven enhanced crystallization technology（MDEC） was used to treat the acidic wastewater of titanium dioxide to prepare titanium gypsum.By controlling a single variable，the effects of the amount of crystal seed added，reaction temperature，reaction time，as well as stirring rate and aging time on the particle size of gypsum were investigated.The product was characterized by XRD，SEM，ICP-OES and chemical analysis et.al.The results showed that when the treatment capacity was 10 L/h，the reaction time was 90 min at 25 ℃，the stirring speed was 40 r/min，and the aging time was 2 h，the optimal process conditions of first-stage MDEC were as follows：m（acid-containing wastewater）∶m（stone powder）∶m（seed）=100∶5∶1，pH=3.5，the average particle size of the prepared gypsum section was 100~116 μm，the mass fraction of CaSO₄·2H₂O was 87.21%.The optimal process conditions of the second stage MDEC were as follows：m（the filtrate of the first stage）∶m（lime）∶m（seed）=100∶2.5∶1，pH=8，the average particle size of the second stage gypsum prepared was about 100~136 μm，and the mass fraction of gypsum was 81.53%.Both of the gypsum met the standards of titanium gypsum and architectural gypsum.

Key words: mechanica-driven enhanced crystallization technology, titanium gypsum, titanium dioxide, acidic wastewater

中图分类号:

TQ620.9

韦康, 张浩, 甘顺鹏. 钛石膏机械驱动强化结晶工艺的研究[J]. 无机盐工业, 2023, 55(11): 78-85.

WEI Kang, ZHANG Hao, GAN Shunpeng. Research on mechanical drive enhancement crystallization process for titanium gypsum[J]. Inorganic Chemicals Industry, 2023, 55(11): 78-85.

图/表 24

表1

含酸废水化学分析结果

样品	w（Ti⁴⁺）/%	w（Fe）/%	w（Mn²⁺）/%	w（Zn²⁺）/%	w（Ca²⁺）/%	w（Mg²⁺）/%	w（SO₄^2-）/%	pH
1-水样	0.009 3	0.122 7	0.005 8	0.002 2	0.006 3	0.008 4	2.536	1.01
2-水样	0.000 2	0.354 4	0.000 7	0.000 1	0.021 9	0.002 0	2.796	0.78
3-水样	0.026 6	0.418 7	0.017 6	0.002 2	0.016 9	0.023 0	3.041	0.45
废酸（w $H 2 S O 4$ =20%）	0.006 0	0.389 4	0.192 0	0.092 0	0.003 2	0.002 9	21.370	—

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表8

参考文献 17

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沉淀剂	一段石膏平均粒径/μm	一段石膏质量/g	w（滤液中SO₄^2-）/%
石粉	42.73	10.73	1.13
石灰粉	34.4	10.52	1.01
碳酸钙	31.65	12.93	1.75
氯化钙	49.22	4.83	1.96

水样	处理量/ （L·h^-1）	样品名称	石膏平均粒径/um	w（Fe）/ %	w（Ca²⁺）/ %	w（SO₄^2-）/%
2-水样	1.67	2-水样		0.358	0.023	2.858
		一段石膏	100.9	0.265	19.120	47.880
		一段滤液		0.274	0.074	0.824
2-水样	3.33	2-水样		0.358	0.023	2.858
		一段石膏	130.1	0.217	18.830	48.220
		一段滤液		0.322	0.067	0.960
2-水样	10	2-水样		0.358	0.023	2.858
		一段石膏	151.7	0.179	18.410	42.510
		一段滤液		0.115	0.055	0.766

水样	pH	样品名称	石膏平均粒径/μm	w（Fe）/ %	w （Ca²⁺）/%	w （SO₄^2-）/%
3-水样	2.5	3-水样		0.419	0.017	3.041
		一段石膏	107.4	0.068	17.760	44.53
		一段滤液		0.171	0.061	0.957
3-水样	3.5	3-水样		0.419	0.017	3.041
		一段石膏	137.5	0.116	20.050	49.05
		一段滤液		0.172	0.063	0.82 5
3-水样	4.5	3-水样		0.419	0.017	3.041
		一段石膏	120.2	0.080	19.170	44.19
		一段滤液		0.168	0.065	0.875
3-水样	5.5	3-水样		0.419	0.017	3.041
		一段粗石膏	107.6	0.113	19.120	47.60
		一段滤液		0.168	0.053	0.827

序号	石膏	w（CaSO₄· 2H₂O）/%	平均粒径/ μm	白度/%
1	一段石膏	87.00	106.60	86.33
2		87.00	111.30	86.15
3		88.80	116.00	88.21
4		87.48	113.20	84.17
5		89.26	110.10	87.87
6		90.21	103.00	91.55
7		88.19	115.60	89.62
8		89.53	112.20	90.41
1	二段石膏	84.67	123.60	80.00
2		81.48	136.00	82.15
3		85.96	116.70	82.41
4		80.00	100.00	87.92
5		83.92	114.70	86.76
6		86.47	120.20	80.09
7		83.64	122.20	81.82
8		82.05	112.70	80.00

项目	气味	w（CaSO₄·2H₂O）（干基）/%	w（附着水）（湿基）/%	w（Fe₂O₃）（干基）/ %	w（MgO）（干基）/ %	w（Na₂O）（干基）/ %	w（K₂O）（干基）/ %	w（Cl^-）（干基）/ %	pH （干基）	w（其他）/ %	放射性
JC/T 2625— 2021一级品	无异味	≥85.00	≤20.00	≤8.00	≤0.20	≤0.06	≤0.06	≤0.02	5.0~9.0	其他杂质含量控制由供需双方协商确定	符合GB 6566—2010《建筑材料放射性核素限量》标准
JC/T 2625— 2021一级品	无异味	≥85.00	≤20.00	≤8.00	≤0.20	≤0.06	≤0.06	≤0.02	5.0~9.0
一段石膏	无异味	87.21	11.79	1.01	0.14	0.03	0.02	—	6.95
一段石膏	无异味	87.21	11.79	1.01	0.14	0.03	0.02	—	6.95
二段石膏	无异味	81.53	9.23	1.52	0.13	0.03	0.02	—	7.03

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