脱硫石膏晶体形貌控制实验研究

针对湿法烟气脱硫过程中的工况参数，就反应温度、体系pH值以及脱硫剂的浓度等因素对脱硫石膏晶体形态的影响进行了实验研究。结果表明，随着反应温度的升高，脱硫石膏晶体的形貌由板状向条状、棱柱状发展，晶体的{010}面活性得到增强；随着pH值的升高，脱硫石膏晶体形貌从短板状到棒状再到板状发展，合适的pH值是获得六棱柱状石膏晶体的重要保障；脱硫剂的浓度增大，石膏晶体形貌基本不变，但粒径有所增大，同时出现更多的细小的半水亚硫酸钙颗粒。

石灰石–石膏湿法烟气脱硫技术是应用最广泛的脱硫技术，占烟气脱硫工艺的87% [1]，其副产脱硫石膏已逐步成为一种重要的石膏资源，被广泛替代天然石膏，应用于各种石膏应用行业。然而，在湿法烟气脱硫过程中硫酸盐的结晶状况不仅直接影响到后续外排前脱水系统的稳定运行，更重要的是影响到副产品石膏的商业价值。因此，研究在烟气脱硫过程中对脱硫石膏晶体实施相应的调控，改善脱硫石膏品质，具有重要的现实意义。为了改善脱硫石膏的品质或脱水性能，石灰石–石膏湿法烟气脱硫工艺过程中石膏的结晶特性得到了广泛的关注[2] [3] [4]， 针对石灰石–石膏湿法烟气脱硫工艺过程中温度[3] [4] [5]、pH 值[6]、脱硫剂浆料特性[7] [8]等因素对脱硫石膏结晶的影响方面进行了一些研究，但是针对烟气脱硫过程中如何控制石膏晶体形态，以获得高品质的脱硫石膏，目前相关研究甚少。

2. 实验部分 实验方法是：脱硫石膏的制备均在如图1 所示的实验模拟装置上进行。

反应器置于水浴中， 反应温度由水浴控制，SO2 气体(标准瓶装气，购自北京南飞气体科技发展有限公司)由气瓶经流量计直接通入到反应器中，氧化空气由气泵提供，流量固定为5 L/min，电动持续搅拌速度为400 r/min，pH 值由在线pH 计监控， 脱硫剂为由320 目的石灰石粉(CaCO3 含量 ≥ 95%， 购自河北灵寿县华硕矿产品加工厂)与去离子水混合制成的浆液，脱硫剂可以通过在线pH 计自动控制蠕动泵注入反应器中，反应结束后真空抽滤，在50℃温度下干燥至恒重，取样在SU8020 场发射扫描电子显微镜上进行形貌分析，在BRUCKER D8 ADVANCE X 射线粉末衍射仪上进行物相分析。

3. 结果与讨论 3.1. 反应温度的影响 为研究反应温度对脱硫石膏晶体的影响， 取100 g 的石灰石粉与1000 mL 水混合制成石灰石浆液， 在不同水浴温度下反应7 小时，整个体系的pH 值保持在5.1~5.7，所得样品的物相通过X 射线衍射(XRD)表征， 如图2 所示， 其形貌通过扫描电子显微镜观察， 如图3 所示。

物相分析发现， 反应温度在35℃~85℃所得到产物的XRD 曲线上衍射峰均为二水石膏(CaSO4∙2H2O，对应卡片33-0311)，未见其它的明显衍射峰，说明该实验得到了纯度较高的脱硫石膏产物。由SEM 图可以看出，随着温度的升高，脱硫石膏晶体的形貌由板状→条状→柱状发展， 当反应温度为35℃和45℃时， 主要生长晶面为{010}面， 而其它晶面，