《重金屬濕法冶金過程消除鈣結晶危害的基礎相化學研究》是依託中南大學，由曾德文擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：重金屬濕法冶金過程消除鈣結晶危害的基礎相化學研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：曾德文
- 依託單位：中南大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
鈣結晶危害是在重金屬濕法冶金和硫酸鹽生產過程長期未得到解決的世界難題。本項目擬通過基礎相化學研究，即研究體系CaSO4-MSO4-H2SO4-H2O (M=Cu,Zn,Mn,Ni)及其子體系在較高溫度和多晶型條件下的溶解度相圖和體系MSO4-H2O(M=Cu,Zn,Mn,Ni)在較高溫度(50-90度)下水的活度隨鹽濃度而變化的規律,建立適用於描述和預測由高溶解性鹽和微溶鹽組成的混合體系性質動態變化的熱力學模型，構築上述複雜體系完整的溶解度相圖，找到在工業套用條件下硫酸鈣溶解度最小的窪區,以此為基礎開發出一系列避免硫酸鈣結晶危害的新工藝流程，解決在重金屬冶金中鈣危害性結晶的共性基礎問題。其中，重金屬硫酸鹽體系中在高溫下硫酸鈣溶解度行為研究和水活度研究和建立描述由高、低溶解性鹽混合體系相平衡動態變化規律的熱力學模型，是本課題的主要創新之處。
結題摘要
重金屬濕法冶金過程廣泛存在硫酸鈣結晶危害的問題，具體地說就是，隨著過程進行，溶液冷卻，硫酸鈣在管道和濾布處大量結晶，危害生產的進行。而要開發出新的工藝，在不增加生產成本的前提下消除這些危害，就必須知道複雜體系CaSO4(CaSO4*2H2O)-MSO4-H2SO4-H2O (M=Co,Ni,Cu,Zn)的溶解度相圖。而目前世界上關於這些複雜體系的溶解度相圖鮮有報導。為此，我們系統地測試了上述體系及其相關子體系的溶解度相圖，測試研究了重金屬硫酸鹽水溶液在高溫下的水的活度，並套用Pitzer熱力學模型擬合了相關熱力學模型參數，模擬預測了無水硫酸鈣和二水硫酸鈣在水溶液中的溶解度隨重金屬硫酸鹽濃度、硫酸濃度和溫度而變化的關係。重要的研究發現如下：（1）二水硫酸鈣在重金屬硫酸鹽水溶液中的溶解度隨著溫度的升高而升高，而無水硫酸鈣溶解度隨溫度升高卻是降低的；（2）無水硫酸鈣在水溶液中的溶解度隨重金屬硫酸鹽濃度的升高經歷一個先降低後升高然後再降低的過程；（3）二水硫酸鈣和無水硫酸鈣在硫酸水溶液中的溶解度均隨溫度的升高而升高；（4）二水硫酸鈣和無水硫酸鈣在硫酸水溶液中的溶解度均隨硫酸濃度的升高經歷一個先升高后降低的過程。（5）本項目所進行的動力學和熱力學研究均表明，俄羅斯專家所報導的無水硫酸鈣在硫酸水溶液中的溶解度數據是錯誤的，錯誤的主要原因是實驗平衡時間不夠。我們給出了可靠的相平衡數據，研究結果獲的世界同行的認可，發表在Chemical Engineering Sciences上。（6）基於上述（1）的研究結果，我們開發出了在高溫下加晶種，誘導無水硫酸鈣固體的生成，從而降低溶液中鈣含量的方法。該方法可廣泛套用於無機鹽產品提純和避免硫酸鈣管道結晶。例如，我們僅用一次結晶，即可生產出鈣含量在0.005%一下的結晶硫酸銅產品。 部分研究結果已發表在Ind. Eng. Chem. Res. (2篇)、J. Chem. Eng. Data (2篇)、Chem. Eng. Sci. (1篇)等雜誌上，還有一些成果待發表。
