超聲和磁場(chǎng)作用下砷酸鈉結(jié)晶熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、中國(guó)銻資源世界第一,銻冶煉產(chǎn)生的砷堿渣也占絕對(duì)數(shù)量。目前,我國(guó)砷堿渣的堆存總量已達(dá)到20多萬(wàn)噸,且每年還有800噸~1000噸左右的增加量。砷堿渣中砷含量10％~15%,污染物主要以可溶的砷酸鈉的形式存在。國(guó)內(nèi)已發(fā)生多起因貯存不當(dāng)泄漏而造成中毒的事件。砷堿渣若處理不當(dāng),將對(duì)環(huán)境和人類生命安全造成嚴(yán)重威脅。目前,化工技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)砷堿渣有害物質(zhì)的分離,傳統(tǒng)焙燒、掩埋等處理方式會(huì)造成更嚴(yán)重的二次污染。處置砷堿渣的關(guān)鍵技術(shù)之一是采用合適結(jié)晶方式

2、把砷酸鈉從其復(fù)合鹽中有效分離出來(lái)?，F(xiàn)有常規(guī)的砷酸鈉蒸發(fā)-冷卻結(jié)晶工藝是一種已應(yīng)用的處理分離砷酸鈉的技術(shù),但是砷酸鈉的熱物理特性與廢渣中其它物質(zhì)極為相近,高效分離砷酸鈉面臨極大的挑戰(zhàn)。由于砷酸鈉及其復(fù)合鹽的介穩(wěn)區(qū)寬度、結(jié)晶誘導(dǎo)期等熱物性數(shù)據(jù)缺乏、結(jié)晶過程成核和生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)不清楚,導(dǎo)致結(jié)晶工藝過程難以控制,難以實(shí)現(xiàn)砷堿渣中復(fù)合鹽主要成份砷酸鈉、碳酸鈉等的徹底分離。目前國(guó)內(nèi)外未見砷酸鈉相關(guān)熱力學(xué)參數(shù)測(cè)定的權(quán)威報(bào)道,涉及砷酸鈉結(jié)晶的理論研究也很少

3、。因此,深入掌握砷酸鈉的相關(guān)熱物性,研究砷酸鈉結(jié)晶的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)機(jī)制,綜合各種有效分離技術(shù),就能從根本上實(shí)現(xiàn)砷酸鈉的高效分離,提高資源利用率,有著重要現(xiàn)實(shí)意義和科學(xué)意義。
　　本文首先研究了重力場(chǎng)作用下砷酸鈉的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué),利用靜態(tài)法研究了283.15~353.15K條件下砷酸鈉在純水中的溶解度曲線,并用Apelblat經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行擬合,得到溶解度計(jì)算公式。依據(jù)溶解度數(shù)據(jù)采用冷激光技術(shù)對(duì)超溶解度、介穩(wěn)區(qū)、誘導(dǎo)期、表面張力等熱力

4、學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量分析;在恒溫雙層夾套玻璃結(jié)晶器中研究結(jié)晶動(dòng)力學(xué),測(cè)定了不同過飽和度下砷酸鈉成核和生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)。
　　由于與砷酸鹽復(fù)合在一起的其它鹽類的結(jié)晶條件非常相近,如飽和度、介穩(wěn)寬度、表面張力等熱物性。因此本文在結(jié)晶過程中分別引入超聲和磁場(chǎng),研究了超聲和磁場(chǎng)對(duì)砷酸鈉結(jié)晶過程的影響。研究了超聲對(duì)結(jié)晶過程的影響。采用激光法測(cè)定了超聲作用下砷酸鈉結(jié)晶熱力學(xué)數(shù)據(jù),并研究了砷酸鈉結(jié)晶動(dòng)力學(xué)響。研究發(fā)現(xiàn)在過飽和度為1.3~1.8條件下,結(jié)晶誘

5、導(dǎo)期明顯減小,并且隨著超聲功率的增大誘導(dǎo)期減小更加明顯。超聲對(duì)晶體粒度造成了巨大的影響,超聲的引入可以適當(dāng)避免晶體的聚集和破碎,同時(shí)縮短了晶體的粒度分布范圍。當(dāng)超聲功率從26W增加到130W,砷酸鈉晶體尺寸從398.87±3.27減小到168.68±2.07μm。
　　磁場(chǎng)作為一種新型的輔助手段被用于砷酸鈉冷卻結(jié)晶過程的研究,研究了磁場(chǎng)對(duì)結(jié)晶過程中熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的影響。首先在熱力學(xué)方面研究了磁場(chǎng)對(duì)溶解度、介穩(wěn)區(qū)、誘導(dǎo)期的影響,隨后

6、研究了動(dòng)力學(xué)的影響。在實(shí)驗(yàn)過程中依據(jù)粒數(shù)衡算方程,在恒溫雙層夾套玻璃結(jié)晶器中模擬MSMPR結(jié)晶器,并引入0.5TB磁場(chǎng)作為外加場(chǎng)。實(shí)驗(yàn)得到的晶體采用Mastersizer3000測(cè)定粒度分布,并用分離變量方法求解粒數(shù)密度函數(shù)表達(dá)式。依據(jù)優(yōu)化后的ΔL定律研究砷酸鈉在冷卻結(jié)晶實(shí)驗(yàn)中的結(jié)晶動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù),得到了簡(jiǎn)化后的結(jié)晶動(dòng)力學(xué)方程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明磁場(chǎng)作用下砷酸鈉成核和生長(zhǎng)速率都大大加快,晶體的粒度分布比較均勻。
　　超聲和磁場(chǎng)都改變了砷酸鈉