坤酸鹽固溶體溶解度與穩(wěn)定性研究.pdf

1、利用無機(jī)砷化物的難溶性除砷是對化工生產(chǎn)廢水進(jìn)行處理去砷的基礎(chǔ)。同時(shí),這些難溶產(chǎn)物通常也是最終的處置物,所以它們在環(huán)境中的穩(wěn)定性就顯得尤為重要。但是,這些難溶砷酸鹽化合物均含有雜質(zhì),通常都以固溶體的形式存在。由于AsO43-與PO43-性質(zhì)非常相近,所以常形成各種類型的砷酸鹽—磷酸鹽固溶體系列化合物。因此,要了解砷在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化以及含砷廢物在環(huán)境中的穩(wěn)定性,就必須在研究簡單砷酸鹽化合物穩(wěn)定性與溶解度的基礎(chǔ)上,對砷酸鹽固溶體在水中的溶解

2、作用進(jìn)行研究,同時(shí)確定其溶解度和穩(wěn)定性。本文是在國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“砷酸鹽固溶體的溶解作用及其環(huán)境效應(yīng)”(40773059/D0309)研究的基礎(chǔ)上完成的。
　　 論文通過沉淀與溶解兩個(gè)方面的試驗(yàn),詳細(xì)研究了固溶體Ca5(AsxP1-xO4)3F和Ca5(AsxP1-xO4)3OH在不同條件下的溶解度與穩(wěn)定性,并運(yùn)用PHREEQC程序進(jìn)行模擬計(jì)算和熱力學(xué)分析,計(jì)算了固溶體溶度積(Ksp)和生成的自由能(△Gf°)。主要研究結(jié)論

3、如下:
　　 ①通過沉淀試驗(yàn)生成磷灰石、砷灰石、Ca5(AsxP1-xO4)3F和Ca5(AsxP1-xO4)3OH固溶體系列粉末,采用SEM、X-ray衍射和紅外分析了溶解前后的晶形、結(jié)構(gòu)及化學(xué)成分。結(jié)果表明,磷灰石、砷灰石、Ca5(AsxP1-xO4)3F和Ca5(AsxP1-xO4)3OH固溶體成分穩(wěn)定,在溶解前后晶形、結(jié)構(gòu)及化學(xué)成分均未發(fā)生變化。;
　　 ②研究了磷灰石和砷灰石在不同溫度和Ph條件下的溶解情況,并

4、將兩者的溶解過程進(jìn)行了對比。使用離子色譜儀和原子吸收光譜儀分析溶液中磷酸根、氟離子以及鈣和砷的濃度變化。試驗(yàn)結(jié)果表明,砷灰石溶解過程受溫度影響較大,在相同的Ph條件下,其大小關(guān)系為25℃＞35℃＞45℃,而在相同溫度條件下,Ph=2時(shí)的Ksp大于其他Ph條件下的Ksp°磷灰石在水中的溶解過程復(fù)雜,固相、液相相互作用過程的演變有待進(jìn)一步研究:
　　 ③研究了固溶體中P:As摩爾比和不同條件對溶解度和穩(wěn)定性影響。結(jié)果表明固溶體的溶解

5、過程受Ph的影響很大,特別是在酸性條件下,水溶液中的各離子濃度要比在中性或堿性條件下的濃度的10倍,因此,在處置砷灰石—磷灰石固溶體這種危險(xiǎn)固體廢棄物時(shí),應(yīng)嚴(yán)格控制好Ph值,過高或過低都會(huì)使它在水環(huán)境中的溶解度升高;
　　 ④借助PHREEQC程序,根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算得出磷灰石、砷灰石和固溶體的Ksp和△Gf°。計(jì)算得出在標(biāo)準(zhǔn)條件下,氟磷灰石的Ksp為10-54.92,羥磷灰石為10-5321;氟砷灰石為10-39.39,羥砷灰石

6、為10-40.86。在這基礎(chǔ)上,計(jì)算得出ΔGf°[Ca5(PO4)3F(c)]=-6434.03kJ/mol,△Gf°[Cas(AsO4)3F(c)]=-5302.65kJ/mol,△Gf°[ca5(PO4)3(OH)(c)]=-6327.87 kJ/mol,△Gf[Ca5(AsO4)3(OH)(c)]=-5063.53kJ/mol。Cas(AsxP1-Xo4)3F和Cas(AsxP1-xO4)3OH的Ksp和△Gf°均隨著P:As比值