硅酸鈣濾料析堿機理及過程控制方法研究.pdf

1、具有多孔結構的硅酸鈣材料（如水化硅酸鈣、硬硅鈣石、雪硅鈣石、托勃莫來石等）通過釋放鈣離子和氫氧根離子，吸附溶液中磷酸鹽，并可以形成有利于羥基磷酸鈣生成的微環(huán)境，促進高品質磷回收。由前期研究成果微孔硅酸鈣除磷機理的研究表明，其除磷關鍵在于硅酸鈣自身供堿釋鈣性能，然而已有的研究并未涉及材料保持堿性氛圍和提供鈣離子的機理等方面的研究。本研究目標重點即為制備新型硅酸鈣濾料，掌握硅酸鈣濾料析堿特性和析堿機理，闡明濾料內部堿性氛圍的形成機理和作用，

2、并探索濾料鈣離子和氫氧根離子溶出過程的控制方法。
　　通過以上內容的研究，得到如下結論：
　　以 CaO和SiO2為原材料，通過添加粘結劑（水泥）和成孔劑（鋁粉），經(jīng)反應釜高溫蒸汽養(yǎng)護制備出多孔硅酸鈣濾料。通過單因素實驗考察濾料供堿釋鈣量和持久性確定制備硅酸鈣濾料的最佳制備條件：鈣硅比（摩爾比）為3:4，水料比為0.6（質量百分比），鋁粉添加量為0.8％，恒溫溫度為180℃，恒溫時間為4 h。同時，試驗結果顯示，不同條件下制

3、備的硅酸鈣濾料的浸出液pH值與Ca2+溶出濃度的正相關性。
　　采取水介質下的靜態(tài)浸出試驗，考察粒徑、振速、溫度、投加量四個因素對最優(yōu)條件制備的硅酸鈣濾料供堿釋鈣性能的影響。結果表明：粒徑對濾料供堿釋鈣量的影響大于對其堿和鈣溶出速率的影響，振速對兩者均有影響，溫度的影響作用不明顯，投加量越多，溶出量增長幅度越小。
　　采取水介質下的動態(tài)浸出試驗，考察流動方式、堆積量等因素對最優(yōu)條件制備的硅酸鈣濾料供堿釋鈣性能的影響。結果表明

4、：濾料供堿釋鈣由初始快速釋放過渡到均勻釋放，間歇進水時，進入均勻釋放階段，濾料溶出pH值由11下降到10.22，降幅0.8pH單位，歷時16天，日平均降幅0.05pH單位，同時，Ca2+濃度由44 mg/L降至14 mg/L，日平均下降不到1.88 mg/L，所得降幅值約為持續(xù)進水時的一半，并且，持續(xù)進水時的溶出規(guī)律與其堆積量減半時基本一致。
　　根據(jù)靜態(tài)投加量試驗結果，結合 Ca(OH)2電離化學方程式和離子強度、離子活度等公式

5、，將Ca2+濃度換算成的pH值與實測pH值進行比較，發(fā)現(xiàn)兩者基本吻合，進而驗證了使硅酸鈣濾料供堿和釋鈣兩者具有顯著正相關性的原因是濾料析出的Ca(OH)2。
　　硅酸鈣濾料鈣溶出動力學行為符合一級擴散方程和 Elovich方程，說明濾料鈣溶出過程符合慢反應擴散機制，其釋放速率不僅由顆粒內擴散控制還包括其他影響因素控制，再加上掃描電鏡，X射線能譜儀（EDS）、XRD對浸出前、后濾料的表征結果，分析得出濾料析堿過程包括產(chǎn)堿過程和析出過