硅酸鈣濾料析堿機(jī)理及過(guò)程控制方法研究.pdf

1、具有多孔結(jié)構(gòu)的硅酸鈣材料（如水化硅酸鈣、硬硅鈣石、雪硅鈣石、托勃莫來(lái)石等）通過(guò)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(jìn)高品質(zhì)磷回收。由前期研究成果微孔硅酸鈣除磷機(jī)理的研究表明，其除磷關(guān)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(jī)理等方面的研究。本研究目標(biāo)重點(diǎn)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(jī)理，闡明濾料內(nèi)部堿性氛圍的形成機(jī)理和作用，

2、并探索濾料鈣離子和氫氧根離子溶出過(guò)程的控制方法。
　　通過(guò)以上內(nèi)容的研究，得到如下結(jié)論：
　　以 CaO和SiO2為原材料，通過(guò)添加粘結(jié)劑（水泥）和成孔劑（鋁粉），經(jīng)反應(yīng)釜高溫蒸汽養(yǎng)護(hù)制備出多孔硅酸鈣濾料。通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)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(zhì)量百分比），鋁粉添加量為0.8％，恒溫溫度為180℃，恒溫時(shí)間為4 h。同時(shí)，試驗(yàn)結(jié)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(guān)性。
　　采取水介質(zhì)下的靜態(tài)浸出試驗(yàn)，考察粒徑、振速、溫度、投加量四個(gè)因素對(duì)最優(yōu)條件制備的硅酸鈣濾料供堿釋鈣性能的影響。結(jié)果表明：粒徑對(duì)濾料供堿釋鈣量的影響大于對(duì)其堿和鈣溶出速率的影響，振速對(duì)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(zhǎng)幅度越小。
　　采取水介質(zhì)下的動(dòng)態(tài)浸出試驗(yàn)，考察流動(dòng)方式、堆積量等因素對(duì)最優(yōu)條件制備的硅酸鈣濾料供堿釋鈣性能的影響。結(jié)果表明

4、：濾料供堿釋鈣由初始快速釋放過(guò)渡到均勻釋放，間歇進(jìn)水時(shí)，進(jìn)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(shí)16天，日平均降幅0.05pH單位，同時(shí)，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(jìn)水時(shí)的一半，并且，持續(xù)進(jìn)水時(shí)的溶出規(guī)律與其堆積量減半時(shí)基本一致。
　　根據(jù)靜態(tài)投加量試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合 Ca(OH)2電離化學(xué)方程式和離子強(qiáng)度、離子活度等公式

5、，將Ca2+濃度換算成的pH值與實(shí)測(cè)pH值進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)兩者基本吻合，進(jìn)而驗(yàn)證了使硅酸鈣濾料供堿和釋鈣兩者具有顯著正相關(guān)性的原因是濾料析出的Ca(OH)2。
　　硅酸鈣濾料鈣溶出動(dòng)力學(xué)行為符合一級(jí)擴(kuò)散方程和 Elovich方程，說(shuō)明濾料鈣溶出過(guò)程符合慢反應(yīng)擴(kuò)散機(jī)制，其釋放速率不僅由顆粒內(nèi)擴(kuò)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(duì)浸出前、后濾料的表征結(jié)果，分析得出濾料析堿過(guò)程包括產(chǎn)堿過(guò)程和析出過(guò)