纯碱工业所用卤水中含有相当量的硫酸根离子,用于制碱之前必须除去,纯碱工业称该过程为脱硝。广东南方碱业股份有限公司由于卤水来源发生变化,硫酸根浓度较低,采用传统的低温冷冻脱硝工艺能耗成本高。为此,公司在开发钙法脱硝工艺,采用蒸氨废液中的钙离子来脱除卤水中的硫酸根,该方法不仅不需外购脱硝剂,而且回收了废液中的盐,减少了废液的排放;另外,钙法脱硝工艺简单,设备投资少,能源消耗低,有利于节能减排。但目前该工艺开发过程中存在的问题是:硫酸钙悬浮于体系中难以沉降,生产过程太长,严重影响生产;副产物盐石膏难以直接使用,产生固体废物。本论文基于企业存在的问题,采用廉价易得的丙烯酰胺作为絮凝剂,对其工艺参数进行优化,保证硫酸根离子去除效果的同时,使硫酸钙粒子快速沉降;此外,对二水石膏(DH)备α-半水石膏(α-HH)的工艺进行研究,为副产物盐石膏的综合利用提供依据。本论文主要研究内容及结论如下:(1)采用聚丙烯酰胺作为絮凝剂,对钙法脱硝过程中硫酸根的去除效果及产物的助沉效果进行评价,并对小试结果进行了工业实际应用。研究结果表明,钙法脱硝过程中,采用聚丙烯酰胺处理,可保证卤水中硫酸根的浓度均在3 g/L以下,满足工业生产要求;最佳的工艺条件为:采用分子量为1200万的阴离子型聚丙烯酰胺,用量为20 mg/L,在50-60℃、pH=4-8条件下搅拌30 min,能得到最好的助沉效果。产物硫酸钙晶体是二水硫酸钙,主要呈块状、棒状结构,聚丙烯酰胺絮凝剂的加入有利于改善晶体的形貌并能提高产物的结晶度。实验室研究结果已经用于南碱实际的钙法脱硝流程中,其设计卤水处理规模为30 m3/h,连续运行几个月,取得了较好的效果,能满足实际生产要求。(2)采用常压盐溶液法制备了α-HH,以DH为原料,考察了反应条件及转晶剂对反应进程和产物的影响。结果发现,CaCl2和NaCl能够促进DH转化成α-HH,且溶液浓度越高,转化速率越快;以10%CaCl2、5%的NaCl混盐溶液为反应介质,反应5 h后,DH的转率达95.52%,产物为纤维状的α-HH,晶体平均长度为149.22μm,平均直径为9.07μm,长径比约16.45。pH值对晶体的形貌没有明显影响。转晶剂的加入会在不同程度上影响反应进程或改变产物形貌,明矾不改变晶体的整体形貌但会使晶体尺寸有所减小;丁二酸、EDTA能使α-HH从纤维状变成短柱状;柠檬酸、PAM达到一定添加量时会严重抑制DH向α-HH的转化过程,分析其原因发现有机酸、PAM等会吸附在硫酸钙晶体表面,改变原子在晶面上的叠合速率,降低晶体的生长速率,从而影响反应进程,改变产物形貌。(3)采用微波/超声法制备了α-HH,由于超声波振动的空化作用和微波的高能作用,与常规加热和搅拌相比,DH在较低的沸点时能够转化为α-HH,脱水反应速率更快,10 min升温至105℃,恒温反应时间3 h,DH转化率达97.06%。(4)以钙法脱硝副产物盐石膏为原料、蒸氨废液为反应介质制备α-HH,结果表明,盐石膏和天然石膏一样,可以通过常压盐溶液法脱水转化成α-HH。当浆料浓度为10%和15%的时候,反应5 h,盐石膏基本可完全转化成α-HH,产物中α-HH的比例都在98%以上。所得产物主要是粗大的六棱柱状α-HH晶体,表面平整光滑,结晶度高。15%的浆料浓度下反应5 h时所得的产物α-HH晶体的尺寸最大,结晶度更好,为了获得较高的产物质量及生产效率,推荐采用15%的浆料浓度,反应5 h。该研究为钙法脱硝副产物盐石膏的综合利用提供了实验依据。