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硫酸铵是一种重要的化工副产品,广泛应用于肥料、蛋白质提纯等行业。为解决硫酸铵工业结晶产品粒度小、粒度分布不均匀、晶体形态不理想等问题。本文对硫酸铵的冷却结晶过程进行了系统研究,并提出一种新的硫酸铵晶体粒度和形态调控方法。首先对硫酸铵在结晶过程中的热力学性质进行了研究。采用动态法测定了硫酸铵在不同溶剂中的溶解度数据,并运用Apelblat改进方程和多项式方程对硫酸铵溶解度数据进行了拟合。通过范特霍夫方程和Apelblat改进方程,计算得到硫酸铵溶解焓,溶解熵以及吉布斯自由能。结果表明,两种模型都能很好的关联硫酸铵在不同溶剂中的溶解度与温度的关系；在实验范围内硫酸铵的溶解过程是吸热且非自发的。其次,对硫酸铵的介稳区宽度以及成核动力学进行了研究。利用直接法测定了不同温度下硫酸铵在水中的介稳区宽度,并研究了冷却速率、溶液初始组成、搅拌速率、晶种、溶液体积、杂质离子以及pH对介稳区宽度的影响。采用自洽Nyvlt型方程及新3D成核理论方程,计算得到硫酸铵临界成核动力学参数。结果表明,硫酸铵介稳区宽度随溶液初始组成,搅拌速率,晶种质量,pH的增加而降低；随冷却速率,杂质离子含量的提高而变宽；溶液体积则对介稳区宽度没有影响。硫酸铵-水体系的成核级数约为4.5,成核所需活化能约为16.4kJ/mol。在热力学和动力学的研究基础上,对硫酸铵的冷却结晶工艺进行了优化。综合考察了各种操作条件,如溶液的初始组成、冷却方式、搅拌速率、晶种以及间歇时间,对结晶过程的影响,并确定了最佳结晶工艺条件,得到了粒度较大、粒度分布均匀且纯度较高的产品。在已优化的操作条件下,通过添加微米级CaCO3颗粒制备了强度较高的均匀大颗粒(NH4)2SO4晶体,研究了CaCO3对(NH4)2SO4晶体粒度和形态的影响,并且分析了颗粒粒度对最大抗压强度的影响。结果表明,CaCO3颗粒充当了(NH4)2SO4非均相成核的催化剂,减少了(NHO2SO4 (001)晶面方向的生长时间。此外,CaCO3颗粒表面优先占据了(NH4)2SO4(001)晶面的活性生长点位,抑制了(001)晶面方向的生长。