硫酸钙在盐水中的溶解度及溶度积实验研究

颜亚盟，张 仂

(中盐工程技术研究院有限公司 天津300450)

硫酸钙在盐水中的溶解度及溶度积实验研究

颜亚盟，张 仂

(中盐工程技术研究院有限公司 天津300450)

测定了硫酸钙在不同温度和不同浓度盐水溶液中的溶解度，并分析了盐水溶液中各离子对钙离子的溶解浓度的影响及盐水浓度、温度对硫酸钙溶解度及溶度积的影响。结果表明：钙离子的溶解浓度随溶液中氯离子、镁离子、钾离子浓度的增加先增加后降低，随硫酸根浓度的增加先减小后增加；硫酸钙的溶解度随氯化钠浓度的增加先增加，中间出现一个极大值后再降低；在盐水浓度为 25%时，硫酸钙的溶解度随温度升高，在 70,℃时达到最高，而后降低；硫酸钙的溶度积随盐水浓度的增加先升高再降低。

硫酸钙 盐水 溶解度 溶度积

0 引 言

制盐行业生产的原料卤水中除含有较高浓度的NaCl外，还含有少量的 Ca2+、SO42-等杂质离子[1]，其中钙离子在蒸发浓缩制盐过程中会形成 CaSO4等难溶物，在卤水输送、预热、蒸发过程中形成的硫酸钙在输送管路和蒸发罐加热管壁上结垢，影响蒸发传热效果。由于设备结垢，使得在生产过程中需要周期性的用水或酸清洗加热管道和蒸发装置，消耗过多的蒸汽等能源，造成能源的浪费和有效生产运行时间的减少。相关学者对硫酸钙在不同体系中的溶解度进行了大量研究。[2-6]本文着重以制盐行业生产的精制盐为原料，研究硫酸钙在盐水中的溶解度，对预防蒸发制盐过程中和设备中硫酸钙结垢具有重要参考价值。

1 实验部分

1.1 实验药品与仪器

精制盐，中盐东兴盐化股份有限公司，99.3%；硫酸钙，分析纯，维科特(天津)化工产品贸易有限公司；DJ1C增力电动搅拌器，天津市华兴科学仪器厂；DK-98-1型电热恒温水浴锅，天津市泰斯特仪器有限公司；DT500A电子天平，中国江苏长熟长青仪器仪表有限公司；滴定装置等。

1.2 实验方法

首先配制不同浓度的氯化钠溶液，然后向其中加入足量的硫酸钙，并置于恒温水浴锅中。分别设定不同的水浴温度，保温搅拌 4～5,h，使硫酸钙在溶液中达到溶解平衡。然后在该温度下保温静置 1,h左右，用移液管吸取上层澄清的溶液定容在容量瓶中，分析测定其成分。

2 结果与讨论

2.1 盐水溶液中各离子对钙离子的溶解浓度影响

分别配制 5%至＜30%范围内的盐水溶液，测定硫酸钙在 25,℃、40,℃、80,℃下的溶解度，对最终达平衡的溶液做成分分析，实验结果见表 1。由表 1数据分析得到盐水溶液中各离子对钙离子的溶解浓度影响见图1。

表1 溶解平衡的盐水溶液中各离子成分Tab.1 Ion compositions of brine after dissolution equilibrium

图1 盐水溶液中各离子对钙离子的溶解浓度影响Fig.1 The effect of ion compositions on solubility of the calcium ion

由图1可以看出，在盐水体系中钙离子的溶解浓度随溶液中氯离子、镁离子、钾离子浓度的增加先增加后降低，在不同温度下都有一个极大值。而随溶液中硫酸根离子浓度的增加先减小后增加，有一个极小值。这说明盐水体系中氯离子、镁离子、钾离子对钙离子的溶解浓度有增溶作用，在低浓度范围内，随各离子浓度的增加，增溶作用增大，超过一定浓度后，增溶作用减小。而硫酸根离子对钙离子的溶解浓度影响与之相反。

2.2 盐水溶液中氯化钠浓度对硫酸钙溶解度的影响

将最终达平衡的溶液中的各离子成分折合成化合物，其实验结果见表 2。其中盐水溶液中氯化钠浓度对硫酸钙溶解度的影响见图2。

表2 溶解平衡溶液的化合物成分Tab.2 The composition of compounds in brine after dissolution equilibrium

图2 氯化钠的浓度对硫酸钙溶解度的影响Fig.2 The effect of sodium chloride concentration onthe solubility of calcium sulfate

由图 2可以看出，在不同的温度下，硫酸钙的溶解度随氯化钠浓度的增加先增加，中间出现一个极大值后再降低。在不同温度下，硫酸钙溶解度的极大值数值基本相同，大概都为 7.10,g/L左右。只是出现极大值的氯化钠浓度范围有所不同。在温度为 25,℃时，硫酸钙的溶解度出现极大值的氯化钠浓度为105.75～163.83,g/L范围内。温度为 40,℃时，硫酸钙的溶解度出现极大值的氯化钠浓度为 163.64,g/L。温度为 80,℃时，硫酸钙的溶解度出现极大值的氯化钠浓度为 224.38,g/L。参考有关文献[6]，在盐水溶液中，随氯化钠浓度的增大，离子强度逐渐增加，而硫酸钙的活性系数会经历一个减小，出现极小值再增大的过程，因此硫酸钙在盐水中的溶解度会随着氯化钠浓度的增加先增加，出现极大值后再降低。

2.3 温度对硫酸钙溶解度的影响

实验中测定了硫酸钙在 25,℃、40,℃、50,℃、60,℃、70,℃、80,℃、90,℃下 25%盐水中的溶解度。温度对硫酸钙溶解度影响的关系曲线见图3。

由图 3可以看出，随温度的升高，硫酸钙的溶解度先缓慢地增加，在 70,℃时达到最高，为 6.08,g/L，而后降低。

图3 温度对硫酸钙溶解度的影响Fig.3 The effect of temperature on the solubility of calcium sulfate

2.4 温度和盐水浓度对硫酸钙溶度积的影响

由不同温度和不同盐水浓度下的溶解平衡的盐水溶液中钙离子浓度和硫酸根离子浓度折算成硫酸钙的溶度积[以(mmol/L)2表示]数据见表 3。其中盐水浓度对硫酸钙溶度积影响的关系曲线见图 4，在25%盐水浓度下，温度对硫酸钙溶度积影响的关系曲线见图5。

表3 不同温度和盐水浓度下的硫酸钙的溶度积Tab.3 Solubility products of calcium sulfate under sodium chloride with different temperatures and concentrations

图4 盐水浓度对硫酸钙溶度积的影响Fig.4 The effect of sodium chloride concentrationon the solubility product of calcium sulfate

图5 温度对硫酸钙溶度积的影响Fig.5 The effect of temperature on the solubility product of calcium sulfate

由表 3可以看出，在温度为 25～90,℃，盐水浓度为 5%至＜30%范围内，硫酸钙的溶度积数值范围为 1,461～2,898 (mmol/L)2。由图 4可以看出，硫酸钙的溶度积随盐水浓度的增加先升高再降低，有一个极大值。由图 5可以看出，在 25%盐水中，温度在25～90,℃时硫酸钙的溶度积有些差别，呈波浪形变化，数值范围在1,461～2,068 (mmol/L)2。

4 结 论

钙离子的溶解浓度随溶液中氯离子、镁离子、钾离子浓度的增加先增加后降低，随硫酸根浓度的增加先减小后增加。

硫酸钙的溶解度随氯化钠浓度的增加先增加，中间出现一个极大值后再降低。极大值数值基本相同，为 7.10,g/L左右。在不同温度下，出现极大值的氯化钠浓度范围有所不同。

在盐水浓度为25%时，硫酸钙的溶解度随温度的升高，先缓慢地增加，在 70,℃时达到最高，为6.08,g/L，而后降低。

硫酸钙的溶度积随盐水浓度的增加先升高再降低，有一个极大值。在 25%盐水中，温度为 25～90,℃时硫酸钙的溶度积数值范围在1,461～2,068(mmol/L)2。

［1］唐娜，赵彪，任成龙，等. 添加剂对石膏型卤水体系硫酸钙结晶动力学影响研究[J]. 盐业与化工，2011，40(2)：15-18.

［2］田萍，宁朋歌，曹宏斌，等. 二水硫酸钙在铵盐溶液中溶解度测定及热力学计算[J]. 过程工程学报，2012，12(4)：625-630.

［3］袁存光，唐仕明，于剑峰，等. 江苏油田卤水输送管道中硫酸钙结垢趋势预测[J]. 中国石油大学学报，2011，35(4)：154-156.

［4］陈魁，向兰. 硫酸钙溶解行为初探[J]. 盐业与化工，2006，35(2)：1-3.

［5］尹忠，赵晓东. 硫酸钙在盐酸和氯化钠水溶液中的溶解度[J]. 油田化学，1994，11(4)：345-347.

［6］曹宗仑，陈进富，刘亚，等. 油田采出水中成垢物质CaSO4·2,H2O、CaCO3的溶解度[J]. 石油与天然气化工，2006，35(6)：473-476.

Solubility and Solubility Product of Calcium Sulfate in Brine

YAN Yameng，ZHANG Le
(Engineering Technology Institute Co.，LTD. of CNSIC，Tianjin 300450，China)

The solubility of calcium sulfate in brines with different concentrations and temperatures was studied. The effects of different ions in brine on concentration of calcium ion and the effects of brine concentration and temperatures on the solubility and solubility product of calcium sulfate were analyzed. Experimental results indicated that the solubility of calcium ion first increased and then decreased along with the increasing of the concentration of chloride ion，magnesium ion，and potassium ion；first decreased and then increased along with the increasing of the concentration of sulfate ion. The solubility of calcium sulfate first increased，after reaching a maximum value and then decreased along with the increasing of the concentration of sodium chloride. In the 25% brine，the solubility of calcium sulfate first increased slowly and then decreased along with the increasing of temperature. Under 70,℃，the solubility of calcium sulfate reached the highest level and then decreased. The solubility product of calcium sulfate increased first and then decreased with the increasing of the concentration of brine.

calcium sulfate；brine；solubility；solubility product

TQ95

A

1006-8945(2014)10-0013-05

天津市科技兴海专项(KJXH2012-02)。

2014-09-10