赤峰市电厂烟气脱硫石膏品质的研究及成分测定

赵丽敏 马天龙 刘立华

摘要：本论文首先选取来自赤峰市不同产地的脱硫石膏，分别对其进行滴定分析和热分析研究，从成分、结构、热解特性等角度探究其脱硫石膏的品质.通过滴定分析结果表明，赤峰市大板电厂脱硫石膏中的钙含量略高.通过热分析数据表明，石膏从80℃开始失重，说明在此温度下石膏就开始失去结晶水，但失水过程较为缓慢，锻烧温度为140-250℃时，石膏在10min内即完成失去结晶水的过程，但晶型结构没有发生改变.在300-350℃锻烧条件下，TA曲线开始出现放热反应峰，说明此时石膏不但快速失去结晶水，晶型也发生了变化.继续升高温度，石膏失重规律基本不再发生变化.

关键词：脱硫石膏;品质;滴定分析;热分析;煅烧温度;失水

中图分类号：X701.3  文献标识码：A  文章編号：1673-260X（2019）04-0001-03

1 前言

随着国家对燃煤发电机组提出二氧化硫超低排放35mg/m3限值的要求，煤电机组配套脱硫装置将快速增长，脱硫石膏的年产量将会达到一亿吨以上.由于其品质较低，尤其是其中的氯离子等杂质含量普遍超标，严重影响了脱硫石膏制品的脱水性能、强度耐水性能及纸面石膏板的纸板粘接性能等，这在很大程度上限制了脱硫石膏的应用范围[1].目前脱硫石膏主要用作水泥中的缓凝剂，如果不能对脱硫石膏进行有效的处理与应用，会造成脱硫石膏的大量堆放，这不仅是对资源的浪费，在其堆放过程中还会对环境造成二次污染.据调查所知，大板电厂的几百亩的填埋场即将填满，正在筹划建设新的填埋场.利用脱硫石膏生产石膏板属于节能利废，不仅可以扩展应用范围，还能提高其应用价值，更是对解决我国日益严重的环境问题的一个重要贡献.

本文通过选取内蒙古赤峰市大板和平庄燃煤机组电厂产生的脱硫石膏品质进行分析，研究影响脱硫石膏品质的因素.利用赤峰市电厂烟气脱硫后产生的废石膏，生产高强度的α-半水石膏，变废为宝，从而提高赤峰市周边地区电厂的综合效益.一方面解决了烟气脱硫石膏的二次污染问题，另外也提高了电厂烟气脱硫石膏资源化利用的可行性[2]，这对加速循环经济发展，建设资源节约型的社会具有及其重要的意义[3].

2 实验药品与仪器

2.1 实验药品

2.2 实验仪器

3 实验方法

3.1 烟气脱硫石膏中钙含量的测定

3.1.1 EDTA标准溶液的配制与标定

3.1.1.1 EDTA标准溶液的配制

乙二胺四乙酸二钠盐简称为EDTA，室温下100毫升的水中溶解约11克左右，能与大多数的金属离子形成稳定的螯合物（1：1型），所得溶液的pH值约为4.4.首先称取4.1克乙二胺四乙酸二钠，放在500毫升的烧杯中，先加180毫升水，将烧杯放置在集热式磁力搅拌器上，边加热边搅拌加速其溶解，最后加水稀释到500毫升摇匀备用.

3.1.1.2 EDTA标准溶液的标定

首先取5克左右的固体碳酸钙，置于电热鼓风干燥箱中，控温120℃干燥12小时冷却至室温后备用.用电子天平准确称取0.5321克烘干后的固体碳酸钙，置于250毫升的烧杯中，滴加1：1的盐酸5毫升使其缓慢溶解，再加水稀释，并转移到250毫升的容量瓶中，加水稀释定容至刻线后，摇匀并计算出碳酸钙溶液的准确浓度备用[4].

C（CaCO3）=0.5321g/（100.09g/mol×0.25L）=0.02126mol/L

用移液管移取20.00毫升的0.02126mol/L的碳酸钙标准溶液，置于250毫升的锥形瓶中，先用量筒量取5毫升的40g/L氢氧化钠溶液加到锥形瓶中，再加入少量的钙指示剂，摇匀后用1.1.1中配制的EDTA溶液滴定.当锥形瓶中溶液由酒红色恰好变为纯蓝色时，确定为滴定终点.平行做五份体积见表3，计算得出所配制的EDTA溶液的浓度.

CEDTA=0.02126mol/L×0.020L/0.00947L=0.04490mol/L

3.1.2 赤峰市大板燃煤机组电厂产生的脱硫石膏中钙含量的滴定分析

用电子天平准确称取0.1889克赤峰市大板燃煤机组电厂产生的固体脱硫石膏，置于250毫升的锥形瓶中，滴加5毫升Ph=10的氨性缓冲溶液，再加入3至4滴铬黑T，摇匀后用已知准确浓度的EDTA溶液滴定.当锥形瓶中溶液由酒红色恰好变为纯蓝色时，确定为滴定终点，记录此时消耗的EDTA溶液的体积，平行做五份体积见表4，计算得出赤峰市大板燃煤机组电厂产生的固体脱硫石膏的浓度[5].

CCa2+=0.04490mol/L×0.00181L/0.020L=0.004063mol/L

3.1.3 赤峰市元宝山燃煤机组电厂产生的脱硫石膏中钙含量的滴定分析

用电子天平准确称取0.1889克赤峰市元宝山燃煤机组电厂产生的固体脱硫石膏，置于250毫升的锥形瓶中，滴加5毫升Ph=10的氨性缓冲溶液，再加入3至4滴铬黑T，摇匀后用已知准确浓度的EDTA溶液滴定.当锥形瓶中溶液由酒红色恰好变为纯蓝色时，确定为滴定终点，记录此时消耗的EDTA溶液的体积，平行做五份体积见表4，计算得出赤峰市元宝山燃煤机组电厂产生的固体脱硫石膏的浓度.

CCa2+=0.04490mol/L×0.00175L/0.020L=0.003933mol/L

3.2 热分析法探究半水石膏的制备条件

热分析法是研究物质在加热或冷却过程中，发生的某些物理或化学变化的一项研究技术[6].包含多种分析方法，其中包含热重分析（TG）和差热分析（TA）.热重分析是研究物质的质量与温度之间变化关系的分析方法，可得到物质的热稳定性及其组分.差热曲线直接提供的信息主要有峰的位置、峰的面积、峰的形状和个数，峰的位置是由导致热效应变化的温度和热效应种类（吸热或放热）决定的.热重分析（TG）和差热分析（TA）两种热分析方法适宜用于探究石膏的热解性质，通过对石膏进行热重和差热分析，可揭示石膏在煅烧过程中是否部分或完全失水以及是否有吸热、放热反应，是否会发生晶型的改变[7]等.

3.2.1 赤峰市大板燃煤机组电厂产生的脱硫石膏的热重分析和差热分析

取赤峰市大板燃煤机组电厂产生的脱硫石膏8.809mg进行差热分析和热重分析见图1和2.

3.2.2 赤峰市元宝山燃煤机组电厂产生的脱硫石膏的热重分析和差热分析

取赤峰市元宝山燃煤机组电厂产生的脱硫石膏9.912mg进行差热分析和热重分析见下图3和4.

由上图可以看出两个产地石膏的热重曲线和差热曲线的趋势基本相同.根据热重曲线变化规律可知，脱硫石膏的失重过程分为三个阶段：30～80℃，石膏重量基本不发生变化;80℃～200℃热重曲线迅速下降，说明脱硫石膏样品明显失重;200℃以后，随着温度升高热重曲线趋于平缓，脱硫石膏样品不再有明显的失重.由DTG曲线可知，在80℃～200℃之间有两个向下的峰，说明脱硫石膏在快速失重阶段可分为两个过程.石膏从80℃～140℃经计算失重率达到约14.9%，相当每分子石膏失去1.5个结晶水，生成半水石膏：从140℃～200℃，石膏继续失重约5.8%，相当于每分子石膏又失去0.5个结晶水，生成脱水半水石膏，此时脱硫石膏完成了两个结晶水的失去.由TA曲线可知，在180℃左右，有个向下的峰，说明在此温度下存在吸热反应，石膏在此溫度范围内失去结晶水并伴随着吸热反应.此外，TA曲线在350℃时有一个放热反应峰，可是由于石膏的晶型发生改变生成可溶性硬石膏所致.

4 结论

本文通过选取来自赤峰市不同产地的烟气脱硫石膏，首先通过滴定分析可知，赤峰市大板电厂脱硫石膏中的钙含量略高.此外，我们又对来自赤峰市两个产地的脱硫石膏进行了热重分析和差热分析，都是从80℃开始失重，说明在此温度下脱硫石膏就开始失去结晶水，在80℃～200℃热重曲线迅速下降，说明脱硫石膏样品明显失重;200℃以后，随着温度升高热重曲线趋于平缓，脱硫石膏样品不再有明显的失重.通过比较可知，两个产地脱硫石膏的热重曲线和差热曲线的走向基本相似，说明两地脱硫石膏的内部结构及组成是基本相似的.

参考文献：

〔1〕陈胜利.烟气脱硫石膏资源化利用途径的探讨[J].砖瓦，2010（5）：62-64.

〔2〕王俊.火力发电厂石灰石-石膏湿法脱硫系统优化运行研究[D].北京：北京交通大学，2010.

〔3〕汪潇，金彪，杨留栓.硫酸钙晶须增强石膏板的研究[J].硅酸盐报，2015，34（8）：2134-2138.

〔4〕朱哲誉，吴其胜，汤进，等.酚醛树脂改性脱硫石膏的力学性能[J].材料科学与工程学报，2016（01）：119-122.

〔5〕林栋，邹其，邓最亮，等.聚羧酸减水剂在脱硫石膏中的应用性能优势[J].新型料，2013（10）：25-28.

〔6〕李亭颖.防水保温轻质高强石膏板制备技术[D].浙江大学，2013.

〔7〕吴其胜.聚丙烯酰胺乳液对脱硫建筑石膏性能影响[J].材料科学与工程学报，2012（04）：571-575.