【《红石膏来源及处理方法研究文献综述》3700字】

-7-红石膏来源及处理方法研究文献综述目录TOC\o"1-3"\h\u19928红石膏来源及处理方法概述 198011.1红石膏来源及性质 181191.2综合利用途径 223921.3综合利用存在问题 4287091.4脱色除杂研究 41.1红石膏来源及性质由于物化性质稳定、白度高、不透明性等特性，钛白粉被广泛应用于油墨工业、橡胶制品、造纸纤维工业、电焊条、电瓷以及冶金行业ADDINNE.Ref.{240575AD-7B2C-4EE9-9316-7BEC3ABFF617}[4]。工业上生产钛白粉的方法主要是氯化法和硫酸法，而我国主要采用硫酸法制备钛白粉ADDINNE.Ref.{B5422AFD-C329-4A43-AE96-FE7B8982CAEA}[5]。在这个过程中，会产生大量酸性废水（含2%左右的硫酸），加入石灰或石灰石中和酸性废水，因此产生了副产红石膏，又称为钛石膏，其一般产生过程如图1-1所示ADDINNE.Ref.{9EDA0409-D1A3-4385-BD60-762E115029FC}[6-7]。图1-1某工厂硫酸法生产二氧化钛的工艺示意图ADDINNE.Ref.{D4B2858A-F5DB-4D22-BCB5-AD86A5107ABC}[6]Figure1-1DiagramofthesulphateprocessusedintheHuelvafactoryforTiO2production新鲜红石膏通常含30%~60%的水分，pH值为6~7，基本呈中性ADDINNE.Ref.{37D03BBB-05BC-43A8-80E6-06874ECC0FC7}[8]。红石膏杂质含量高，既含有大量的Fe、Ti等金属杂质，也含有As、Cr等微量有害元素，同时存在Fe(OH)3、Al(OH)3等胶体杂质，导致红石膏粘度大ADDINNE.Ref.{7CAED5C7-58D1-463C-A389-BC939669AD26}[9]。新鲜红石膏为墨绿色，堆放一段时间后逐渐变成红色（Fe2+被空气氧化为Fe3+）ADDINNE.Ref.{ABBF254E-0C34-445C-9978-9DF8AF84A5A0}[8]。据统计，每生产1吨钛白粉会导致5-6吨红石膏产生ADDINNE.Ref.{BA839F5B-4452-4ABD-83EF-A61022F43F6C}[10]。目前我国红石膏年产量已经超过3000万吨ADDINNE.Ref.{8FDE7289-A64C-4D5C-82C9-4713A78EE181}[11]，红石膏几乎没有得到有效利用，其综合利用率仅10%ADDINNE.Ref.{D7ABD2AB-CAF5-428F-81E4-668AAD6EB8F9}[12]。目前主要处置方式为堆放填埋，在堆存过程中，不仅占用大量土地，又造成环境生态危害。一方面，红石膏长时间露天堆放，其中有害金属元素在雨水冲刷作用下溶出，流入地表水、污染地下水或污染农作物；另一方面，红石膏颗粒细小，随风进入空气产生扬尘，造成空气污染，危害人类健康ADDINNE.Ref.{5A6C0D53-B0C4-4741-BE93-80AB52F82146}[13]。此外，红石膏运输存储费用超过60元/吨，对企业造成了较大的经济负担ADDINNE.Ref.{01C82994-397B-4386-A379-011CE86D290A}[7]。红石膏的再利用不仅可以减少对环境和人类健康的危害，还可以减轻企业的巨大经济负担ADDINNE.Ref.{5B9C32EF-7D76-402A-B501-D74A17F6DA92}[14]。因此，红石膏的资源化利用和安全处置问题亟待解决。1.2综合利用途径近年来，国内外学者对于红石膏的综合利用进行了大量的研究。红石膏和天然石膏的组分极为相似，目前红石膏主要用于替代部分天然石膏，综合利用主要集中在以下几个方面。1.2.1制作水泥或胶凝材料石膏是水泥生产的主要辅料之一。水泥生产过程中，天然石膏常作为缓释添加剂，避免快凝现象。红石膏的可获得性和低成本使其成为一种具有吸引力的水泥原料。MJ等人对添加不同比例的红石膏水泥的主要力学、弹性、热力学性能进行了评估，结果表明，红石膏可以作为天然石膏的安全替代品，不影响水泥质量。TCLP测试结果推断，红石膏中原始污染物的迁移性可以忽略不计，浸出的污染物数量与用天然石膏形成的标准参考水泥中测定的污染物数量相似。此外，以10%的红石膏掺入熟料中，可获得97%熟料、3%天然石膏的普通硅酸盐水泥ADDINNE.Ref.{2213C5FF-7288-437A-AAA8-70B107058E4A}[15]。黄伟等人证明了红石膏作为水泥缓释剂可明显地延长水泥的初始凝固和最终凝固时间，对水泥无不良影响，且水泥各项指标优于天然石膏。红石膏掺入量5%，矿渣掺入量25%，矿渣比表面积384m2/kg，试样具有最佳抗压、抗折强度ADDINNE.Ref.{549E2EB4-8927-457C-B0C2-35C88EE34227}[16]。谭纪林将红石膏自然活化干燥或高温焙烧热处理后，用作水泥缓凝剂，生产的水泥抗折、抗压强度比二水石膏提高0.2-0.8MPADDINNE.Ref.{D9849E54-7238-43E3-B8D4-B409D0841185}[17]。红石膏也可被用制作胶凝材料。张久服等人在实验室中配制了主要由普通硅酸盐水泥，钛提取残留物和红石膏组成的三元共混胶凝剂，用于制备泡沫混凝土。在最佳工艺条件参数下，密度为437kg/m3的泡沫混凝土最大抗压强度和比强度分别达到2.14MPa和4.91kN·m/kgADDINNE.Ref.{C3D8B686-AD4A-459D-8907-7331FA65CEA1}[13]。张玖富等人利用钛提取残留物、红石膏和煅烧红石膏为主要成分，生产了高强度新型胶凝材料。砂浆试样在28天时的抗弯强度、抗压强度和软化系数分别达到6.3MPa、47.9MPa和0.87ADDINNE.Ref.{0A72C90C-1908-4D35-B995-501D5BF78FEF}[18]。此外，红石膏也被用作制作轻质材料。张伊贺等人利用煅烧的红石膏为原料，制备了一系列石膏块体，被用作制造轻质材料的原料。最佳水/固比为0.9，水泥掺量为10%，减水剂掺量为2wt%，养护7天后石膏块体的最大抗压强度为5.96MPaADDINNE.Ref.{B9F97117-108C-40D3-9F24-89B3C71B97DF}[19]。1.2.2土壤改良剂由于其含有丰富的钙硫资源，红石膏可以作为一种在农业上应用的资源。对于有毒元素含量较低的红石膏，可以添加到土壤中，增加土壤中Ca和S的含量，改善土壤的肥力状况ADDINNE.Ref.{4B5B3CE6-3F31-4F23-A918-9DC13AA843F4}[20]。Simon等人发现红石膏对金属阳离子有较强吸附能力，红石膏可能是一种有益的修复土壤有毒金属污染的潜在材料。同时，施用于土壤时，由于硫酸盐的吸附，氧化物的存在会影响红石膏的溶解，红石膏更适合作为农作物的硫源ADDINNE.Ref.{D3341E4F-C41A-4380-A3B0-9679DFAC153A}[21]。黄佳乐等人利用红石膏修复土壤镉污染，红石膏吸附镉符合Langmuir方程，镉最大吸附量为18.29mg/g，此时pH=6。红石膏不仅可以降低镉的生物有效性，还可以有效提高土壤pH，富含植物所需的微量元素，有助于提高土壤肥力ADDINNE.Ref.{00D310F8-7622-41A7-B497-0B562481A1EE}[22]。红石膏可以与其他材料混合用于土壤修复。Rodríguez-Jordá等ADDINNE.Ref.{B5D5B784-3FA7-4C65-8910-53444DDA07A1}[23]采用红石膏、糖泡沫和生物质燃烧灰的混合物降低酸性土壤中Pb、Zn和Ni的迁移性和生物有效性。这是因为经过该混合物吸附后的样品中，Pb、Zn和微量的Ni与Fe/Ti氧化物相结合，形成了金属-硫酸盐三元配合物。红石膏也可以与污泥共利用应用于土壤修复，降低重金属污染水稻土中镉、铅和砷的吸收。红石膏中残留的方解石能够改善红石膏污泥酸性土壤体系，提高pH值，降低土壤溶液中的锌浓度。在施用2.5%的红石膏和5%的污泥时，玉米植株对锌、铜和铁的吸收减少ADDINNE.Ref.{763F8A86-1E4D-4A60-BAA1-2DC258F0D178}[24]。甘油三酯和红石膏混合，可对污染土壤中重金属进行原位固定，降低重金属污染水稻土中镉、铅和砷的吸收。甘油三酯的添加显著降低了土壤的pH值和溶解性有机碳，红石膏显著提高了水稻植株的生长，降低了Cd、Pb和As的生物利用率。随着红石膏的添加，芽孢杆菌和梭状芽孢杆菌等重金属抗性细菌在属水平上的相对丰度显著增加ADDINNE.Ref.{5EAEC0C1-8190-40AC-9CD7-ECC3B62287E4}[9]。1.2.3固定二氧化碳红石膏中钙含量较高，通常也被用于二氧化碳的固定。CO2的固定过程又叫CO2的矿物化或碳化，主要有直接碳化和间接碳化两种方法。使用红色石膏的矿物碳酸化技术可以潜在地有助于减少CO2排放和补救大气污染的环境问题。直接碳化就是将二氧化碳气体直接通入硫酸钙悬浮液中，继而获得碳酸化产物。Amin等以红石膏为原料，使用高压反应釜，采用直接碳酸化法研究了二氧化碳压力和反应温度对产物纯度和生产效率的影响。当使用升高的CO2压力和减小的粒度时，产物的纯度和反应效率均增加。同时，它们最初随着温度升高至200℃而增加，但随着温度的进一步升高而下降ADDINNE.Ref.{FE2FB7FD-98CA-4884-8FAF-7ADB4AEEE40E}[25]。Omeid研究了不同的反应温度（25~200℃）、反应时间、CO2压力（1~70bar）下，红石膏直接碳酸化生成FeCO3的可行性。将CO2压力提高到10bar可以将FeCO3的总体纯度和碳化效率分别提高到97%和98%，当反应温度为150℃，反应时间为150min时得到的FeCO3产物纯度最高ADDINNE.Ref.{DFB6C460-6449-4A2C-886A-00E4EFD12C33}[26]。在间接碳酸化过程中，为了实现有效的碳酸化，需要在溶液相中提取钙离子，然后进行碳酸化反应。Rahmani通过对红石膏样品进行间接碳酸化实验，初步探讨了两阶段溶解和碳化工艺在CO2矿物碳化中的适用性和可行性。研究了反应温度、颗粒大小、搅拌速率、液固比等变量的影响，在碳酸化过程中Ca利用率最大值为98.8%ADDINNE.Ref.{1525C49A-64F0-46EB-9D13-1028BF726462}[27]。Azdarpour等采用2M硫酸从红石膏中提取钙离子和铁离子，然后加入氨水调节pH，探究了CO2压力对效率和产物特性的影响。在较高pH下，通入二氧化碳获得纯度为98%的碳酸钙产品，当CO2压力为8bar时，碳化效率达100%ADDINNE.Ref.{2BF00FF5-8172-4DAC-B0D9-A2C4ADA7F9D6}[28]。Omeid提出了红石膏CO2矿物碳酸化的简化模型ADDINNE.Ref.{19C2C9D7-F550-4EA9-B9FF-DB075EAB1CB5}[29]，在此基础上研究了间接矿物碳酸化过程中红石膏的反应过程。在红石膏产物碳酸过程中，溶解的氧化钙控制pH值和CO2的吸收。1.3综合利用存在问题目前，虽然国内外学者在红石膏资源化利用方面进行了大量研究，但是红石膏成分复杂，杂质含量高，杂质的存在对红石膏资源化利用产生不利影响，如影响制品的白度、存在吸潮、反霜等现象，在实际过程中红石膏的综合利用仍受到诸多限制。首先，红石膏杂质含量高，如含有Fe(OH)3、FeSO4和Al(OH)3等杂质，成分波动大，不便于控制，除此之外可能还含有毒金属元素，在资源化利用过程中易造成二次污染，不利于资源化利用，不能进行大规模工业化生产。其次，红石膏中铁杂质含量高，导致染色、白度低，限制了其在建筑材料等领域中的应用。此外，根据天然石膏形态组成模拟红石膏，进行模拟红石膏性能研究发现，红石膏中杂质铁含量过高会引起红石膏砌块的力学性能降低和红石膏砌块标准稠度用水量增加，制约红石膏在砌块方面的利用ADDINNE.Ref.{F6470B25-B2A2-403E-9EDD-5E980109EB48}[19]。因此，红石膏中铁杂质的去除是直接关系到其实际应用和资源化的关键。1.4脱色除杂研究近年来很多努力尝试深度去除红石膏中的铁，提纯增白，但效果并不理想。朱平静等利用有机溶剂萃取法去除铁，萃取剂采用P507和丙酮。在有机溶剂中，CaSO4溶解度低，选择合适的萃取剂，通过杂质与硫酸钙在有机物中溶解度不同来去除铁。最佳条件下，温度25℃，体积分数30%，平衡时间45min时，使用萃取剂P507红石膏去除率仅达63.97%；而丙酮法相对操作简单，常温搅拌5min，可得到纯白的红石膏ADDINNE.Ref.{B4730DC9-6797-4F9D-A487-464FBF0F35BF}[30]。江莹使