硫酸鈣在高溫鹽溶液中的溶解度

朱佳兵，鐘 輝，劉善東，徐文軒

（成都理工大學(xué)材料與化學(xué)化工學(xué)院，四川 成都 610059）

硫酸鈣在高溫鹽溶液中的溶解度

朱佳兵，鐘 輝，劉善東，徐文軒

（成都理工大學(xué)材料與化學(xué)化工學(xué)院，四川 成都 610059）

常壓鹽溶液法制備α型半水石膏中，硫酸鈣的溶解度對(duì)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和形貌有重要影響。采用溶解平衡法測(cè)定了不同溫度下硫酸鈣在不同濃度NaCl單鹽溶液中和NaCl-Na2SO4混合鹽溶液中的溶解度，并分析了其溶解度的變化規(guī)律，以此作為工藝條件的參考。結(jié)果表明，硫酸鈣溶解度隨著鹽濃度的增加先增大后減小，在鹽濃度為15%左右出現(xiàn)極大值。同離子效應(yīng)對(duì)硫酸鈣溶解度的影響大而溫度對(duì)硫酸鈣溶解度的影響較小。

硫酸 鈣；高溫鹽溶液；溶解度

α型半水石膏因其性能優(yōu)良而廣泛應(yīng)用于新型建筑材料工業(yè)、陶瓷工業(yè)、精密儀器模具工業(yè)。常壓鹽溶液法是將二水石膏配制成鹽溶液體系，在常壓下轉(zhuǎn)化生成α型半水石膏。硫酸鈣溶解度對(duì)產(chǎn)物的形貌有重要影響，從而影響產(chǎn)物的性能。采用常壓鹽溶液法制備α型半水石膏會(huì)導(dǎo)致液相中硫酸鈣溶解度的變化［1］。常壓鹽溶液法制備α型半水石膏工藝中，反應(yīng)溫度在85℃以上，雖然前人對(duì)硫酸鈣在鹽溶液中的溶解度已經(jīng)做了大量工作［2］，但硫酸鈣在85℃以上的溶解度報(bào)道較少。本研究利用溶解平衡法測(cè)定不同溫度下硫酸鈣在不同濃度NaCl-Na2SO4-H2O體系中的溶解度，掌握原料二水石膏晶體轉(zhuǎn)化過程中液相硫酸鈣溶解度的變化規(guī)律，有助于優(yōu)化α型半水石膏生產(chǎn)過程的工藝條件。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1實(shí)驗(yàn)藥品與儀器

藥品：二水硫酸鈣（AR），氯化鈉（AR），硫酸鈉（AR），乙二胺四乙酸二鈉（AR），氫氧化鈉（AR）；去離子水等。

儀器：電熱恒溫水浴鍋，電子天平，滴定裝置等。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

首先配制不同濃度的NaCl-Na2SO4鹽溶液，然后向其中加入過量的二水硫酸鈣，密封并置于恒溫水浴鍋中。分別設(shè)定不同的水浴溫度，保溫12h，期間不斷搖動(dòng)，使硫酸鈣在溶液中達(dá)到溶解平衡。然后在該溫度下保溫靜置0.5h左右，取上清液，用0.45μm的水系膜過濾，用標(biāo)定好的EDTA溶液滴定濾液中的Ca2+（重復(fù)滴定3次取平均值），計(jì)算得到硫酸鈣（以二水硫酸鈣計(jì)）的溶解度。

2　結(jié)果與討論

2.1硫酸鈣在NaCl溶液中的溶解度變化

測(cè)定了不同溫度和不同NaCl濃度鹽溶液條件下的硫酸鈣溶解度，結(jié)果如圖1所示。

圖1　NaCl濃度對(duì)硫酸鈣溶解度的影響

由圖1可知，硫酸鈣溶解度隨著NaCl濃度的增大，先增大后小幅度減小，在NaCl濃度為15%左右出現(xiàn)極大值，約為7.15g·L-1。溫度對(duì)硫酸鈣溶解度的影響并不明顯。NaCl是一種強(qiáng)對(duì)稱電解質(zhì)，在NaCl溶液中，硫酸鈣的溶解行為可以用德拜-休克爾理論推導(dǎo)。低濃度下，離子強(qiáng)度隨著鹽濃度增大而增大，活度系數(shù)隨之減小，因此硫酸鈣溶解度增大。高濃度下，硫酸鈣形成離子對(duì)，短程靜電相互作用增強(qiáng)，活度系數(shù)隨之增大，導(dǎo)致硫酸鈣溶解度降低［3］。由于溫度對(duì)NaCl溶液活度系數(shù)影響較小，所以溫度對(duì)硫酸鈣溶解度的影響不明顯［4］。

2.2硫酸鈣在混合鹽溶液中溶解度的變化

測(cè)定了不同溫度和不同混合鹽濃度條件下的硫酸鈣溶解度，混合鹽為NaCl和Na2SO4，質(zhì)量比為4∶1，測(cè)定結(jié)果如圖2所示。

圖2　混合鹽濃度對(duì)硫酸鈣溶解度的影響

由圖2可知，硫酸鈣溶解度隨著混合鹽濃度的增大先增大后減小，在混合鹽濃度為15%左右出現(xiàn)極大值，約為5.55g·L-1。由圖3可知，硫酸鈣在NaCl溶液中的溶解度大于相同濃度的混合鹽溶液。在混合鹽溶液中，既存在鹽效應(yīng)又存在SO42-的同離子效應(yīng)，硫酸鈣的溶解度是兩者綜合作用的結(jié)果，隨著SO4

2-濃度增大，同離子效應(yīng)顯著增強(qiáng)。

圖3　不同體系鹽溶液對(duì)硫酸鈣溶解度的影響

3　結(jié)論

1）在NaCl溶液中，硫酸鈣溶解度隨NaCl濃度增加先增加后降低，在NaCl濃度為15%左右出現(xiàn)極大值，約為7.15g·L-1。

2）在NaCl-Na2SO4混合鹽溶液中，硫酸鈣的溶解度趨勢(shì)與在NaCl單鹽溶液中相同，隨著SO42-濃度增大，同離子效應(yīng)顯著增強(qiáng)。

3）溫度對(duì)硫酸鈣溶解度的影響較小。

［1］ 何偉，吳曉琴，劉芳.硫酸鈣在Ca-Mg-K-Cl-H2O體系轉(zhuǎn)化過程中溶解度研究［J］.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2010，33（5）：35-38.

［2］ Wollmann G， Voigt W. Solubility of Gypsum in MSO4Solutions （M=Mg， Mn， Co， Ni， Cu， Zn） at 298.15 K and 313.15 K ［J］. J. Chem. Eng. Data， 2008， 53（6）： 1375-1380.

［3］ 尹忠，等.硫酸鈣在鹽酸和氯化鈉水溶液中的溶解度［J］.油田化學(xué)，1994，11（4）：345-347.

［4］ 黃子卿.電解質(zhì)溶液理論導(dǎo)論［M］.北京：科學(xué)出版社，1983：118-235.

Solubility of Calcium Sulfate in Hot Salt Solution

ZHU Jia-bing， ZHONG Hui， LIU Shan-dong， XU Wen-xuan
（College of Materials and Chemistry &Chemical Engineering， Chengdu University of Technology， Chengdu 610059， China）

Calcium sulfate dehydrate could transform to calcium sulfate hemihydrate in salt solution at atmospheric pressure. Its structure and morphology were profoundly affected by the solubility of calcium sulfate. The solubility of calcium sulfate in different concentration of NaCl solution and NaCl-Na2SO4mixed solution was determined by dissolved balance method at different temperature. The law of solubility was studied as an important parameter in technological conditions. Experimental results showed that the solubility of calcium sulfate increased fi rstly and then decreased with the increase of the concentration of salt. The solubility appeared a maximum value when the concentration of salt was 15%. The same ion effect had a signifi cant effect however the effect of temperature was small.

calcium sulfate； hot salt solution； solubility

O 614.23+1

A

1671-9905（2015）12-0013-02

2015-10-16