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进行了软钾镁钒结晶热力学和结晶动力学两方面的研究,包括软钾镁钒的溶解度和超溶解度,各种因素对其结晶动力学特性的影响,并对其进行了结晶动力学模型的模拟,获得了相关动力学参数,以期为软钾镁矾工业结晶器的设计提供相关基础数据。
采用湿渣法测定了 35℃K+,Mg2+//SO42-体系在不同配比的乙醇-水、甲醇-水混合溶剂中的相平衡数据,绘制了相应的相图,并对一些关键点所对应的固相进行了 XRD 分析。发现:K+, Mg2+//SO42--( H2O+CH3CH2OH )体系在 35℃的相图存在 K2SO4、MgSO4·K2SO4·6H2O和MgSO4·7H2O三个单结晶区、K2SO4与MgSO4·K2SO4·6H2O共晶区,以及MgSO4·K2SO4·6H2O与MgSO4·7H2O共晶区。K+, Mg2+//SO42--(H2O+CH3OH)体系35℃相图中相区的划分与K+, Mg2+//SO42--(H2O+CH3CH2OH)体系的相同。35 ℃下,软钾镁矾在乙醇-水和甲醇-水混合溶剂中的溶解度随混合溶剂中乙醇和甲醇比例的增大而减小,当混合溶剂中乙醇:水或甲醇:水为 1:1 时,软钾镁矾的溶解度接近于 0,且相同配比的混合溶剂中,甲醇-水溶液中 K2SO4的结晶区比乙醇-水溶液中大,且均小于其在纯水中的结晶区。
采用电导率法测定了软钾镁矾在纯水中的超溶解度,并绘制了相应的介稳区,对降温速率、搅拌速率和温度对介稳区的影响进行了系统研究。在实验条件下,软钾镁矾的介稳区宽度随降温速率的增大由0.40%增至1.48%(以软钾镁钒的质量百分含量计,下同),随搅拌速率的增加由1.54%降至0.40%,随温度的升高由1.61%降至1.24%。
通过对软钾镁矾结晶动力学特性的研究发现:停留时间由15分钟延长至55分钟时,软钾镁矾晶体的粒度分布情况和晶体形貌有所改善,为获得较高质量的晶体产品;过饱和度由6.0℃增大至8.0℃时,软钾镁矾晶体的平均粒径逐渐减小,粒度分布情况逐渐恶化;搅拌速率由 250r/min 延长至 400r/min 时,晶体的粒度分布情况逐渐恶化。在结晶温度为35℃、过饱和度为7℃、搅拌速率为350r/min以及停留时间为15分钟-55分钟的条件下,得到软钾镁矾晶体生长动力学模型为: 8 0.110B =2.47´10 G 。