硫酸钙在盐水中的溶解度及溶度积实验研究

1、创新技术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)摘 要：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。关键词：硫酸钙 盐水 溶解

2、度 溶度积中图分类号：TQ95文献标志码：A文章编号：1006-8945(2014)10-0013-05DOI:10.14099/ki.tjkj.2014.10.003Solubility and Solubility Product of Calcium Sulfate in BrineYAN Yameng，ZHANG Le(Engineering Technology Institute Co.，LTD. of CNSIC，Tianjin 300450，China)Abstract：The solubility of calcium sulfate in brines with diffe

3、rent concentrations and temperatures was studied. Theeffects of different ions in brine on concentration of calcium ion and the effects of brine concentration and tempera- tures on the solubility and solubility product of calcium sulfate were analyzed. Experimental results indicated that the solubil

4、ity 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 concen- tration of sulfate ion. The solubility of calcium sulfate first increased，a

5、fter reaching a maximum value and then de- creased 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 rea

6、ched 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.Key words：calcium sulfate；brine；solubility；solubility product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

7、值。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

8、 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基金项目：天津市科技兴海专项(KJXH2012-02)。收稿日期：2014-09-10·14·天津科技第 41 卷 第 10 期公司；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 45 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

9、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温

10、度/初始配制盐水浓度/%溶解平衡的溶液离子成分/(g·L-1)钙离子镁离子硫酸根氯离子钾离子2540510152025510152025301.6812.1122.1121.811.5521.7112.0992.1081.941.6551.5090.0130.0260.0780.1570.2350.0160.0360.060.1040.1460.1834.4945.2695.1664.6494.4424.0084.9075.0114.9594.6284.33929.71364.1899.59137.09190.36930.86164.71399.529138.525178.68919

11、4.0580.0180.0370.0610.0870.1110.0220.0420.0570.0960.110.146805101520251.6341.9311.9222.0831.9070.0290.0840.1830.0860.1073.8124.7525.0935.053.35630.36964.13998.156136.394175.410.0360.0420.0640.080.0982014 年 10 月颜亚盟等：硫酸钙在盐水中的溶解度及溶度积实验研究·15·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，

12、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The composition of compounds in brine after dissolution e

13、quilibriumTab.2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 2 氯化钠的浓度对硫酸钙溶解度的影响Fig.2 The effect of sodium chlo

14、ride concentration on the 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 105.75163.83 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

15、/L。参考有关文献6，在盐水溶液中，图 3 温度对硫酸钙溶解度的影响Fig.3 The effect of temperature on the solubility of cal-cium sulfate温度/初始配制盐水浓度/%溶解平衡溶液的化合物成分/(g·L-1)硫酸钙硫酸镁硫酸钠氯化钙氯化镁氯化钾氯化钠255101520255.717.177.176.155.270.060.130.130.390.910.620.160.200.310.200.030.070.120.170.2148.96105.75163.83225.48313.4140510152025305.686

16、.957.106.595.625.130.390.720.90.130.110.150.050.060.140.240.100.010.040.080.110.180.210.2850.65106.29163.64228.09294.40319.67805101520255.46.566.537.084.760.150.610.070.121.40.110.210.230.280.420.070.080.120.150.1949.75105.41161.43224.38287.02·16·天津科技第 41 卷 第 10 期水浓度对硫酸钙溶度积影响的关系曲线见图 4，在25%

17、盐水浓度下，温度对硫酸钙溶度积影响的关系曲 线见图 5。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。其中盐表 3 不同温度和盐水浓度下的硫酸钙的溶度积Solubility products of calcium sulfate under sodium chloride with different temperatures and concentrationsTab.3由表 3 可以看出，在温度为 2590 ，盐水浓度为 5%至30%范围内，硫酸钙的溶度积数值范

18、围 为 1 4612 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2590 时硫酸钙的溶度积有些差别，呈波浪形变化，数值范围在 1 4612 068 (mmol/L)2。图 4 盐水浓度对硫酸钙溶度积的影响Fig.4 The effect of sodium chloride concentration on the solubility product of calcium sulfate4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

19、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。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温度/盐水浓度/%溶解平衡的溶液成分/(g·L-1)溶解平衡的溶液成分/(mmol·

20、;L-1)Ksp(CaSO4)/(mmol·L-1)2钙离子硫酸根钙离子硫酸根离子2551015202501.6812.1122.1121.811.5520.4664.4945.2695.1664.6494.4420.99242.0352.852.845.2538.811.6546.8154.8953.8148.4346.2710.331 9672 8982 8412 1911 79512040510152025301.7112.0992.1081.941.6551.5094.0084.9075.0114.9594.6284.33942.7852.4852.748.541.3837.

21、7341.7551.1152.251.6648.2145.21 7862 6822 7512 5061 9951 7055060702525251.641.741.7924.134.5054.4324143.544.843.0246.9346.171 7642 0412 068805101520251.6341.9311.9222.0831.9073.8124.7525.0935.053.35640.8548.2848.0552.0847.6839.7149.553.0552.634.961 6222 3902 5492 7391 66790251.813.145.2532.291 46120

22、14 年 10 月颜亚盟等：硫酸钙在盐水中的溶解度及溶度积实验研究·17·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 2590 时 硫 酸 钙 的 溶 度 积 数 值 范 围 在 1 461 2 068(mmol/L)2。参考文献2012，12(4)：625-630.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.陈魁，向兰. 硫酸钙溶解行为初探J. 盐业与化工，2006，35(2)：1-3.尹忠，赵晓东. 硫酸钙在盐酸和氯化钠水溶液中的溶 解度J.

23、 油田化学，1994，11(4)：345-347.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)：473-476.341 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， 56上接第 12 页从图 6 中可以看出，在最佳参数下，滤池对进水中低浓度 氨氮去 除效果 稳 定 ，氨氮 平 均去 除 率 为79.96%。除个别监测点出水氨氮浓度接近或略微超 过 1 mg/L 外 ，其 他监 测 点氨氮 出水浓度 均 小于 1 mg/L，满足城市污水再生利用地下水回灌水质标准中氨氮限值。学报，2012，37(2)：238-246.城 市 污 水 再 生 利 用 地 下 水 回 灌 水 质 S. GB/T 19772-2005