试验结果及讨论

鉴于间歇动态法的种种优势，本项目采用动态间歇法研究HNO3浸出液H2SO4沉钙的结晶过程动力学模型。

7.2.1不同搅拌速度下结晶体的粒度分布

图7－1～图7－3为常温下，搅拌速度分别为250 r/min、350 r/min、450 r/min条件下，浸出液H2SO4沉钙得到的CaSO4产品的粒度分布分析结果。从图7－1～图7－3可以看出，CaSO4产品的粒度分布符合正态分布，其粒度主要分布在20～150 μm范围内。

图7－1　250 r/min下CaSO4产品粒度分布

图7－2　350 r/min下CaSO4产品粒度分布

图7－3　450 r/min下CaSO4产品粒度分布

从图7－1可以看出，常温下，搅拌速度为250 r/min时，CaSO4晶体的粒径在20～120 μm范围内，质量分布约占97%;不同的停留时间下，粒径范围在66～77 μm内有最大质量分布，占总分布的22%～25%。从图7－2可以看出，当搅拌速度为350 r/min时，CaSO4晶体的粒径在20～120 μm范围内，质量分布约占98%;不同的停留时间下，粒径在77～95 μm范围内有最大质量分布，占总分布的20.26%～22.3%。从图7－3可以看出，当搅拌速度为450 r/min时，不同的停留时间下，粒径在77～95 μm范围内有最大质量分布，占总分布的20.3%～22.25%。

根据图7－1～图7－3的晶体粒径分布结果，可得到结晶体系在不同停留时间条件下的晶体颗粒总粒数和数均粒径。结晶动力学的数据处理结果见表7－1～表7－3。

表7－1　250 r/min下结晶动力学数据处理结果

表7－2　350 r/min下结晶动力学数据处理结果

表7－3　450 r/min下结晶动力学数据处理结果

根据公式(7.41)和(7.42)，对表7－1～表7－3中的数据进行线性回归得到各条件下的结晶动力学方程，见表7－4。

表7－4　结晶动力学方程

7.2.2动力学模型验证

为了验证方程的合理性，根据表7－4中得到的结晶动力学方程，计算出结晶线生长速率和成核速率的理论值，计算值与试验值结果如图7－4和图7－5所示。

从图7－4看出，在不同的搅拌速度条件下，对应的结晶线生长速率试验值与理论计算值之间吻合性良好;从图7－5可以看出，当搅拌速度为250 r/min和450 r/min时，CaSO4成核速率的试验值与理论计算值重合性较好，但当搅拌速度为350 r/min时，CaSO4成核速率的试验值与理论计算值重合性不太理想，主要是因为在该条件得到的结晶动力学公式相关性不及其余两个条件的好，从这一条件可以得出，在结晶的过程中对于结晶反应条件的控制十分重要。

综上所述，此研究得到的动力学模型是合理的。

图7－4　结晶线生长速率试验值和计算值的关系

图7－5　结晶成核速率试验值和计算值的关系

7.2.3搅拌速度对晶体线生长速率G㊣的影响

图7－6为在常温下，不同搅拌速度对CaSO4晶体线生长速率的影响。

图7－6　搅拌速度对CaSO4晶体线生长速率的影响

从图7－6中可以看出，同一条件下，CaSO4晶体线生长速率随着停留时间的延长而减小。搅拌速率为250 r/min时，反应液中CaSO4晶体的线生长速率始终大于搅拌速率为350 r/min和450 r/min时的;搅拌速率为350 r/min时的线生长速率与450 r/min时的基本重合，说明当搅拌速度达到350 r/min后，再增加搅拌速率并不能进一步改变晶体的线生长速率，反而阻碍了溶液中晶体的生长。搅拌是影响线CaSO4晶体的生长速率的重要参数之一，因此选择适宜的搅拌速率对于制备CaSO4晶体尤为重要。

7.2.4搅拌速度对晶体成核速率B㊣0的影响

图7－7表示在常温下，不同搅拌速度对CaSO4晶体的成核速率的影响。

图7－7　搅拌速度对CaSO4晶体成核速率的影响

从图7－7中可以看出，随着停留时间的延长，同一条件下CaSO4晶体的成核速率随之减小。当搅拌速率为250 r/min时，反应液中CaSO4晶体的成核速率始终小于搅拌速率为350 r/min和450 r/min时的成核速率，搅拌速率为350 r/min时的成核速率与450 r/min时的基本重合。根据结晶理论，在二次成核时，搅拌起着极其重要的作用，搅拌时碰撞的次数以及冲击能本身都会增加，因此，增加搅拌速率，CaSO4晶体的成核速率也会相应地增加。