亚硫酸钙的应用与合成

介绍

亚硫酸钙(Calcium Sulfite)是一种无机化合物，化学式为CaS03。它是一种白色或略带黄色的结晶粉末，微溶于水，不溶于醇，溶于酸。在空气中容易氧化为硫酸钙。它的分子结构中，硫和氧之间是共价双键，钙和硫之间是离子键。它的晶体结构类似于氯化钠，属于立方晶系。它的晶体中，每个钙离子与四个氧离子配位，每个硫离子与六个氧离子配位。在常温下是稳定的，但在高温或强酸条件下容易发生化学反应。例如，在高温下它会分解为硫和二氧化硫，而在强酸条件下，亚硫酸根离子会被氧化为硫酸根离子。

亚硫酸钙

应用

亚硫酸钙有很强的还原与吸附功能，在水处理和钙塑板生产等方面广泛应用。如用于水体脱氯、漂白、过滤等。如在生产钙塑板过程中，亚硫酸钙用作填充剂。亚硫酸钙主要用于造纸、纺织、制糖和食品加工等行业。在造纸工业中，亚硫酸钙用于生产酸性纸张，可以防止纸张变黄和老化。在纺织工业中，亚硫酸钙用于漂白棉织物和麻织物。

合成

以往合成的缺点

目前，生产亚硫酸钙主要采用两种方法：一、采用氯化钙和亚硫酸钠溶液中进行复分解反应，过滤后烘干得亚硫酸钙固体；二、氢氧化钙溶液中通入二氧化硫气体，沉淀出亚硫酸钙，干燥后获得亚硫酸钙固体。这些生产方法都是采用工业原料生产亚硫酸钙，不仅消耗资源，同时生产成本较高。

有关烟气脱硫灰的利用已有相关的专利文献公开，如中国专利申请号为：2018113949573，公开了一种烟气脱硫灰渣中的亚硫酸钙制备硫酸钙的方法及装置，把脱硫灰渣物料加入到装有过量的稀硫酸的反应釜中，硫酸与CaCO3、Ca(OH)2反应生成硫酸钙、CO2气体、水；与CaSO3·5H2O反应生成硫酸钙并放出SO2气体；该SO2气体一部分在反应釜内水解成亚硫酸，采用ClO2把其氧化成硫酸根离子和氯离子，逸出的SO2气体由引风机带入以硫酸与ClO2组成的酸液为吸收液的吸收塔中被氧化生成硫酸根离子和氯离子，反应完成后，用灰钙粉中和反应釜内的反应液到pH值为中性，用板框压滤机压滤后再用自来水洗涤，脱水干燥后即得硫酸钙产品。整个灰渣处理过程没有任何污染。并且反应过程简单快速，适于工业化应用。

新合成方法

为解决亚硫酸钙生产成本高以及脱硫灰难以利用的问题，吴六顺[1]提供了一种以烧结烟气脱硫灰为原料制备亚硫酸钙的方法，不仅能够有效解决亚硫酸钙生产过程中大量消耗优质资源的问题，而且解决脱硫灰的利用问题，减少脱硫灰对环境的污染。该方法分为三步，具体步骤如下：

S1：硫浸出：将脱硫灰加入到碳酸钠溶液中均匀搅拌浸渍一段时间后，过滤得到滤渣1和滤液1，其中碳酸钠溶液浓度为10％～20％，碳酸钠溶液的温度为20℃～60℃，且搅拌速度为300转/min～800转/min，液固比为6～10，浸出时间为30min～60min。其中烧结烟气脱硫灰，其中化学组分按其重量百分比计：35％～45％Ca，8％～16％S，2％～5％Cl，1％～3％Fe，0.8％～2.0％(K+Na)，0.2％～1.0％Si，以及O、Mg、Al和少量的其它组分。具体地，碳酸钠溶液浓度为10％，碳酸钠溶液的温度为60℃，且搅拌速度为300转/min，液固比为6，浸出时间为30min。其中烧结烟气脱硫灰，其中化学组分按其重量百分比计：35％Ca，8％S，2％Cl，1％Fe，0.8％(K+Na)，0.2％Si，以及O、Mg、Al和少量的其它组分。其中硫浸出步骤的化学反应式如下所示：CaSO3+Na2CO3＝CaCO3↓+Na2SO3

S2：碳酸化处理：将S1步骤中的滤渣1浸渍在水中，并向水中通入二氧化碳气体，过滤得到滤渣2和滤液2，其中碳酸化处理条件为：液固比为6‑10，浸出时间为20min～40min，二氧化碳气体流量为0.5L/min～2L/min，搅拌速度为400L/min～800r/min。具体地，本实施例中碳酸化处理条件为：液固比为6，浸出时间为40min，二氧化碳气体流量为0.5L/min，搅拌速度为400L/min。其中碳酸化处理的化学反应式如下所示：CaCO3+H2O+CO2＝Ca(HCO3)2

S3：沉淀亚硫酸钙：将S2步骤中滤液2加入到S1步骤中的滤液1，过滤得到滤渣3和滤液3，滤渣3烘干获得亚硫酸钙粉末，具体地，本实施例中将滤液2加入到滤液1，当混合溶液的pH值为11时则停止继续加入。S3步骤中的滤液3加热后得到滤液4，滤液4重新返回S1步骤中循环使用，其中加热温度为60℃～80℃，具体地，本实施例中加热温度为60℃。S3步骤中的滤液4可以循环利用，不外排、无需废水处理。其中沉淀亚硫酸钙步骤中的化学反应式如下所示：Ca(HCO3)2+Na2SO3＝NaHCO3+CaSO3↓

该方法以脱硫灰为原料生产亚硫酸钙，消除了脱硫灰带来的环境污染，大大提高了脱硫灰的利用价值；同时将脱硫灰作为制备亚硫酸钙的原料，不仅降低了优质资源的消耗和亚硫酸钙的生产成本；制备过程中的溶液循环利用，无废液产生，固体产物高效利用，无二次污染，减少了生产过程中的环保投资，提高了亚硫酸钙生产的效益。

毒性

亚硫酸钙是一种低毒物质，对皮肤、眼晴和呼吸道有一定的刺激作用。在正常工况下，生产和使用过程中产生的粉尘和气体对人体健康的影响较小。但是，如果生产和使用过程中发生泄漏或事故，会导致大量粉尘和气体外泄，可能会对现场工人和周围居民的健康造成危害。因此，在生产和使用过程中，应该采取有效的防护措施，确保工人和居民的健康安全。此外，它在高温或强酸条件下容易发生化学反应，产生有害气体和废渣。这些废气和废渣如果未经处理直接排放或处理不当，会对环境造成污染。因此，在生产和使用过程中，应该采取有效的环保措施，确保废气和废渣得到妥善处理。

参考文献

[1]吴六顺,梅海琴,李慧等. 一种以烧结烟气脱硫灰为原料制备亚硫酸钙的方法[P]. 安徽省：CN115520890A,2022-12-27.