CN101311337B - 利用烟气脱硫石膏制备硫酸钙晶须的方法 - Google Patents

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Abstract

为一种利用烟气脱硫石膏制备硫酸钙晶须的方法，包括调浆、高温结晶、干燥、涂饰等工艺步骤。该方法利用烟气脱硫石膏为原料，生产成本低，工艺流程短，节省了天然石膏矿，有效缓解烟气脱硫石膏污染环境的问题。产品纯度达98％以上，可用作中等强度填充剂，也可代替石棉作为摩擦材料、建筑材料、保温材料等，还可部分代替玻璃纤维，和树脂、橡胶、塑料等有机高分子化合物具有良好的形容性。

Description

利用烟气脱硫石膏制备硫酸钙晶须的方法
技术领域
本发明涉及工业废弃物的综合利用，具体涉及非金属材料加工技术领域，特别是利用脱硫石膏制备石膏晶须的方法。
技术背景
脱硫石膏是用石灰或石灰石湿法烟气脱硫得到的工业副产品，其纯度高，成份稳定，无放射性。如果按每吨SO2可生成2.69吨石膏CaSO42H2O计算，预计到2010年全国电力的SO2排放总量2000万吨计，石膏CaSO42H2O产量将超过5380万吨。然而在我国脱硫石膏的研究和应用开发还处于起步阶段，由于技术、经济以及我国天然石膏分布广泛等种种原因烟气脱硫产生的脱硫石膏还没有得到充分的利用。鉴于我国燃煤发电厂大多采用石灰石(石灰)/石膏湿法烟气脱硫工艺，脱硫石膏的产量脱硫装置的不断建设而快速增加，以及我国脱硫石膏的开发利用尚处于起步阶段，脱硫石膏的利用成为烟气脱硫企业的难题之一。
随着我国环境保护意识的加强，烟气脱硫石膏的综合利用方面的研究逐渐受到人们的关注，并且脱硫石膏的利用可以减少因堆放脱硫石膏所消耗的资金、占用土地和环境污染，减少天然石膏的用量，进而减少天然石膏的开采量，保护生态环境。因此，许多高校和企业对烟气脱硫石膏综合利用方面进行了大量的研究，如利用脱硫石膏制备刨花板、水泥缓凝剂、石膏建筑材料等。
以脱硫石膏为原料制备硫酸钙晶须不仅可以减少脱硫石膏对环境的污染，还可以节约天然石膏资源，并且为脱硫石膏的高附加值利用开辟了新途径。
晶须是在可控制条件下，以单晶形式生长出的一种短纤维，它具有均匀的横截面，完整的外形及高度完善的内部结构，与玻璃纤维相比，优点在于它具有极高的强度，细微的尺寸，更易与树脂、橡胶、塑料等有机高分子化合物结合，并且产品的外观质量优良。可广泛用于汽车、航空航天、化工、冶金、国防、机械、电气、船舶、石油等诸多领域。硫酸钙晶须是指半水或无水硫酸钙的纤维状单晶体，是一种性能优良、价格低廉的新型功能材料。
发明内容
针对脱硫石膏利用的现状，本发明提供一种以脱硫石膏为原料制备硫酸钙晶须的方法，本发明所采用的脱硫石膏呈细颗粒状，主要化学成分：CaO为30％～33％、SiO2为0.5％～5％、Al2O3为0.5％～2％、SO3为38％～42％、Fe2O3为0.2％～1.5％、MgO0.5～2％、挥发份17％～20％。含水量为8％～15％。平均粒径约40～70μm，颜色呈自色或灰色，其中二水硫酸钙含量较高，一般都在90％以上，含游离水一般在8％～15％，其中还含有碳灰、有机碳、碳酸钙、亚硫酸钙以及由钠、钾、镁的硫酸盐或氯化物组成的可溶性盐等杂质。本发明具体工艺步骤如下：
(1)调浆
将脱硫石膏按固液比1∶5～1∶18的比例与清水混合，用抑制剂(硝酸、盐酸、氯化镁、磷酸、硫酸)控制pH值为2～6；
(2)高温结晶
将调制后的脱硫石膏悬浮液在温度为110℃～200℃、压力为0.2～1.2MPa和搅拌转速控制为40转/min～400转/min条件下，保温50min～500min，过滤(真空吸滤、离心分离)、洗涤(清水洗涤)；
(3)干燥
将洗涤后的硫酸钙晶须在温度为80℃～220℃的条件下，保温时间为30min～240min，获得硫酸钙晶须。
(4)改性
将硫酸钙晶须采用硬脂酸、钛酸酯、正硅酸乙酯、聚乙烯醇或磷酸酯进行表面改性、分散，改性剂的用量为硫酸钙晶须质量的0.5％～2％，最终获得硫酸钙晶须产品，改性后硫酸钙晶须产品均可以和树脂、橡胶、塑料等有机高分子化合物具有良好的形容性。
本发明方法制备的硫酸钙晶须密度为2.7～3.1g/cm3，松散密度为0.2～0.5g/cm3，长度为15μm～240μm，直径为200nm～4μm，根据工艺条件可以控制长径比大小。熔点为1450℃，抗张强度为19GPa，抗张模量为170GPa，折光指数为1.54，水溶性(22℃)≤0.12％。
本发明具有如下优点：
(1)利用脱硫石膏为原料，有效缓解脱硫石膏染环境、合理利用资源的问题；
(2)采用水热结晶法制备硫酸钙晶须，工艺流程短，生产成本低。
附图说明
图1是本发明制备硫酸钙晶须的工艺流程图
具体实施方式
实施例1
工艺步骤如下：
(1)调浆
将脱硫石膏按固液比1∶5的比例与清水混合，用抑制剂硝酸控制pH值为2；
(2)高温结晶
将调制后的脱硫石膏悬浮液在温度为110℃、压力为0.2MPa和搅拌转速控制为40转/min条件下，保温40min，真空吸滤，清水洗涤；
(3)干燥
将洗涤后的硫酸钙晶须在温度为80℃的条件下，保温时间为30min，获得硫酸钙晶须。
(4)改性
将硫酸钙晶须采用硬脂酸进行表面改性、分散，改性剂的用量为硫酸钙晶须质量的0.5％，最终获得硫酸钙晶须产品，改性后硫酸钙晶须产品均可以和树脂、橡胶、塑料等有机高分子化合物具有良好的形容性。
晶须的长度为15～40μm，直径为750nm～1070nm，改性后硫酸钙晶须产品均可以和树脂、橡胶、塑料等有机高分子化合物具有良好的形容性。
实施例2
工艺步骤如下：
(1)调浆
将脱硫石膏按固液比1∶8的比例与清水混合，用抑制剂氯化镁控制pH值为3；
(2)高温结晶
将调制后的脱硫石膏悬浮液在温度为130℃、压力为0.4MPa和搅拌转速控制为130转/min条件下，保温90min，真空吸滤，清水洗涤；
(3)干燥
将洗涤后的硫酸钙晶须在温度为120℃的条件下，保温时间为80min，获得硫酸钙晶须。
(4)改性
将硫酸钙晶须采用钛酸酯进行表面改性、分散，改性剂的用量为硫酸钙晶须质量的0.9％，最终获得硫酸钙晶须产品，改性后硫酸钙晶须产品均可以和树脂、橡胶、塑料等有机高分子化合物具有良好的形容性。
晶须的长度为20～60μm，直径为100nm～2070nm，改性后硫酸钙晶须产品均可以和树脂、橡胶、塑料等有机高分子化合物具有良好的形容性。
实施例3
工艺步骤如下：
(1)调浆
将脱硫石膏按固液比1∶11的比例与清水混合，用抑制剂盐酸控制pH值为4；
(2)高温结晶
将调制后的脱硫石膏悬浮液在温度为160℃、压力为0.7MPa和搅拌转速控制为220转/min条件下，保温140min，离心分离，清水洗涤；
(3)干燥
将洗涤后的硫酸钙晶须在温度为150℃的条件下，保温时间为130min，获得硫酸钙晶须。
(4)改性
将硫酸钙晶须采用聚乙烯醇进行表面改性、分散，改性剂的用量为硫酸钙晶须质量的1.3％，最终获得硫酸钙晶须产品，改性后硫酸钙晶须产品均可以和树脂、橡胶、塑料等有机高分子化合物具有良好的形容性。
晶须的长度为20～40μm，直径为800nm～1500nm，改性后硫酸钙晶须产品均可以和树脂、橡胶、塑料等有机高分子化合物具有良好的形容性。
实施例4
工艺步骤如下：
(1)调浆
将脱硫石膏按固液比1∶14的比例与清水混合，用抑制剂磷酸控制pH值为5；
(2)高温结晶
将调制后的脱硫石膏悬浮液在温度为180℃、压力为0.9MPa和搅拌转速控制为310转/min条件下，保温190min，离心分离，清水洗涤；
(3)干燥
将洗涤后的硫酸钙晶须在温度为180℃的条件下，保温时间为190min，获得硫酸钙晶须。
(4)改性
将硫酸钙晶须采用正硅酸乙酯进行表面改性、分散，改性剂的用量为硫酸钙晶须质量的1.6％，最终获得硫酸钙晶须产品，改性后硫酸钙晶须产品均可以和树脂、橡胶、塑料等有机高分子化合物具有良好的形容性。
晶须的长度为30～100μm，直径为100nm～3300nm，改性后硫酸钙晶须产品均可以和树脂、橡胶、塑料等有机高分子化合物具有良好的形容性。
实施例5
工艺步骤如下：
(1)调浆
将脱硫石膏按固液比1∶18的比例与清水混合，用抑制剂硫酸控制pH值为6；
(2)高温结晶
将调制后的脱硫石膏悬浮液在温度为200℃、压力为1.2MPa和搅拌转速控制为400转/min条件下，保温40min～240min，离心分离，清水洗涤；
(3)干燥
将洗涤后的硫酸钙晶须在温度为220℃的条件下，保温时间为240min，获得硫酸钙晶须。
(4)改性
将硫酸钙晶须采用磷酸酯进行表面改性、分散，改性剂的用量为硫酸钙晶须质量的2％，最终获得硫酸钙晶须产品，改性后硫酸钙晶须产品均可以和树脂、橡胶、塑料等有机高分子化合物具有良好的形容性。
晶须的长度为100～240μm，直径为2000nm～4000nm，改性后硫酸钙晶须产品均可以和树脂、橡胶、塑料等有机高分子化合物具有良好的形容性。

Claims (1)

1.一种利用烟气脱硫石膏制备硫酸钙晶须的方法，其特征在于以工业废弃物烟气脱硫石膏为原料，制备硫酸钙晶须产品，其制备过程包括以下步骤：
(1)调浆：将脱硫石膏按固液比1∶5～1∶18的比例与清水混合，加入抑制剂盐酸、氯化镁、磷酸或硝酸控制pH值为2～6；
(2)高温结晶：将调制后的脱硫石膏悬浮液在温度为110℃～200℃、压力为0.2～1.2MPa和搅拌转速为40转/min～400转/min条件下，保温50min～500min，过滤、洗涤；
(3)干燥：将洗涤后的硫酸钙晶须在温度为80℃～220℃的条件下，保温时间为30min～240min，获得硫酸钙晶须；
(4)改性：将硫酸钙晶须采用改性剂硬脂酸、钛酸酯、正硅酸乙酯、聚乙烯醇或磷酸酯进行表面改性、分散，改性剂用量为硫酸钙晶须质量的0.5％～2％，获得硫酸钙晶须产品。
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