CN101734871A - 利用脱硫石膏制备α半水石膏 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种利用脱硫石膏制备α半水石膏的方法，是对脱硫石膏进行纯化处理、转晶反应、定向结晶、洗涤分离、干燥粉磨工艺步骤，通过纯化处理措施，使脱硫石膏中二水硫酸钙品味提高到95％以上；通过添加配制的媒晶剂，使脱硫石膏在70-98℃、常压下溶解重结晶，转化成α半水石膏，在定向晶型稳定剂作用下，生成的α半水石膏再经过定向结晶，成长为短柱状的α半水石膏晶体，其长径比小于1∶3，其2h抗折强度超过6.5MPa，抗压强度超过23MPa，干抗折强度超过25MPa，干抗压强度超过53MPa。可广泛用于陶瓷、汽车、精密铸造、异型浇铸等领域。
Description
所属技术领域
本发明涉及到一种生产α半水石膏的技术领域，具体地讲，涉及到利用脱硫石膏制备α半水石膏的技术领域。
背景技术
利用天然石膏为原料，生产α半水石膏的生产工艺有两种：一是水热法，即天然二水石膏经粉碎后，加入晶型转化剂，制成一定浓度的料浆，加压并搅拌反应一段时间，重结晶完成后在常压下用高温水洗净、干燥、磨碎，即制得α半水石膏。但由于对原料中二水硫酸钙品味要求高，生产成本也较高，目前已无生产线在运行。国内仅存的一条水热法生产线是从德国引进的，该生产线设计能力年产3万吨，生产的α半水石膏大部分用于出口与模具。二是蒸压法，即将天然块状二水石膏置于蒸压釜中，通入饱和蒸汽，在一定的温度和压力下，经过一定时间蒸压后转变成α半水石膏，再通过干燥和粉磨，即制得α半水石膏粉。该法也存在一些缺点，产品是α和β石膏粉的混合体，产品的强度不高。
脱硫石膏是燃煤电厂利用石灰石或生石灰浆液与燃煤烟气中二氧化硫反应，经强制氧化生成的二水硫酸钙。分析研究表明，脱硫石膏可以成为生产高品质α半水石膏的优质原料。
目前，利用脱硫石膏为原料生产α半水石膏的方法，包括蒸压法、水热法、常压盐溶液法。这些方法借鉴了天然石膏生产α半水石膏工艺，但都忽略了脱硫石膏中二水石膏品味和杂质对生产α半水石膏的影响。研究表明，若要生产高品质的α半水石膏，其原料中二水石膏的品味一般要求在95％以上，同时不溶性的杂质，如氧化物、碳酸盐及有机碳等要求很低。通过对我国不同地区20家代表性燃煤电厂脱硫石膏品味和杂质分析，我国脱硫石膏中二水石膏的品味一般在80％～95％之间，大多集中在90％左右，不溶性杂质在5％～20％之间，有机碳在0.1～0.5％，因此，若用脱硫石膏为原料，必须在生产工艺过程中包括纯化工艺过程，去除脱硫石膏中的不溶性杂质。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用脱硫石膏制备α半水石膏的方法，使脱硫石膏转化为优质的α半水石膏。
实现本发明的利用脱硫石膏制备α半水石膏的方法是对脱硫石膏进行纯化处理、转晶反应、定向结晶、洗涤分离、干燥粉磨工艺步骤：
a、纯化处理：将脱硫石膏配制成固含率为5％～60％的浆液，筛网滤掉大块杂质和悬浮物，加入稀硫酸(1～12M)进行中和反应，除去少量不溶性的氧化物、碳酸钙、碳酸镁等杂质，使其转化为可溶性盐，同时滤掉有机碳；
b、转晶反应：常压下将纯化后的脱硫石膏加水配制成5％～40％的浆液进入反应罐A，加入0.1～5％的转晶剂，保持浆液70～98℃进行转晶反应，转化反应时间4～16h；
c：定向结晶：转化反应完成后，浆液进入反应罐B，加入定向晶型稳定剂，进行定向结晶，定向结晶1～4h；
d、洗涤分离：将完成定向结晶的α半水石膏浆液固液分离，用70℃以上的热水洗涤就得到纯净的α半水石膏晶体；
e：干燥粉磨：将得到的纯净α半水石膏晶体在120～170℃条件进行干燥，烘干后根据应用细度进行粉磨，即得到纯净的α半水石膏粉。
本发明方法通过纯化处理措施，使脱硫石膏中杂质降低，二水硫酸钙品味提高到95％以上，成为优质的α半水石膏生产原料。
本发明方法通过添加配制的媒晶剂，使脱硫石膏在70-98℃、常压下溶解重结晶，转化成α半水石膏，在定向晶型稳定剂作用下，生成的α半水石膏再经过定向结晶，成长为短柱状的α半水石膏晶体，其长径比小于1∶3，其2h抗折强度超过6.5MPa，抗压强度超过23MPa，干抗折强度超过25MPa，干抗压强度超过53MPa。
转化原理：二水石膏处于酸性条件(pH＝2～7)或一定组成的电解质溶液中(电解质可以是硫酸铝、硫酸铝钾、柠檬酸钠、酒石酸钾钠及十二烷基苯璜酸钙中一种或多种复合组成，各种物质的总添加量不超过浆液质量的5％)，在常压、低于水的沸点条件下，经过溶解重结晶过程，可以由二水石膏转化为α半水石膏。酸性介质或盐介质在转化过程中不变，不消耗，仅起到改变重结晶机理作用。转化完成后，加入定向晶型稳定剂(丙三醇、乙二醇或乙醇的混合物，总量不超过浆液的1％)使α半水石膏向预定晶型转化，晶型稳定剂在转化过程中不改变、不消耗。
本发明方法工艺简单，完全在常压下进行，能耗低，原料来源广泛，产品性能稳定。生成的α半水石膏晶体形状规则，为短柱状，强度高，适应性强，可广泛用于陶瓷、汽车、精密铸造、异型浇铸等领域。
具体实施方式
实施例1
将脱硫石膏加入到搅拌罐并加水搅拌，配制成固含率为10％的浆液，加入1M稀硫酸至溶液为弱酸性(pH＝5)，除去不溶性的氧化物、碳酸钙、碳酸镁，同时滤掉有机碳，得到较为纯净的脱硫石膏浆液。将纯化后的脱硫石膏浆液加水配制成固含率为5％的浆液进入反应罐A，加入浆液质量1％的转晶剂，转晶剂中，硫酸铝占47.5％、硫酸铝钾47.5％、酒石酸钾钠5％，常压下将反应罐A中脱硫石膏浆液加热至93℃，维持该温度8h，完成二水石膏向α半水石膏晶体的转化，将转化后的α半水石膏晶体浆液转移到反应罐B，加入浆液质量0.1％的定向晶型稳定剂，其中丙三醇占60％、乙醇占40％，进行定向结晶，保持恒温93℃，2h完成定向晶型结晶，将定向结晶后的α半水石膏浆液固液分离，并用93℃的热水洗涤，得到纯净的α半水石膏晶体，将α半水石膏晶体120℃干燥1.5h，取出按应用细度要求(一般300目)进行粉磨，即得到α半水石膏粉。
实施例2
将脱硫石膏加入到搅拌罐并加水搅拌，配制成固含率为10％的浆液，加入1M稀硫酸至溶液为弱酸性(pH＝5)，除去不溶性的氧化物、碳酸钙、碳酸镁，同时滤掉有机碳，得到较为纯净的脱硫石膏浆液。将纯化后的脱硫石膏浆液加水配制成固含率为5％的浆液进入反应罐A，加入浆液质量1％的转晶剂，转晶剂中，硫酸铝钾占95％、酒石酸钾钠5％，常压下将反应罐A中脱硫石膏浆液加热至93℃，维持该温度8h，完成二水石膏向α半水石膏晶体的转化，将转化后的α半水石膏晶体浆液转移到反应罐B，加入浆液质量0.1％的定向晶型稳定剂，其中丙三醇占60％、乙二醇占40％，进行定向结晶，保持恒温93℃，2h完成定向晶型结晶，将定向结晶后的α半水石膏浆液固液分离，并用93℃的热水洗涤，得到纯净的α半水石膏晶体，将α半水石膏晶体120℃干燥1.5h，取出按应用细度要求(一般300目)进行粉磨，即得到α半水石膏粉。
实施例3
将脱硫石膏加入到搅拌罐并加水搅拌，配制成固含率为10％的浆液，加入1M稀硫酸至溶液为弱酸性(pH＝5)，除去不溶性的氧化物、碳酸钙、碳酸镁，同时滤掉有机碳，得到较为纯净的脱硫石膏浆液。将纯化后的脱硫石膏浆液加水配制成固含率为5％的浆液进入反应罐A，加入浆液质量1％的转晶剂，转晶剂中，柠檬酸钠占40％、硫酸铝钾55％、酒石酸钾钠5％，常压下将反应罐A中脱硫石膏浆液加热至93℃，维持该温度8h，完成二水石膏向α半水石膏晶体的转化，将转化后的α半水石膏晶体浆液转移到反应罐B，加入浆液质量0.1％的定向晶型稳定剂，其中丙三醇占55％、乙醇占45％，进行定向结晶，保持恒温93℃，2h完成定向晶型结晶，将定向结晶后的α半水石膏浆液固液分离，并用93℃的热水洗涤，得到纯净的α半水石膏晶体，将α半水石膏晶体120℃干燥1.5h，取出按应用细度要求(一般300目)进行粉磨，即得到α半水石膏粉。
实施例4
将脱硫石膏加入到搅拌罐并加水搅拌，配制成固含率为40％的浆液，加入10M稀硫酸至溶液为弱酸性(pH＝5)，除去不溶性的氧化物、碳酸钙、碳酸镁，同时滤掉有机碳，得到较为纯净的脱硫石膏浆液。将纯化后的脱硫石膏浆液加水配制成固含率为30％的浆液进入反应罐A，加入浆液质量3％的转晶剂，转晶剂中，硫酸铝占40％、硫酸铝钾55％、酒石酸钾钠5％，常压下将反应罐A中脱硫石膏浆液加热至93℃，维持该温度14h，完成二水石膏向α半水石膏晶体的转化，将转化后的α半水石膏晶体浆液转移到反应罐B，加入浆液质量0.1％的定向晶型稳定剂，其中丙三醇占55％、乙二醇占45％，进行定向结晶，保持恒温93℃，2h完成定向晶型结晶，将定向结晶后的α半水石膏浆液固液分离，并用93℃的热水洗涤，得到纯净的α半水石膏晶体，将α半水石膏晶体150℃干燥1h，取出按应用细度要求(一般300目)进行粉磨，即得到α半水石膏粉。
实施例5
将脱硫石膏加入到搅拌罐并加水搅拌，配制成固含率为40％的浆液，加入10M稀硫酸至溶液为弱酸性(pH＝5)，除去不溶性的氧化物、碳酸钙、碳酸镁，同时滤掉有机碳，得到较为纯净的脱硫石膏浆液。将纯化后的脱硫石膏浆液加水配制成固含率为30％的浆液进入反应罐A，加入浆液质量3％的转晶剂，转晶剂中，十二烷基苯璜酸钙占10％、硫酸铝钾47.5％、酒石酸钾钠42.5％，常压下将反应罐A中脱硫石膏浆液加热至93℃，维持该温度14h，完成二水石膏向α半水石膏晶体的转化，将转化后的α半水石膏晶体浆液转移到反应罐B，加入浆液质量0.1％的定向晶型稳定剂，其中丙三醇占40％、乙醇占40％、乙二醇占20％，进行定向结晶，保持恒温93℃，2h完成定向晶型结晶，将定向结晶后的α半水石膏浆液固液分离，并用93℃的热水洗涤，得到纯净的α半水石膏晶体，将α半水石膏晶体150℃干燥1h，取出按应用细度要求(一般300目)进行粉磨，即得到α半水石膏粉。
实施例6
将脱硫石膏加入到搅拌罐并加水搅拌，配制成固含率为40％的浆液，加入1M稀硫酸至溶液为弱酸性(pH＝5)，除去不溶性的氧化物、碳酸钙、碳酸镁，同时滤掉有机碳，得到较为纯净的脱硫石膏浆液。将纯化后的脱硫石膏浆液加水配制成固含率为30％的浆液进入反应罐A，加入浆液质量1％的转晶剂，转晶剂中，柠檬酸钠占47.5％、硫酸铝钾47.5％、十二烷基苯璜酸钙5％，常压下将反应罐A中脱硫石膏浆液加热至93℃，维持该温度14h，完成二水石膏向α半水石膏晶体的转化，将转化后的α半水石膏晶体浆液转移到反应罐B，加入浆液质量0.1％的定向晶型稳定剂，其中丙三醇占60％、乙二醇占40％，进行定向结晶，保持恒温93℃，2h完成定向晶型结晶，将定向结晶后的α半水石膏浆液固液分离，并用93℃的热水洗涤，得到纯净的α半水石膏晶体，将α半水石膏晶体150℃干燥1h，取出按应用细度要求(一般300目)进行粉磨，即得到α半水石膏粉。
实施例7
将脱硫石膏加入到搅拌罐并加水搅拌，配制成固含率为30％的浆液，加入5M稀硫酸至溶液为弱酸性(pH＝5)，除去不溶性的氧化物、碳酸钙、碳酸镁，同时滤掉有机碳，得到较为纯净的脱硫石膏浆液。将纯化后的脱硫石膏浆液加水配制成固含率为15％的浆液进入反应罐A，加入浆液质量1％的转晶剂，转晶剂中，硫酸铝钾占42.5％、酒石酸钾钠42.5％、十二烷基苯璜酸钠15％，常压下将反应罐A中脱硫石膏浆液加热至83℃，维持该温度12h，完成二水石膏向α半水石膏晶体的转化，将转化后的α半水石膏晶体浆液转移到反应罐B，加入浆液质量0.1％的定向晶型稳定剂，其中丙三醇占50％、乙醇占40％、乙二醇占10，进行定向结晶，保持恒温83℃，2h完成定向晶型结晶，将定向结晶后的α半水石膏浆液固液分离，并用83℃的热水洗涤，得到纯净的α半水石膏晶体，将α半水石膏晶体170℃干燥50分钟，取出按应用细度要求(一般300目)进行粉磨，即得到α半水石膏粉。
Claims (8)
1.一种利用脱硫石膏制备α半水石膏的方法，其特征在于：是对脱硫石膏进行纯化处理、转晶反应、定向结晶、洗涤分离、干燥粉磨工艺步骤：
a、纯化处理：将脱硫石膏配制成固含率为5％～60％的浆液，筛网滤掉大块杂质和悬浮物，加入稀硫酸(1～12M)进行中和反应，除去少量不溶性的氧化物、碳酸钙、碳酸镁等杂质，使其转化为可溶性盐，同时滤掉有机碳；
b、转晶反应：常压下将纯化后的脱硫石膏加水配制成5％～40％的浆液进入反应罐A，加入0.1～5％的转晶剂，保持浆液70～98℃进行转晶反应，转化反应时间4～16h；
c：定向结晶：转化反应完成后，浆液进入反应罐B，加入定向晶型稳定剂，进行定向结晶，定向结晶1～4h；
d、洗涤分离：将完成定向结晶的α半水石膏浆液固液分离，用70℃以上的热水洗涤就得到纯净的α半水石膏晶体；
e：干燥粉磨：将得到的纯净α半水石膏晶体在120～170℃条件进行干燥，烘干后根据应用细度进行粉磨，即得到纯净的α半水石膏粉。
2.根据权利要求1所述的一种利用脱硫石膏制备α半水石膏的方法，其特征在于：纯化处理是将脱硫石膏加入到搅拌罐并加水搅拌，配制成固含率为10％的浆液，加入1M稀硫酸至溶液为弱酸性(pH＝5)，除去不溶性的氧化物、碳酸钙、碳酸镁，同时滤掉有机碳，得到较为纯净的脱硫石膏浆液；转晶反应是将纯化后的脱硫石膏浆液加水配制成固含率为5％的浆液进入反应罐A，加入浆液质量1％的转晶剂，转晶剂中，硫酸铝占47.5％、硫酸铝钾47.5％、酒石酸钾钠5％，常压下将反应罐A中脱硫石膏浆液加热至93℃，维持该温度8h，完成二水石膏向α半水石膏晶体的转化；定向结晶是将转化后的α半水石膏晶体浆液转移到反应罐B，加入浆液质量0.1％的定向晶型稳定剂，其中丙三醇占60％、乙醇占40％，进行定向结晶，保持恒温93℃，2h完成定向晶型结晶；洗涤分离是将定向结晶后的α半水石膏浆液固液分离，并用93℃的热水洗涤，得到纯净的α半水石膏晶体；干燥粉磨是将α半水石膏晶体120℃干燥1.5h，取出按应用细度要求(一般300目)进行粉磨，即得到α半水石膏粉。
3.根据权利要求1所述的一种利用脱硫石膏制备α半水石膏的方法，其特征在于：转晶剂中，硫酸铝钾占95％、酒石酸钾钠5％。
4.根据权利要求1所述的一种利用脱硫石膏制备α半水石膏的方法，其特征在于：转晶剂中，柠檬酸钠占40％、硫酸铝钾55％、酒石酸钾钠5％，定向晶型稳定剂中丙三醇占55％、乙二醇占45％。
5.根据权利要求1所述的一种利用脱硫石膏制备α半水石膏的方法，其特征在于：将脱硫石膏加入到搅拌罐并加水搅拌，配制成固含率为40％的浆液，加入10M稀硫酸至溶液为弱酸性(pH＝5)，除去不溶性的氧化物、碳酸钙、碳酸镁，同时滤掉有机碳，得到较为纯净的脱硫石膏浆液。将纯化后的脱硫石膏浆液加水配制成固含率为30％的浆液进入反应罐A，加入浆液质量3％的转晶剂，转晶剂中，硫酸铝占40％、硫酸铝钾55％、酒石酸钾钠5％，常压下将反应罐A中脱硫石膏浆液加热至93℃，维持该温度14h，完成二水石膏向α半水石膏晶体的转化，将转化后的α半水石膏晶体浆液转移到反应罐B，加入浆液质量0.1％的定向晶型稳定剂，其中丙三醇占55％、乙二醇占45％，进行定向结晶，保持恒温93℃，2h完成定向晶型结晶，将定向结晶后的α半水石膏浆液固液分离，并用93℃的热水洗涤，得到纯净的α半水石膏晶体，将α半水石膏晶体150℃干燥1h，取出按应用细度要求(一般300目)进行粉磨，即得到α半水石膏粉。
6.根据权利要求1所述的一种利用脱硫石膏制备α半水石膏的方法，其特征在于：将脱硫石膏加入到搅拌罐并加水搅拌，配制成固含率为40％的浆液，加入10M稀硫酸至溶液为弱酸性(pH＝5)，除去不溶性的氧化物、碳酸钙、碳酸镁，同时滤掉有机碳，得到较为纯净的脱硫石膏浆液。将纯化后的脱硫石膏浆液加水配制成固含率为30％的浆液进入反应罐A，加入浆液质量3％的转晶剂，转晶剂中，十二烷基苯璜酸钙占10％、硫酸铝钾47.5％、酒石酸钾钠42.5％，常压下将反应罐A中脱硫石膏浆液加热至93℃，维持该温度14h，完成二水石膏向α半水石膏晶体的转化，将转化后的α半水石膏晶体浆液转移到反应罐B，加入浆液质量0.1％的定向晶型稳定剂，其中丙三醇占40％、乙醇占40％、乙二醇占20％，进行定向结晶，保持恒温93℃，2h完成定向晶型结晶，将定向结晶后的α半水石膏浆液固液分离，并用93℃的热水洗涤，得到纯净的α半水石膏晶体，将α半水石膏晶体150℃干燥1h，取出按应用细度要求(一般300目)进行粉磨，即得到α半水石膏粉。
7.根据权利要求1、所述的一种利用脱硫石膏制备α半水石膏的方法，其特征在于：将脱硫石膏加入到搅拌罐并加水搅拌，配制成固含率为40％的浆液，加入1M稀硫酸至溶液为弱酸性(pH＝5)，除去不溶性的氧化物、碳酸钙、碳酸镁，同时滤掉有机碳，得到较为纯净的脱硫石膏浆液。将纯化后的脱硫石膏浆液加水配制成固含率为30％的浆液进入反应罐A，加入浆液质量1％的转晶剂，转晶剂中，柠檬酸钠占47.5％、硫酸铝钾47.5％、十二烷基苯璜酸钙5％，常压下将反应罐A中脱硫石膏浆液加热至93℃，维持该温度14h，完成二水石膏向α半水石膏晶体的转化，将转化后的α半水石膏晶体浆液转移到反应罐B，加入浆液质量0.1％的定向晶型稳定剂，其中丙三醇占60％、乙二醇占40％，进行定向结晶，保持恒温93℃，2h完成定向晶型结晶，将定向结晶后的α半水石膏浆液固液分离，并用93℃的热水洗涤，得到纯净的α半水石膏晶体，将α半水石膏晶体150℃干燥1h，取出按应用细度要求(一般300目)进行粉磨，即得到α半水石膏粉。
8.根据权利要求1所述的一种利用脱硫石膏制备α半水石膏的方法，其特征在于：将脱硫石膏加入到搅拌罐并加水搅拌，配制成固含率为30％的浆液，加入5M稀硫酸至溶液为弱酸性(pH＝5)，除去不溶性的氧化物、碳酸钙、碳酸镁，同时滤掉有机碳，得到较为纯净的脱硫石膏浆液。将纯化后的脱硫石膏浆液加水配制成固含率为15％的浆液进入反应罐A，加入浆液质量1％的转晶剂，转晶剂中，硫酸铝钾占42.5％、酒石酸钾钠42.5％、十二烷基苯璜酸钠15％，常压下将反应罐A中脱硫石膏浆液加热至83℃，维持该温度12h，完成二水石膏向α半水石膏晶体的转化，将转化后的α半水石膏晶体浆液转移到反应罐B，加入浆液质量0.1％的定向晶型稳定剂，其中丙三醇占50％、乙醇占40％、乙二醇占10，进行定向结晶，保持恒温83℃，2h完成定向晶型结晶，将定向结晶后的α半水石膏浆液固液分离，并用83℃的热水洗涤，得到纯净的α半水石膏晶体，将α半水石膏晶体170℃干燥50分钟，取出按应用细度要求(一般300目)进行粉磨，即得到α半水石膏粉。
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