CN103495587A - 一种石膏类材料表面包覆碳酸钙的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种属于化学化工技术领域的石膏类材料表面包覆碳酸钙的方法，该工艺是将石膏类材料和碳源物质分别放入反应釜中，在密闭的条件下加热进行反应，反应结束后，取出样品并干燥即得到表面包覆碳酸钙的石膏类复合材料。本发明方法简便、易操作、成本低、效率高、条件易控，制得的表面包覆碳酸钙的石膏类复合材料粒径分布均匀，适用于工业化生产。所得产品在工业及建筑领域有着潜在的应用前景。

Description

一种石膏类材料表面包覆碳酸钙的方法
技术领域
本发明属于化学化工技术领域，具体涉及在一种石膏类材料表面包覆碳酸钙的方法。
技术背景
磷化工、制盐等行业在生产中副产大量的石膏类材料。其中，磷石膏是湿法生产磷酸所产生的固体废弃物，盐石膏是制海盐工业所产生的废渣，它们的主要成分均为微溶性水合硫酸钙。每生产1吨磷酸，就会产生4.5-5.5吨磷石膏，以一家年产量为100万吨的企业为例，每年的磷石膏排放量约为500万吨，而盐石膏产量大约是海盐产量的6-10%。磷石膏由于含有磷、氟、有机物等有害成分，不能直接利用，处理方法多采用堆放、填埋等方式，这些方法不仅占用大量的土地资源，磷石膏中可溶性有害成分的溶出又会对环境造成极大的污染，而且随着企业的发展，磷石膏的处理费用也越来越高，这给企业造成很大负担。同时，大量的盐石膏废渣得不到合理利用，大多堆积于晒盐场或者倾倒到海边，既占用土地又污染海洋、破坏生态环境。
上述副产的石膏类材料的有很多潜在的用途，如用磷石膏生产硫酸铵和碳酸钙、联产水泥和硫酸、生产硫酸钾、用作建筑材料等。然而，由于磷石膏中含有有害成分，因此在综合利用前必须进行预处理，而且磷石膏本身的质量不稳定导致预处理方法难统一，现有的综合利用磷石膏的技术需要的设备多、投资大、成本高，阻碍了磷石膏的资源化应用。目前，我国处理磷石膏的方式主要仍是堆放和填埋。
发明内容
本发明的目的是提供一种在石膏类材料表面包覆碳酸钙的方法，该方法可以得到表面包覆碳酸钙的石膏类复合材料，克服了石膏类材料内容物的溶出对环境和应用的影响。
本发明提出的一种石膏类材料表面包覆碳酸钙的方法，其原理是：直接在反应釜中通入二氧化碳和氨气；或者是在高温条件下使碳源物质分解生成二氧化碳和氨气，继而与石膏类材料中的硫酸钙及其结合水反应生成碳酸钙，得到表面包覆碳酸钙的石膏类复合材料。
本发明的技术方案具体步骤如下：
将石膏类材料和碳源物质分别加入到反应釜中，在密闭的条件下加热进行反应，反应结束后将样品进行干燥，即得到表面包覆碳酸钙的石膏类复合材料。上述碳源物质为碳酸铵、碳酸氢铵、氨基甲酸铵或者二氧化碳和氨气的混合气体。
上述石膏类材料为生石膏、磷石膏、盐石膏或其它主要成分为二水硫酸钙的石膏类材料的一种以上。
上述混合气体中氨气和二氧化碳的摩尔比为2:1以上。
上述碳源物质中的碳与石膏类材料中的硫酸钙的摩尔比为0.05-0.54:1。
上述反应的温度控制在80-200℃。
上述反应时间控制在10分钟-48小时。
上述方法制备的一种表面包覆碳酸钙的石膏类复合材料。
本发明的有益效果为：本发明的石膏类材料表面包覆碳酸钙的方法，所用原料廉价易得、制备工艺简单、操作方便、条件易控。碳酸钙是一种难溶性的物质，在石膏类材料表面包覆碳酸钙不仅可以防止堆放或填埋处理时有害成分的溶出，缓解石膏类材料的大量产生和排放所带来的环境压力，从而为石膏类材料的安全堆放和资源化利用提供基础；同时还可以提高其应用价值或调控其应用性能，在工业及建筑领域有着广阔的应用前景。副产品硫酸铵是一种优良的氮肥，生产过程中无其它废弃物生成，具备工业化应用的潜力。
附图说明
图1为实施例1制备的碳酸钙包覆水合硫酸钙的复合材料的X射线衍射图谱；
图2为实施例1制备的碳酸钙包覆水合硫酸钙的复合材料的电镜照片；
图3为实施例1制备的碳酸钙包覆水合硫酸钙的复合材料截面的扫描电镜能谱线扫描图谱。
具体实施方式
下面通过附图和具体实施例对本发明进行进一步详细的说明，但并不因此而限制本发明的内容。
实施例使用反应釜来完成在石膏类材料表面包覆碳酸钙的操作，在应用过程中亦可以使用其他化工生产装置完成。
实施例一
将8.61g CaSO4.2H2O和0.39g碳酸铵分别放入反应釜中，放于120℃烘箱中反应24小时，取出反应釜放凉，将样品取出并干燥后得到碳酸钙包覆水合硫酸钙的复合材料。该复合材料的X射线衍射图谱、电镜照片和扫描电镜能谱线扫描图谱分别为图1、图2和图3所示。
实施例二
将1.72g CaSO4.2H2O和0.40g碳酸氢铵分别放入反应釜中，放于100℃烘箱中反应20小时，取出反应釜放凉，将样品取出并干燥后得到碳酸钙包覆水合硫酸钙的复合材料。
实施例三：
将4.30g CaSO4.2H2O和0.39g碳酸铵分别放入反应釜中，放于120℃烘箱中反应24小时，取出反应釜放凉，将样品取出并干燥后得到碳酸钙包覆水合硫酸钙的复合材料。
实施例四
将3.44g CaSO4.2H2O放入反应釜中，通入0.002mol二氧化碳和0.004mol氨气，放于80℃的烘箱中反应10分钟，取出反应釜放凉，样品取出并干燥后得到碳酸钙包覆水合硫酸钙的复合材料。
实施例五
将3.44g磷石膏（二水硫酸钙质量百分含量约为92%）和0.78g氨基甲酸铵分别放入反应釜中，放于100℃烘箱中反应48小时，取出反应釜放凉，样品取出并干燥后得到碳酸钙包覆磷石膏的复合材料。
实施例六
将8.61g盐石膏（二水硫酸钙质量百分含量约为90%）和0.79g碳酸氢铵分别放入反应釜中，放于200℃烘箱中反应10小时，取出反应釜放凉，样品取出并干燥后得到碳酸钙包覆盐石膏的复合材料。

Claims (7)

1.一种石膏类材料表面包覆碳酸钙的方法，其步骤如下：将石膏类材料和碳源物质分别加入到反应釜中，在密闭的条件下加热进行反应，反应结束后将样品干燥，即得到表面包覆碳酸钙的石膏类复合材料；所述碳源物质为碳酸铵、碳酸氢铵、氨基甲酸铵或者氨气和二氧化碳的混合气体。
2.根据权利要求1所述的一种石膏类材料表面包覆碳酸钙的方法，其特征在于，所述石膏类材料为生石膏、磷石膏、盐石膏或其它主要成分为二水硫酸钙的石膏类材料的一种以上。
3.根据权利要求1所述的一种石膏类材料表面包覆碳酸钙的方法，其特征在于，所述的混合气体中氨气与二氧化碳的摩尔比为2:1以上。
4.根据权利要求1所述的一种石膏类材料表面包覆碳酸钙的方法，其特征在于，所述碳源物质中的碳与石膏类材料中的水合硫酸钙的摩尔比为0.05-0.54:1。
5.根据权利要求1所述的一种石膏类材料表面包覆碳酸钙的方法，其特征在于，所述反应的温度为80-200℃。
6.根据权利要求1所述的一种石膏类材料表面包覆碳酸钙的方法，其特征在于，所述反应的时间为10分钟-48小时。
7.权利要求1的方法制备的一种表面包覆碳酸钙的石膏类复合材料。
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