CN103924301A - 一种采用脱硫石膏制备超细硫酸钙晶须的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种采用烟气脱硫石膏制备超细硫酸钙晶须的方法，属于无机化工材料制备技术领域。本发明采用溶析结晶法制备了超细硫酸钙晶须，包括以下步骤：原料预处理、搅拌溶解、过滤、溶析结晶、过滤阴干、干燥。本发明制备的硫酸钙晶须直径0.1～10μm，长度1～2200μm，长径比为10～220，其样品的主要成分为半水硫酸钙晶须。本发明制备的硫酸钙晶须长径比较大、形貌规则均一，而且工艺简单、成本较低、产品附加值高，与塑料、橡胶、水泥、航空材料等高分子材料的相容性较好。

Description

一种采用脱硫石膏制备超细硫酸钙晶须的方法
技术领域：
本发明涉及一种采用烟气脱硫石膏制备超细硫酸钙晶须的方法，属于无机化工材料制备技术领域。
背景技术：
在我国，天然石膏是制备硫酸钙晶须的主要原料。尽管我国的天然石膏资源储量丰富，但是天然石膏属于非可再生资源，随着对天然石膏的开采，天然石膏资源出现短缺。从可持续发展和环保角度出发，某些工业废渣便可代替天然石膏制备硫酸钙晶须。经过研究发现，脱硫石膏与天然石膏的化学成分相似，而且较天然石膏的品位更高。因此，可以试图采用脱硫石膏制备硫酸钙晶须，提高烟气脱硫石膏的综合利用，这不仅减少因堆放脱硫石膏占用的土地面积和环境污染，而且还减少了天然石膏的开采量，保护生态环境及不可再生资源。
与其他晶须相比，硫酸钙晶须具有耐高温、抗化学腐蚀、韧性好、强度高、易进行表面处理、和橡胶塑料等聚合物的亲和力强等优点，广泛应用于塑料、造纸、涂料和油漆的添加剂，可替代碳化硅、玻璃纤维等材料；同时由于CaSO4晶须表面积大，无毒，松散，不会产生二次污染，在废水处理上有较大的应用前景。因此，硫酸钙晶须是目前较受市场欢迎的绿色无机材料。
目前，制备硫酸钙晶须的方法主要有水热法和常压酸化法。但是两者均存在着不足：采用水热法以脱硫石膏为原料制备硫酸钙晶须的生长机理目前还不够深入，尤其有关添加剂的加入对晶体生长作用机理；采用常压酸化法在强酸性介质中制备硫酸钙晶须，对生产设备和管道防腐蚀能力要求高，投资成本大。由于硫酸钙的溶解度随酸度的提高而增大，从而使产品收率大幅度下降。
唐绍林，唐永波等(唐绍林、唐永波、万建东、丁大武、唐修仁、刘丽娟，用脱硫石膏制备改性硫酸钙晶须方法，CN101994153A)以脱硫石膏为原料制备改性硫酸钙晶须，经过过滤、制浆、水热反应、晶须表面改性、脱水、干燥过程制得直径0.5～6μm，长度30～300μm，长径比15～115的硫酸钙晶须。本发明解决了半水硫酸钙晶须在烘干过程中易断裂的问题，同时也使硫酸钙晶须更容易与高分子材料掺杂。史培阳，刘承军等(史培阳、刘承军、姜茂发，利用烟气脱硫石膏制备硫酸钙晶须的方法，CN101311337)以脱硫石膏为原料，通过调浆、高温结晶、干燥、涂饰等工艺步骤制得了纯度达98％的硫酸钙晶须。史培阳，姜茂发等(史培阳、姜茂发、刘承军、闵义、孙丽枫、王德永，利用烧结矿烟气脱硫副产物制备硫酸钙晶须的方法，CN102002756A)利用烧结矿烟气脱硫副产品通过调浆、过滤、洗涤、干燥、涂饰工艺步骤制备硫酸钙晶须。制备的硫酸钙晶须密度2.2～3.2g/cm3，松散密度0.1～0.6g/cm3，长度为10～300μm，直径为120nm～3μm，熔点为1400～1500℃，抗张强度为14～20Gpa，抗张模量为150～180Gpa，折光指数为1.3～1.6，水溶性(22℃)≤0.1％。上述方法均需在水热条件下进行，此法原料浓度低，设备投资成本较高，操作相对复杂，投入工业化的难度较大。
吴晓琴，裘建军等(吴晓琴、裘建军、张春桃、童仕唐、官宝红，吴忠标，一种以脱硫石膏为原料的CaSO4晶须及其制备方法，CN101550602)以脱硫石膏为原料，采用常压盐溶液结晶法制备硫酸钙晶须。该法操作较为复杂，且操作温度较高。
李武，李胜利等(李武、李胜利、张志宏、聂峰、魏明、李中，硫酸钙晶须材料的制备工艺，CN1699638A)以生石膏为原料，以水为介质，并经混料、合成反应、干燥三个工艺步骤制备硫酸钙晶须。韩跃新，王泽红等(韩跃新、王泽红、袁致涛、于福家、印万忠、李启亮，硫酸钙晶须的制备方法，CN1598083A)以生石膏和水为原料，经过原料准备、合成反应、脱水干燥和精制除杂等工序制备硫酸钙晶须。上述方法制备的硫酸钙晶须的不足表现为粒度分布不均，晶须的长径比较小。张家凯，张雨山等(张家凯、张雨山、曹冬梅、王玉琪、刘骆峰，以海水卤水为原料的硫酸钙晶须制备方法，CN101319382A)通过蒸发结晶、晶须转化、过滤洗涤和蒸发析盐工序制备硫酸钙晶须。该方法的不足在于原料对产品性能指标具有影响。
前人虽在有关硫酸钙晶须的制备上取得了较大进展，但若实现硫酸钙晶须与高分子材料的充分掺杂，则必须制备出长径比较大且粒度分布均匀的超细硫酸钙晶须。目前，由于制备方法和操作条件控制的不足，从而制约了品质优良的超细硫酸钙晶须的制备。
发明内容：
本发明主要目的是寻找一种采用脱硫石膏制备超细硫酸钙晶须的方法。本发明以脱硫石膏为原料，采用溶析结晶法制备超细硫酸钙晶须，有如下优点：①以脱硫石膏为原料，能够保护环境和非可再生资源；②采用溶析结晶法制备硫酸钙晶须，工艺流程简单、投资少、对设备的要求低；③制备的硫酸钙晶须直径为0.1～10μm，长度1～2200μm，长径比为10～220，形貌规则均一。技术方案如下：一种以烟气脱硫石膏为原料，采用溶析结晶法制备超细硫酸钙晶须的方法，其特征在于，该方法按如下步骤进行：
①原料预处理：首先需要将原料进行适当的干燥。干燥后的脱硫石膏会产生结块现象，为便于后续处理，将其进行研磨并保存备用。
②搅拌溶解，在室温～90℃下，搅拌速度在50～500r/min条件下，将0.5～100g脱硫石膏加入到10～300mL溶剂中，搅拌0.5～8小时后，过滤得滤液。
③向得到的滤液中加入0.001～0.1g的表面活性剂和10～200mL的反溶剂进行溶析结晶。
④将得到的白色乳状悬浮液进行过滤阴干，然后在100～110℃下干燥1～8小时，得到半水硫酸钙晶须。
附图说明：
图1工艺流程图
图2实例3以乙二醇-聚乙二醇(12000)为表面活性剂制得硫酸钙晶须形貌显微镜图
图3实例3以乙二醇-聚乙二醇(12000)为表面活性剂制得硫酸钙晶须形貌电镜图
图4以乙二醇-聚乙二醇(12000)为表面活性剂制备硫酸钙晶须和原料脱硫石膏的XRD。
具体实施方式：
通过具体实施例进一步说明本发明：
实施例1
(1)称量320目脱硫石膏粉末2克、质量分数为5％的硫酸50mL，将其混合在30℃恒温水浴搅拌箱中以200r/min搅拌溶解2小时。搅拌后进行恒温过滤，将得到的滤液放入温度为40℃的圆周振荡摇床中预热，并向滤液中加入0.002克聚乙二醇(12000)。移取0.05mL乙二醇注入100mL反溶剂无水乙醇，同样放入圆周振荡摇床中预热。预热结束后，将含有表面活性剂聚乙二醇的滤液注入同温的反溶剂无水乙醇中并将圆周振荡摇床转速调至150r/min陈化养晶2小时。
(2)养晶结束后，恒温自然过滤，过滤后用反溶剂无水乙醇洗涤2～3次，阴干。
(3)阴干的滤饼在110℃下干燥4小时后收样。
实施例2
(1)称量320目脱硫石膏粉末2克、质量分数为5％的硫酸50mL，将其混合在30℃恒温水浴搅拌箱中以200r/min搅拌溶解2小时。搅拌后进行恒温过滤，将得到的滤液放入温度为40℃的圆周振荡摇床中预热，并向滤液中加入0.02克聚乙二醇(12000)。移取0.5mL乙二醇注入100mL反溶剂无水乙醇，同样放入圆周振荡摇床中预热。预热结束后，将含有表面活性剂聚乙二醇的滤液注入同温的反溶剂无水乙醇中并将圆周振荡摇床转速调至150r/min陈化养晶2小时。
(2)养晶结束后，恒温自然过滤，过滤后用反溶剂无水乙醇洗涤2～3次，阴干。
(3)阴干的滤饼在110℃下干燥4小时后收样。
实施例3
(1)称量320目脱硫石膏粉末2克、质量分数为5％的硫酸50mL，将其混合在30℃恒温水浴搅拌箱中以200r/min搅拌溶解2小时。搅拌后进行恒温过滤，将得到的滤液放入温度为40℃的圆周振荡摇床中预热，并向滤液中加入0.1克聚乙二醇(12000)。移取2.5mL乙二醇注入100mL反溶剂无水乙醇，同样放入圆周振荡摇床中预热。预热结束后，将含有表面活性剂聚乙二醇的滤液注入同温的反溶剂无水乙醇中并将圆周振荡摇床转速调至150r/min陈化养晶2小时。
(2)养晶结束后，恒温自然过滤，过滤后用反溶剂无水乙醇洗涤2～3次，阴干。
(3)阴干的滤饼在110℃下干燥4小时后收样。
实施例4
(1)称量320目脱硫石膏粉末2克、质量分数为5％的硫酸50mL，将其混合在30℃恒温水浴搅拌箱中以200r/min搅拌溶解2小时。搅拌后进行恒温过滤，将得到的滤液放入温度为40℃的圆周振荡摇床中预热，并向滤液中加入0.2克聚乙二醇(12000)。移取5.0mL乙二醇注入100mL反溶剂无水乙醇，同样放入圆周振荡摇床中预热。预热结束后，将含有表面活性剂聚乙二醇的滤液注入同温的反溶剂无水乙醇中并将圆周振荡摇床转速调至150r/min陈化养晶2小时。
(2)养晶结束后，恒温自然过滤，过滤后用反溶剂无水乙醇洗涤2～3次，阴干。
(3)阴干的滤饼在110℃下干燥4小时后收样。
实施例5
(1)称量320目脱硫石膏粉末2克、质量分数为5％的硫酸50mL，将其混合在30℃恒温水浴搅拌箱中以200r/min搅拌溶解2小时。搅拌后进行恒温过滤，将得到的滤液放入温度为40℃的圆周振荡摇床中预热，并向滤液中加入0.3克聚乙二醇(12000)。移取7.5mL乙二醇注入100mL反溶剂无水乙醇，同样放入圆周振荡摇床中预热。预热结束后，将含有表面活性剂聚乙二醇的滤液注入同温的反溶剂无水乙醇中并将圆周振荡摇床转速调至150r/min陈化养晶2小时。
(2)养晶结束后，恒温自然过滤，过滤后用反溶剂无水乙醇洗涤2～3次，阴干。
(3)阴干的滤饼在110℃下干燥4小时后收样。

Claims (5)

1.一种采用脱硫石膏制备超细硫酸钙晶须的方法，其特征在于，包括以下步骤：
①原料预处理：首先需要将原料进行适当的干燥。干燥后的脱硫石膏会产生结块现象，为便于后续处理，将其进行研磨并保存备用。
②搅拌溶解，在室温～90℃下，搅拌速度在50～500r/min条件下，将0.5～100g脱硫石膏加入到10～300mL溶剂中，搅拌0.5～8小时后，过滤得滤液。
③向得到的滤液中加入0.001～0.1g的表面活性剂和10～200mL的反溶剂进行溶析结晶。
④将得到的白色乳状悬浮液进行过滤阴干，然后在100～110℃下干燥1～8小时，得到半水硫酸钙晶须。
2.根据权利要求1所述的一种采用烟气脱硫石膏制备超细硫酸钙晶须的方法，其特征在于，所述的研磨采用标准筛20～320目筛取原料。
3.根据权利要求1或2所述的一种采用烟气脱硫石膏制备超细硫酸钙晶须的方法，其特征在于，所述的溶剂为水、盐酸、硝酸、硫酸中任一种。
4.根据权利要求1或2所述的一种采用烟气脱硫石膏制备超细硫酸钙晶须的方法，其特征在于，其所用的表面活性剂为重铬酸钾、Al2(SO4)3·18H2O、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、乙二醇、聚乙二醇中任一种或两种。
5.根据权利要求1或2所述的一种采用烟气脱硫石膏制备超细硫酸钙晶须的方法，其特征在于，其所用的反溶剂为甲醇、丙酮、乙二醇、无水乙醇中任一种。
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