CN104790041A - 一种用芒硝和钙水制备半水石膏晶须的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用芒硝和钙水制备半水石膏晶须的方法，属于化学领域。本发明方法包括如下步骤：芒硝的溶解；硫酸、钙水除杂；过滤；投入反应釜反应；过滤、配浆；发生反应；过滤得到晶须、干燥得到晶须产品。本发明具有以下优点：1、原料芒硝和钙水均为工业副产物，当前其主要作为废弃物处理，该技术有效利用芒硝和钙水资源生产高附加值无机新型材料；2、反应条件温和，易于工业化实施；3、经过改性后得到的晶须长径比为10～100，收率高，晶须的稳定性好，产品质量优良；4、整个工艺过程无废气、废水排放，达到绿色环保的要求。

Description

一种用芒硝和钙水制备半水石膏晶须的方法
技术领域
本发明属于制备石膏晶须的领域，具体涉及一种用芒硝和钙水制备半水石膏晶须的方法。
背景技术
石膏晶须，是一种新型的具有很高综合性能的无机材料。该材料具有高强度、高模量、高介电强度、耐磨耗、耐高温、耐腐蚀、红外线反射性良好、易于表面处理、与高分子聚合物的亲和力强、无毒等诸多优良的理化能。可用于塑料、橡胶、涂料、油漆、造纸、沥青、磨擦和密封材料、包覆电线的高绝缘材料中作补强增韧剂或功能型填料；又可作为保温材料、阻燃材料、耐火隔热材料、红外线反射材料；也可作为过滤器、催化剂及载体。石膏晶须价格仅为碳化硅晶须的1/200～1/300，具有其它晶须无可比拟的性价比，应用范围非常广泛，有较强的市场竞争力。
根据国外使用石膏晶须的情况，作为添加剂，石膏晶须的用量是基材的3～30％，一般为5～15％，如添加5％，若用于造纸行业，国内纸张年产总量500万吨以上，如有10％的纸张加石膏晶须，则需求50×5％＝2.5万吨；若用于塑料、橡胶行业，国内总产量800万吨以上，若有10％的产品添加石膏晶须，则需求80×5％＝4万吨，此外石膏晶须运用在磨擦材料、环境工程、轻质建材等领域，估计市场前景可望达200万吨/年。由于它用途广、市场需求量大，并且石膏晶须的生产成本低，具有较强的市场竞争力。石膏晶须产品已被列入国家鼓励类高新技术产业目录产品(是我国“863”高技术研究课题之一)。
国内制备石膏晶须的原料非常丰富，价廉易得，且很多原料可以来自生产过程中的副产品及废弃物，单就自贡地区可以用来制备石膏晶须的工业废弃物主要有盐泥及钙水63kt/a。芒硝是我国黏胶纤维生产中的主要副产物，且这类芒硝含杂质较多，其利用率很低，供远远大于求，大部分被作为废物直接排放到江河中，严重威胁着整个生态环境，污染了我国的淡水资源。
发明内容
本发明的主要目的之一在于解决：石膏晶须的原料芒硝含杂质较多，利用率很低，导致石膏晶须成品杂质含量高和产率低，直接排放到江河中严重威胁着整个生态环境的问题，提供了一种用芒硝和钙水制备半水石膏晶须的方法。
解决上述问题所采用的技术方案为：
一种用芒硝和钙水制备半水石膏晶须的方法，包括如下步骤：芒硝的溶解；硫酸、钙水除杂；过滤；投入反应釜反应；过滤、配浆；发生反应；过滤得到晶须、干燥得到晶须产品；
钙水除杂：在工业钙水中加入硫酸除杂；
芒硝的溶解：芒硝与水混合在溶解槽中溶解，得到硫酸钠溶液；
过滤：过滤加入硫酸后的钙水杂质，得到净化后的钙水，在所述净化后的钙水中加入水，得到钙水溶液；
投入反应釜反应：将所述钙水溶液加入到反应釜中，将所述硫酸钠溶液缓慢加入到所述钙水溶液中并搅拌进行反应，得到硫酸钙中间体；
过滤、配浆：过滤所述硫酸钙中间体，得到滤饼和滤液，将所述滤液加入到所述反应釜；所述滤饼加水配浆，并在搅拌釜中搅拌均匀，得到料浆；
发生反应：将所述料浆投入夹套式反应釜中反应，加入助长剂，对所述料浆进行加热，调节PH值和压力值后进行反应，反应后排除所述夹套式反应釜内水蒸汽并加入改性剂和稳定剂，进行改性反应，得到晶须；
过滤、干燥得到晶须产品：趁热过滤所述发生反应后得到的晶须，得到二次滤饼和滤液，将所述二次滤液返回所述夹套式反应釜中，所述二次滤饼在热空气干燥器中干燥，干燥后得到半水石膏晶须产品。
进一步的，所述芒硝的溶解中，所述的硫酸钠溶液的浓度为0.2～1.0mol/L。
进一步的，所述工业钙水中含有Ba2+、Sr2+离子。在所述工业钙水中加入的硫酸的质量分率为10％～30％。
进一步的，所述过滤加入硫酸后的钙水的杂质过程中得到的钙水溶液浓度为0.2～1.0mol/L。
进一步的，所述投入反应釜反应的过程中，所述钙水溶液与硫酸钠溶液的体积比值为1～2；反应条件为：搅拌速度为60～150转/分种，反应10～30min。
进一步的，所述过滤、配浆过程中，在所述滤饼中加水配浆，所述加水的质量为硫酸钙中间体质量的10～50倍。
进一步的，所述助长剂为碱金属盐水合物晶型助长剂，改性剂为晶须油水性的乳化剂，所述稳定剂为碱金属或碱土金属皂类稳定剂。
进一步的，所述发生反应过程，加入所述助长剂的质量为钙质量的5％～10％，所述加热的条件为：升温速度为4～10℃/min，反应温度为100～150℃；反应条件为：pH值5～10，压力0.1～0.5Mpa，装填系数为50～75％，反应3～6小时，所述改性反应时间为10～40min，加入的所述改性剂和所述稳定剂体积为反应溶液体积的0.1％。
进一步的，所述过滤得到晶须、干燥得到晶须产品过程，所述干燥的条件为：干燥温度为80～110℃，干燥时间为1～3h。
以工业钙水和芒硝为原料生产石膏晶须，不仅可以有效利用工业废水(钙水、芒硝)，解决其排放问题，达到绿色化工的目的，完全符合国家产业政策；而且石膏晶须属于高科技环保产品，市场需求前景广阔，经济效益明显，投产后本区又有充足低廉的原料资源。
本发明的有益效果为：
1、原料芒硝和钙水均为工业副产物，当前其主要作为废弃物处理，该技术有效利用芒硝和钙水资源生产高附加值无机新型材料。
2、反应条件温和，易于工业化实施。
3、经过改性后得到的晶须长径比为10～100，收率高，晶须的稳定性好，产品质量优良。
4、整个工艺过程无废气、废水排放，达到绿色环保的要求。
附图说明
图1所示为本发明方法工艺流程图。
具体实施方式
下文将结合附图详细描述本发明的实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。
图1所示为本发明方法流程图。
由图1可知：一种用芒硝和钙水制备半水石膏晶须的方法，包括如下步骤：硫酸、钙水除杂1；芒硝的溶解2；过滤3；投入反应釜反应4；过滤5、配浆6；发生反应7；过滤8得到晶须、干燥9得到晶须产品。
实施例1：
工业钙水中含有Ba2+、Sr2+等离子，加入质量分率为20％的硫酸除杂。
芒硝与水混合在溶解槽中溶解。得到浓度为0.2硫酸钠溶液。
过滤杂质，得到净化后的钙水，加水配制浓度为0.2mol/L的钙水溶液。
硫酸钠溶液缓慢的加入到钙水中并搅拌，钙水与硫酸钠溶液的体积比值为1。搅拌速度为60转/分，反应10min。
反应后过滤得到硫酸钙中间体，滤液返回到生产硫酸钙中间体反应器。滤饼加水配浆，水的质量为硫酸钙中间体质量的10倍，并在搅拌釜中搅拌均匀。
得到的料浆在夹套式反应釜中反应，加入碱金属盐水合物晶型助长剂，其质量为钙质量的5％。料浆升温速度4℃/min，反应温度为100℃，pH值为5，压力0.1Mpa，装填系数为60％，反应3小时。
到达反应时间后，排出反应釜内水蒸汽并加入晶须油水性的乳化剂作为改性剂，以及碱金属皂类稳定剂，改性10min，所加入的改性剂和稳定剂体积约为反应溶液体积的0.1％。
改性完成后趁热过滤。滤液返回反应釜充分利用原料。滤饼在热空气干燥器中干燥，干燥温度为80℃，干燥时间为2h即得到半水石膏晶须产品。
实施例2：
工业钙水中含有Ba2+、Sr2+等离子，加入质量分率为30％的硫酸除杂。
芒硝与水混合在溶解槽中溶解。得到浓度为1.0mol/L硫酸钠溶液。
过滤杂质，得到净化后的钙水，加水配制浓度为1.0mol/L的钙水溶液。
硫酸钠溶液缓慢的加入到钙水中并搅拌，钙水与硫酸钠溶液的体积比值为1.8。搅拌速度为150转/分，反应30min。
反应后过滤得到硫酸钙中间体，滤液返回到生产硫酸钙中间体反应器。滤饼加水配浆，水的质量为硫酸钙中间体质量的50倍，并在搅拌釜中搅拌均匀。
得到的料浆在夹套式反应釜中反应，加入碱金属盐水合物晶型助长剂，其质量为钙质量的10％。料浆升温速度10℃/min，反应温度为150℃，pH值为10，压力0.5Mpa，装填系数为75％，反应6小时。
到达反应时间后，排出反应釜内水蒸汽并加入晶须油水性的乳化剂作为改性剂，以及金属皂类稳定剂，改性40min，所加入的改性剂和稳定剂体积约为反应溶液体积的0.1％。
改性完成后趁热过滤。滤液返回反应釜充分利用原料。滤饼在热空气干燥器中干燥，干燥温度为110℃，干燥时间为2.5h即得到半水石膏晶须产品。
实施例3：
工业钙水中含有Ba2+、Sr2+等离子，加入质量分率为20％的硫酸除杂。
芒硝与水混合在溶解槽中溶解，得到浓度为0.8mol/L硫酸钠溶液。
过滤杂质，得到净化后的钙水，加水配制浓度为0.8mol/L的钙水溶液。
硫酸钠溶液缓慢的加入到钙水中并搅拌，钙水与硫酸钠溶液的体积比值为1.5。搅拌速度为100转/分，反应20min。
反应后过滤得到硫酸钙中间体，滤液返回到生产硫酸钙中间体反应器。滤饼加水配浆，水的质量为硫酸钙中间体质量的35倍，并在搅拌釜中搅拌均匀。
得到的料浆在夹套式反应釜中反应，加入碱金属盐水合物晶型助长剂，其质量为钙质量的8％。料浆升温速度8℃/min，反应温度为120℃，pH值为8，压力0.3Mpa，装填系数为65％，反应4小时。
到达反应时间后，排出反应釜内水蒸汽并加入晶须油水性的乳化剂作为改性剂，以及金属皂类稳定剂，改性30min，所加入的改性剂和稳定剂体积约为反应溶液体积的0.1％。
改性完成后趁热过滤。滤液返回反应釜充分利用原料。滤饼在热空气干燥器中干燥，干燥温度为90℃，干燥时间为1.5h即得到半水石膏晶须产品。
实施例4：
工业钙水中含有Ba2+、Sr2+等离子，加入质量分率为25％的硫酸除杂。
芒硝与水混合在溶解槽中溶解，得到浓度为0.6mol/L硫酸钠溶液。
过滤杂质，得到净化后的钙水，加水配制浓度为0.6mol/L的钙水溶液。
硫酸钠溶液缓慢的加入到钙水中并搅拌，钙水与硫酸钠溶液的体积比值为2。搅拌速度为120转/分，反应25min。
反应后过滤得到硫酸钙中间体，滤液返回到生产硫酸钙中间体反应器。滤饼加水配浆，水的质量为硫酸钙中间体质量的40倍，并在搅拌釜中搅拌均匀。
得到的料浆在夹套式反应釜中反应，加入碱金属盐水合物晶型助长剂，其质量为钙质量的6％。料浆升温速度6℃/min，反应温度为130℃，pH值为8，压力0.4Mpa，装填系数为60％，反应5小时。
到达反应时间后，排出反应釜内水蒸汽并加入晶须油水性的乳化剂作为改性剂，以及金属皂类稳定剂，改性30min，所加入的改性剂和稳定剂体积约为反应溶液体积的0.1％。
改性完成后趁热过滤。滤液返回反应釜充分利用原料。滤饼在热空气干燥器中干燥，干燥温度为100℃，干燥时间为2h即得到半水石膏晶须产品。
实施例5半水石膏晶须性能测试
当半水石膏晶须掺量为3％时，制备的粉刷石膏初凝、终凝时间分别为66、72min，抗压、抗折强度和抗冲击功分别较未掺半水石膏晶须的粉刷石膏提高了24.8％、36.1％和21.5％；粘结强度和保水率较未掺半水石膏晶须的粉刷石膏分别提高了79.0％、15.8％。半水石膏晶须与羟丙基甲基纤维素醚(HPMC)两者相互协同改善粉刷石膏的性能，半水石膏晶须掺量为3％、HPMC掺量为0.1％时，粉刷石膏的抗压、抗折强度，保水率和粘结强度分别较掺0.1％HPMC的粉刷石膏提高了19.1％、45.0％、7.1％和78.7％。
本文虽然已经给出了本发明的一些实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。

Claims (9)

1.一种用芒硝和钙水制备半水石膏晶须的方法，其特征在于，包括如下步骤：芒硝的溶解；硫酸、钙水除杂；过滤；投入反应釜反应；过滤；配浆；发生反应；过滤得到晶须、干燥得到晶须产品；
钙水除杂：在工业钙水中加入硫酸除杂；
芒硝的溶解：芒硝与水混合在溶解槽中溶解，得到硫酸钠溶液；
过滤：过滤加入硫酸后的钙水的杂质，得到净化后的钙水，在所述净化后的钙水中加入水，得到钙水溶液；
投入反应釜反应：将所述钙水溶液加入到反应釜中，将所述硫酸钠溶液缓慢加入到所述钙水溶液中并搅拌进行反应，得到硫酸钙中间体；
过滤、配浆：过滤所述硫酸钙中间体，得到滤饼和滤液，将所述滤液加入到所述反应釜；所述滤饼加水配浆，并在搅拌釜中搅拌均匀，得到料浆；
发生反应：将所述料浆投入夹套式反应釜中反应，加入助长剂，对所述料浆进行加热，调节PH值和压力值后进行反应，反应后排除所述夹套式反应釜内水蒸汽并加入改性剂和稳定剂，进行改性反应，得到晶须；
过滤、干燥得到晶须产品：趁热过滤所述发生反应后得到的晶须，得到二次滤饼和二次滤液，将所述二次滤液返回所述夹套式反应釜中，所述二次滤饼在热空气干燥器中干燥，干燥后得到半水石膏晶须产品。
2.根据权利要求1所述的一种用芒硝和钙水制备半水石膏晶须的方法，其特征在于，所述芒硝的溶解中，所述的硫酸钠溶液的浓度为0.2～1.0mol/L。
3.根据权利要求1所述的一种用芒硝和钙水制备半水石膏晶须的方法，其特征在于，所述工业钙水中含有Ba2+、Sr2+离子，在所述工业钙水中加入的硫酸的质量分率为10％～30％。
4.根据权利要求1所述的一种用芒硝和钙水制备半水石膏晶须的方法，其特征在于，所述过滤加入硫酸后的钙水的杂质过程中得到的钙水溶液浓度为0.2～1.0mol/L。
5.根据权利要求1所述的一种用芒硝和钙水制备半水石膏晶须的方法，其特征在于，所述投入反应釜反应的过程中，所述钙水溶液与硫酸钠溶液的体积比值为1:1～1:2；反应条件为：搅拌速度为60～150转/分种，反应10～30min。
6.根据权利要求1所述的一种用芒硝和钙水制备半水石膏晶须的方法，其特征在于，所述过滤、配浆过程中，在所述滤饼中加水配浆，所述加水的质量为硫酸钙中间体质量的10～50倍。
7.根据权利要求1所述的一种用芒硝和钙水制备半水石膏晶须的方法，其特征在于，所述助长剂为碱金属或碱土盐水合物晶型助长剂，改性剂为晶须油水性的乳化剂，所述稳定剂为碱金属或碱土金属皂类稳定剂。
8.根据权利要求1所述的一种用芒硝和钙水制备半水石膏晶须的方法，其特征在于，所述发生反应过程，加入所述助长剂的质量为钙质量的5％～10％，所述加热的条件为：升温速度为4～10℃/min，反应温度为100～150℃；反应条件为：pH值5～10，压力0.1～0.5Mpa，装填系数为50～75％，反应3～6小时，所述改性反应时间为10～40min，加入的所述改性剂和所述稳定剂体积为反应溶液体积的0.1％。
9.根据权利要求1所述的一种用芒硝和钙水制备半水石膏晶须的方法，其特征在于，所述过滤得到晶须、干燥得到晶须产品过程，所述干燥的条件为：干燥温度为80～110℃，干燥时间为1～3h。
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