CN105483816A - 一种电石渣与废硫酸制备硫酸钙晶须的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种电石渣与废硫酸制备硫酸钙晶须的方法。该方法包括电石渣粉磨过筛、酸浸混合反应、废硫酸除杂脱色、硫酸钙浆液的制备及过滤、硫酸钙配浆和硫酸钙晶须合成等步骤。本发明以电石渣与废硫酸为主要原料,采用常温常压酸化法生产硫酸钙晶须,不仅有效解决了电石渣与废硫酸长期堆放和储存存在的环境污染和安全隐患问题,而且工艺简单,设备要求低,产品科技含量和附加值高,易于工业化,符合发展国家循环经济的产业政策,市场前景广阔。

Description

一种电石渣与废硫酸制备硫酸钙晶须的方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种电石渣与废硫酸制备硫酸钙晶须的方法,尤其涉及一种利用电石渣与废硫酸为原料,采用常温常压酸化盐酸循环的方法制备硫酸钙晶须的方法。
背景技术
[0002]电石渣是电石法乙炔生产过程中电石水解获取乙炔气后以Ca(0H)2为主要成分的废渣,同时还含有硅、铝铁、镁及碳酸钙等杂质。电石渣呈强碱性,数量庞大,运输成本高,且会造成二次污染;如果就地堆放,常给对周边的环境造成严重的环境污染,是我国清洁生产和资源循环利用的重点和难点。目前我国的电石渣只有少量的用于混凝土、水泥、碳酸钙及脱硫剂,大部分的则作为固体废渣,没有得到充分的利用。硫酸是我国产量最大的基础化学品之一,被广泛应用于化肥、石油化工、燃料和医药等行业领域。废硫酸主要产生于工业生产中有机物的硝化、磺化、酯化、烷基化、催化和气体干燥等过程,具有强腐蚀性,浓度较低且含有一定量的无机或有机杂质,如不处理容易造成环境污染和安全隐患。基于资源综合利用、环境保护以及发展循环经济的要求,开展以电石渣与废硫酸为原料,生产硫酸钙晶须高附加值化工产品具有非常重要的经济意义和社会意义。
[0003]目前,已经有报道的电石渣资源化利用的方法主要集中在生产混凝土、水泥、碳酸钙及脱硫剂等。具有代表性的方法包括CN201410280455公开了一种电石渣水泥熟料生产线工艺:收集高硅砂岩、钢渣和煤渣并加入粉碎机粉碎,粉碎后加入电石渣后导入选粉机选料,选料后得到生料并导入均化库暂存;将选好的粉状生料加入预热器预热,预热后导入分解炉、同时导入煤粉;将预热并加入煤粉的生料导入回转窑再加入煤粉,再通过篦冷机冷却并输送至熟料库即得水泥熟料。CN201410153763公开了以电石渣为钙质原料并处理垃圾焚烧烟气的熟料烧成系统,该发明充分结合电石渣物料的碱性和分解特性,兼顾垃圾焚烧过程中有机物分解和再次合成特性,用工业废渣一电石渣替代石灰石原料烧制水泥熟料,并处理垃圾焚烧烟气,实现垃圾焚烧烟气的彻底净化。CN104609452A公开了一种电石渣制备活性碳酸钙晶须的方法,该发明以电石渣和氯化铵及二氧化碳为原料,按电石渣和氯化铵摩尔比在1.6〜1.9间沸腾反应制备氯化钙和20%左右的氨水,氨水与二氧化碳在pH9〜9.5下制备碳酸铵。调整氯化钙和碳酸铵浓度在0.1〜1.5mol/L间,在超声搅拌作用下,以相同速度滴加到0-4%的聚丙烯酰胺溶液中,于20〜70°C间搅拌反应20〜60min,得碳酸钙晶须,过滤后,以0.01-0.05mol/L的硬脂酸钠室温改性0.1〜1.0h,过滤,105°C烘干,得活性碳酸钙晶须,生成的氯化铵经蒸发浓缩为20〜32%循环使用。CN103668424A公开了一种以电石渣为原料生产石膏晶须的方法,该发明主要包括如下步骤:(1)电石渣干燥、球磨、煅烧;(2)将经煅烧处理步骤后得到的电石渣与稀硫酸反应;将沉淀产物水洗、离心分离;(3)将步骤
(2)得到的固体用水调浆,加入一定质量分数的助晶剂,然后转入水热反应釜中水热反应;将水热反应后的产物水洗、离心、干燥,即可得到石膏晶须产品。
[0004]目前,废硫酸的处理工艺技术主要有废硫酸浓缩、高温裂解、生产化肥、化学氧化、萃取、中和处理等,一般根据废硫酸产量、浓度、杂质成分及含量和用途的不同而采取不同技术。CN201510387858公开了一种烷基化油废硫酸的循环利用技术:异丁烯二聚生产异辛烷产生的废硫酸,直接或加入适量硫磺加热到180〜260°C,产生二氧化硫,二氧化硫经水洗、干燥后产生纯净的二氧化硫,可以进一步生产亚硫酸盐或通过二氧化硫催化氧化、吸收等工序生产硫酸。CN201510133800公开了一种利用工业废硫酸生产电石渣化学石膏的系统和方法,该发明生产系统包括反应系统及尾气处理系统:反应系统由废酸储存装置、电石渣料仓、真空耙式反应器组成,反应在真空耙式反应器内进行,反应热由循环水带走;尾气处理系统包括两台填料吸收塔、两台循环栗、废碱罐及引风机,用废碱液作为吸收液,吸收后的液体返回真空耙式反应器混入石膏中。CN201410836956公开了一种利用制碱废液和废硫酸制多用途硫酸钙晶须的方法,该发明包括了以下具体步骤:(1)将盐酸和形貌调控剂加入反应器中,开启搅拌,加入加热至50〜150°C; (2)将制碱废液氯化钙溶液和废硫酸分别预热到50〜150°C,加入到反应器中;(3)调节搅拌转速,强化传质和传热;(4)保持反应温度恒定,至反应结束;(5)过滤,洗涤,干燥,得到产品。
[0005]现有硫酸钙晶须产品的制备工艺技术主要采用天然矿产资源和石膏为原材料。CN201510342626公开了一种以石灰石为原料的硫酸钙晶须制备方法,采用粉磨、浸出、调浆、升温、结晶、用水热法进行定性、蒸压、干燥等工序生产的硫酸钙晶须。CN201510309296公开一种一步水热法制备无水硫酸钙晶须的方法,该发明主要步骤包括:A、将生石膏置于水中,配制成第一悬浊液,在搅拌下加入晶形控制剂,形成浆料;其中水与生石膏的液固质量比为5.5〜30:1;晶形控制剂与生石膏的摩尔比为0.7〜5:1 ;B、将浆料转移至水热反应釜中,在搅拌下水热反应2h〜10h,得到第二悬浊液;其中,水热反应釜的设置温度为170°C〜220°C;C、将第二悬浊液固液分离,获得滤饼和滤液,滤饼经洗涤、烘干得到无水硫酸钙晶须。CN201510007196公开了一种用磷石膏制备硫酸钙晶须的方法,该发明包括的步骤:1)将磷石膏原料进行破碎、粉磨得到磷石膏粉;2)将获得的磷石膏粉与稀酸混合,置于带搅拌装置的反应器中,控制一定的温度进行反应,获得含钙和硫酸根离子及不溶物的酸性混合液;
3)将获得的混合液趁热过滤,得到酸性滤液;4)将获得的酸性滤液降温结晶,过滤,洗涤,干燥,获得硫酸钙晶须。
[0006]总之,现有电石渣与废硫酸资源化利用存在资源综合利用效率低,生产条件苛刻,设备要求高,产品附加值不高,容易产生二次污染等问题。以天然矿产资源和石膏制备硫酸钙晶须时,需要经过粉碎和长时间细磨,能耗大,晶型转化在高压条件下,设备要求较高,产品纯度低。以电石渣与废硫酸为主要原料,常温常压盐酸循环工艺生产硫酸钙晶须产品,对这两种工业废弃物的资源化、减量化与高值化利用,创建环境友好型社会具有非常重要的战略意义。
发明内容
[0007]本发明提供一种电石渣与废硫酸制备硫酸钙晶须的方法,即利用电石渣与废硫酸为主要原料,解决现有电石渣与废硫酸资源化利用和硫酸钙晶须制备技术中的缺陷,实现降低原料成本与单位产品能耗,提高资源利用率,保护环境的同时,获得具有良好质量的硫酸钙晶须产品。
[0008]本发明的技术方案为:
[0009] —种电石渣与废硫酸制备硫酸钙晶须的方法,包括以下步骤:
[0010] 1)将电石渣进行进行粉磨,过筛后,配制成电石渣浆液;
[0011] 2)酸浸混合反应:将酸与电石渣浆液按比例混合进行酸浸混合反应,反应完成后过滤得到钙盐溶液和酸浸渣;
[0012] 3)废硫酸除杂脱色:用活性炭对废硫酸溶液进行脱色除杂后,配制成稀硫酸溶液;
[0013] 4)硫酸钙浆液的制备:在搅拌条件下将步骤3)所得的稀硫酸溶液缓慢滴加到步骤
2)所制得的钙盐溶液中,反应制得硫酸钙浆液;
[0014] 5)硫酸钙过滤:将步骤4)所制得的硫酸钙浆液进行过滤,滤液为稀酸,返回步骤2)循环使用,滤渣为硫酸钙;
[0015] 6)硫酸钙配浆:将步骤5)所制得的硫酸钙配制成硫酸钙浆液;
[0016] 7)硫酸钙晶须的水热合成:将步骤6)所得硫酸钙浆液进行水热合成反应,反应完成后,陈化、过滤、烘干得到硫酸钙晶须。
[0017]上述的电石渣与废硫酸制备硫酸钙晶须的方法,步骤1)的电石渣粉磨至粒度100〜800目,电石渣楽液的质量百分数为10〜80%。
[0018]上述的电石渣与废硫酸制备硫酸钙晶须的方法,步骤2)所用酸的摩尔浓度为1〜12mol/L,酸与电石渣中氧化钙的物质的量之比为0.9〜1.7:1。
[0019]上述的电石渣与废硫酸制备硫酸钙晶须的方法,步骤3)的稀硫酸溶液的摩尔浓度为1〜9mol/L。
[0020]上述的电石渣与废硫酸制备硫酸钙晶须的方法,步骤4)搅拌的速度为100〜600r/min;所述反应的时间为10〜120min。
[0021]上述的电石渣与废硫酸制备硫酸钙晶须的方法,步骤6)的硫酸钙浆液的质量百分数为10〜80%。
[0022]上述的电石渣与废硫酸制备硫酸钙晶须的方法,步骤2)中的酸为草酸、柠檬酸、稀硫酸或盐酸中的一种或两种以上,以脱除其中微量的铝、镁、铁等金属杂质。
[0023]上述的电石渣与废硫酸制备硫酸钙晶须的方法,步骤7)的水热合成反应的温度为80〜150°C,时间为1〜6h;所述陈化的时间为1〜12h;所述烘干的温度100〜150°C。
[0024]本发明的技术效果在于:
[0025] (1)本发明提供的方法工艺流程短,副产物HC1可以在生产过程中循环使用,少量的酸浸渣可用于水泥等建材行业作为原料和燃料使用,使得整个工艺方法实现了零排放、低能耗和经济环保。
[0026] (2)本发明采用电石渣与废硫酸为原料生产硫酸钙晶须产品,实现了工业废弃物的高值化综合利用,产品的附加值高。
[0027] (3)本发明对设备的要求低,便于工业化推广。
[0028] (4)本发明生产的硫酸钙晶须产品纯度高、颗粒均匀。
附图说明
[0029]图1为本发明的工艺流程框图。
[°03°]图2为实施例1所得的硫酸钙晶须。
[0031]图3为实施例1所得的硫酸钙晶须的扫描电镜图。
[0032]图4为实施例2所得的硫酸钙晶须的电镜扫描图。
具体实施方式
[0033]下面结合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,在不脱离本发明设计思想的前提下,本领域技术人员对本发明的技术方案作出的各种变化和改进,均属于本发明的保护范围。
[0034] 实施例1
[0035]本实施例中电石渣的化学成分中0&(0!1)2含量90%。
[0036]本发明的电石渣与废硫酸制备硫酸钙晶须的方法,其工艺流程如图1所示,包括以下步骤:
[0037] (1)将电石渣进行进行粉磨100目,过筛后,配制成质量百分数为50%的浆液;
[0038] 2)将3mol/L的盐酸与电石渣浆液中氧化钙含量按摩尔比1.2:1进行酸浸混合反应20min,反应完成后过滤得到氯化钙溶液和酸浸渣;
[0039] 3)用活性炭对废硫酸溶液进行脱色除杂后,配制成9mol/L的稀硫酸溶液;
[0040] 4)在200r/min的搅拌条件下,将稀硫酸溶液缓慢滴加到氯化钙溶液中反应30min;
[0041] 5)将上述步骤所制得的硫酸钙浆液进行过滤,滤液为稀盐酸返回步骤2)循环使用,滤渣为硫酸钙;
[0042] 6)将上述步骤过滤所得的硫酸钙配制成质量百分数浓度为20%浆液;
[0043] 7)将上述步骤所得硫酸钙浆液进行水热合成反应,水热反应的温度为80°C,反应时间lh,陈化时间为2h,经过滤,120°C烘干后即得硫酸钙晶须产品。
[0044]经检测,电石渣中氧化钙的回收率达到91%,硫酸钙晶须(见图2)的理化性能指标为纯度98%,白度96、晶须长度为55μπι,长径比为20。
[0045] 实施例2
[0046] 本实施例中电石渣的化学成分中Ca(OH)2含量90%。
[0047]本发明的电石渣与废硫酸制备硫酸钙晶须的方法,其工艺流程如图1所示,包括以下步骤:
[0048] (1)将电石渣进行进行粉磨100目,过筛后,配制成质量百分数为25%的浆液;
[0049] 2)将2mol/L的盐酸与电石渣浆液中氧化钙含量按摩尔比1.6:1进行酸浸混合反应20min,反应完成后过滤得到氯化钙溶液和酸浸渣;
[0050] 3)用活性炭对废硫酸溶液进行脱色除杂后,配制成2mol/L的稀硫酸溶液;
[0051 ] 4)在200r/min的搅拌条件下,将稀硫酸溶液缓慢滴加到氯化钙溶液中反应30min;
[0052] 5)将上述步骤所制得的硫酸钙浆液进行过滤,滤液为稀盐酸返回步骤2)循环使用,滤渣为硫酸钙;
[0053] 6)将上述步骤过滤所得的硫酸钙配制成质量百分数浓度30%的浆液;
[0054] 7)将上述步骤所得硫酸钙浆液分两阶段进行水热合成反应,第一阶段水热反应的温度为80°C,反应时间lh,第二阶段水热反应的温度为95°C,反应时间2h,随后陈化时间为4h,经过滤,120°C烘干后即得硫酸钙晶须产品。
[0055]经检测,电石渣中氧化钙的回收率达到95 %,硫酸钙晶须的理化性能指标为纯度98%,白度96、晶须长度为85μπι,长径比为40。
[0056] 实施例3
[0057]本实施例中电石渣的化学成分中0&(0!1)2含量90%。
[0058]本发明的电石渣与废硫酸制备硫酸钙晶须的方法,其工艺流程如图1所示,包括以下步骤:
[0059] (1)将电石渣进行进行粉磨200目,过筛后,配制成质量百分数为25%的浆液;
[0060] 2)将lmol/L的盐酸与电石渣浆液中氧化钙含量按摩尔比1.6:1进行酸浸混合反应30min,反应完成后过滤得到氯化钙溶液和酸浸渣;
[0061] 3)用活性炭对废硫酸溶液进行脱色除杂后,配制成3mol/L的稀硫酸溶液;
[0062] 4)在120r/min的搅拌条件下,将稀硫酸溶液缓慢滴加到氯化钙溶液中反应40min;
[0063] 5)将上述步骤所制得的硫酸钙浆液进行过滤,滤液为稀盐酸返回步骤2)循环使用,滤渣为硫酸钙;
[0064] 6)将上述步骤过滤所得的硫酸钙配制成质量百分数浓度30%的浆液;
[0065] 7)将上述步骤所得硫酸钙浆液分两阶段进行水热合成反应,第一阶段水热反应的温度为80°C,反应时间0.5h,第二阶段水热反应的温度为95°C,反应时间4h,随后陈化时间为2h,经过滤,120°C烘干后即得硫酸钙晶须产品。
[0066]经检测,电石渣中氧化钙的回收率达到93%,硫酸钙晶须的理化性能指标为纯度98%,白度96、晶须长度为65μπι,长径比为20。

Claims (8)

1.一种电石渣与废硫酸制备硫酸钙晶须的方法,其特征在于包括以下步骤: 1)将电石渣进行进行粉磨,过筛后,配制成电石渣浆液; 2)酸浸混合反应:将酸与电石渣浆液按比例混合进行酸浸混合反应,反应完成后过滤得到钙盐溶液和酸浸渣; 3)废硫酸除杂脱色:用活性炭对废硫酸溶液进行脱色除杂后,配制成稀硫酸溶液; 4)硫酸钙浆液的制备:在搅拌条件下将步骤3)所得的稀硫酸溶液滴加到步骤2)所制得的钙盐溶液中,反应制得硫酸钙浆液; 5)硫酸钙过滤:将步骤4)所制得的硫酸钙浆液进行过滤,滤液为稀酸,返回步骤2)循环使用,滤渣为硫酸钙; 6)硫酸钙配浆:将步骤5)所制得的硫酸钙配制成硫酸钙浆液; 7)硫酸钙晶须的水热合成:将步骤6)所得硫酸钙浆液进行水热合成反应,反应完成后,陈化、过滤、烘干得到硫酸钙晶须。
2.根据权利要求1所述的电石渣与废硫酸制备硫酸钙晶须的方法,其特征在于:所述步骤1)的电石渣粉磨至粒度100〜800目,电石渣浆液的质量百分数为10〜80 %。
3.根据权利要求1所述的电石渣与废硫酸制备硫酸钙晶须的方法,其特征在于:所述步骤2)所用酸的摩尔浓度为1〜12mol/L,酸与电石渣中氧化钙的物质的量之比为0.9〜1.7:Ιο
4.根据权利要求1所述的电石渣与废硫酸制备硫酸钙晶须的方法,其特征在于:所述步骤3)的稀硫酸溶液的摩尔浓度为1〜9m ο 1 / L。
5.根据权利要求1所述的电石渣与废硫酸制备硫酸钙晶须的方法,其特征在于:所述步骤4)搅拌的速度为100〜600r/min;所述反应的时间为10〜120min。
6.根据权利要求1所述的电石渣与废硫酸制备硫酸钙晶须的方法,其特征在于:所述步骤6)的硫酸钙浆液的质量百分数为10〜80%。
7.根据权利要求1所述的电石渣与废硫酸制备硫酸钙晶须的方法,其特征在于:所述步骤2)中的酸为草酸、柠檬酸、稀硫酸或盐酸中的一种或两种以上。
8.根据权利要求1所述的电石渣与废硫酸制备硫酸钙晶须的方法,其特征在于:所述步骤7)的水热合成反应的温度为80〜150°C,时间为1〜6h ;所述陈化的时间为1〜12h;所述烘干的温度100〜150°C。
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