CN105858705A - 一种用废硫酸溶液制备低游离水含量二水石膏的方法 - Google Patents

一种用废硫酸溶液制备低游离水含量二水石膏的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用工业废硫酸溶液制备二水石膏的方法，通过控制转晶剂浓度、碳酸钙粒度和废硫酸浓度等工艺条件，获得形貌规则、中位径最大为39.84um，游离水含量最低为13.40％的二水石膏。当转晶剂氨基三亚甲基膦酸溶液浓度为0.003～0.015mol/l，碳酸钙中位径为5～20um，废硫酸溶液浓度为5～250g/l时，将废硫酸加入固含量为5‑30％的碳酸钙悬浮液中进行中和反应，生成物经离心脱水或压滤脱水，得到可直接用于水泥工业的游离水含量为13.0‑20.0％的二水石膏。本发明对工业废硫酸的资源化利用，减少天然石膏的使用有重要的作用。

Description

一种用废硫酸溶液制备低游离水含量二水石膏的方法
技术领域
本发明涉及二水石膏的制备，具体是涉及一种用废硫酸溶液制备低游离水含量二水石膏的方法。
背景技术
化工、燃料、石油、医药等行业中会使用大量的硫酸，这些硫酸并没有转化到产品中去，而是大部分以废酸形式存在。由于废酸处理技术落后及处理成本较高，大部分企业并没有将这些废酸进行处理、回收和利用，而是简单的直接排放，这样不仅浪费了资源，而且对环境造成了极大的威胁。目前，国家对企业的废水排放已经做出了严格的要求标准，同时鼓励企业将废水经处理后回收利用。目前企业采用的主要方法是加入石灰(或电石渣)或碳酸钙中和，从而得到中和处理产物-石膏。
石膏是一种应用历史悠久的建筑材料，与石灰、水泥并列为无机胶凝材料中的三大支柱材料。它具有重量轻，耐火性能好，传热传声小、施工高效、对人体亲和无害等优点，是国际上推崇发展的节能型绿色材料。我国是石膏资源大国，天然石膏储量达600亿吨以上，居世界第一位，此外工业副产物化学石膏的排放量呈不断增长趋势，已经成为国家鼓励和提倡利用的一种工业废料，因此大力发展石膏基材料具备得天独厚的资源优势。
然而采用简单的中和工艺反应生成的二水石膏颗粒细小，分离后石膏中的游离水含量常常在35-50％之间，由于石膏所含游离水太高，无法在水泥厂水泥磨的进料口顺畅进料，从而使得废硫酸和石灰或碳酸钙中和后形成的石膏无法作为水泥的缓凝剂使用。此外，过细的石膏颗粒和过高的游离水含量也使得采用简单中和工艺生产出来的石膏无法煅烧出力学性能合格的建筑石膏粉，无论是具体的技术指标还是经济效益都不可行。通常工业得到的二水石膏基本都呈针状，颗粒比较细，而且游离水含量很高，所以利用率不高。研究选择适宜的工艺条件对实现石膏的回收利用起到重要的作用，目前研究的工艺条件有：反应温度、反应时间、溶液的成分、转晶剂的种类等。但对于转晶剂浓度、碳酸钙粒度和废硫酸浓度等对石膏颗粒大小及形貌影响的研究工作却不多见，因此，通过研究不同的转晶剂浓度、碳酸钙粒度和废硫酸浓度条件 下得到的石膏的形貌、大小和游离水含量，确定制备形貌规则、颗粒大、游离水含量低的二水石膏的工艺条件显得尤为重要。
发明内容
技术问题：本发明的目的在于提供一种用废硫酸溶液制备低游离水含量二水石膏的方法，通过控制转晶剂浓度、碳酸钙粒度和废硫酸浓度等工艺条件，制备形貌规则、颗粒大、游离水含量低的二水石膏。
技术方案：本发明的一种用废硫酸溶液制备低游离水含量二水石膏的方法包括步骤如下：
1).将碳酸钙按固含量为5％～30％的比例加入反应釜内的水中，形成悬浮液；
2).转晶剂采用氨基三亚甲基膦酸溶液，浓度为0.003～0.015mol/l，加入上述悬浮液内；
3).将废硫酸溶液与碳酸钙按摩尔比为1∶1的比例量取，将废硫酸溶液加入到反应釜内；
4).调节釜内搅拌器的转速为120～300转/分，使碳酸钙与废硫酸溶液发生中和反应；
5).将中和完成后生成的石膏悬浮液进离心机脱水或压滤脱水，得到低游离水含量二水石膏。
其中：
在步骤1)中，碳酸钙的平均粒径选为5～20um。
在步骤2)中，选用氨基三亚甲基膦酸溶液(0.003～0.015mol/l)为转晶剂，促使晶体长大。
在步骤3)中，废硫酸溶液的浓度选为5～250g/l。
在步骤3)中，采用废硫酸溶液或工业硫酸。
有益效果：本发明采用的制备低游离水含量二水石膏的方法，通过控制转晶剂浓度、碳酸钙粒度和废硫酸浓度等工艺条件，制备得到形貌规则、中位径最大为39.84um、游离水含量最低为13.40％的二水石膏。
附图说明
图1：本发明中二水石膏的制备流程图，
图2：本发明中生成二水石膏的X射线衍射图，
图3：本发明中生成二水石膏的扫描电镜图，
图4：本发明中生成石膏的粒度分布图。
具体实施方式
下面以具体实施案例对本发明作进一步说明。
实施例1：
具体实施步骤如附图1所示，按照固含量为20％的比例称取102g中位径为6.29um的碳酸钙，400g水，加入反应釜内。加入转晶剂氨基三亚甲基膦酸溶液，浓度选取为0.009mol/l。取浓度为200g/l的废硫酸溶液500ml，将废硫酸溶液加入到反应釜内。调节搅拌器的转速为200转/分，使碳酸钙与废硫酸溶液发生中和反应。将中和完成后生成的石膏悬浮液加入离心机脱水，对脱水后的石膏测其形貌、游离水含量和粒度分布。
如附图2所示，用废硫酸溶液和碳酸钙制备二水石膏基本全部生成了二水石膏，仅含有少量杂质。对脱水后的二水石膏进行测定，其粒度分布见图4，二水石膏的中位径为31um，石膏粒度分布均匀，形貌见图3，游离水含量为17.35％，明显低于工业制备的二水石膏的游离水含量。
实施例2：
按照固含量为20％的比例称取102g中位径为6.29um的碳酸钙，400g水，加入反应釜内。加入转晶剂氨基三亚甲基膦酸溶液，浓度选取为0.006mol/l。取浓度为200g/l的废硫酸溶液500ml，将废硫酸溶液加入到反应釜内。调节搅拌器的转速为200转/分，使碳酸钙与废硫酸溶液发生中和反应。将中和完成后生成的石膏悬浮液加入离心机脱水，对脱水后的二水石膏进行测定，其粒度分布见图4，二水石膏的中位径为33.66um，且粒径分布比较均匀，形貌是具有一定厚度、形状规则的菱形，游离水含量为16.41％。
实施例3：
按照固含量为20％的比例称取中位径为11.62um的碳酸钙102g，称取400g水，加入反应釜内，并加入浓度为0.006mol/l的氨基三亚甲基膦酸溶液。取浓度为200g/l的废硫酸溶液500ml，将废硫酸溶液加入到反应釜内。调节搅拌器的转速为200转/分，使碳酸钙与废硫酸溶液发生中和反应。将中和完成后生成的石膏加入离心机脱水，对脱水后的二水石膏进行测定，其粒度分布见图4，二水石膏的中位径为27.33um，石膏粒度分布均匀，形貌是具有规则形状的菱形，石膏游离水含量为14.01％。
实施例4：
称取浓度为50g/l的废硫酸溶液500ml，中位径为11.62um的碳酸钙25.5g，称取102g水，将废硫酸溶液加入到反应釜内，并加入浓度为0.006mol/l的氨基三亚甲基膦酸溶液。调节搅拌器的转速为200转/分，使碳酸钙与废硫酸溶液发生中和反应。将中和完成后生成的石 膏放入离心机脱水，对脱水后的二水石膏进行测定，其粒度分布见图4，二水石膏的中位径为39.84um，粒度分布均匀，形貌是呈规则的、具有一定厚度的菱形，二水石膏游离水含量为13.40％。

Claims (5)

1.一种用废硫酸溶液制备低游离水含量二水石膏的方法，其特征在于，该方法包括步骤如下：
1).将碳酸钙按固含量为5％～30％的比例加入反应釜内的水中，形成悬浮液；
2).转晶剂采用氨基三亚甲基膦酸溶液，浓度为0.003～0.015mol/l，加入上述悬浮液内；
3).将废硫酸溶液与碳酸钙按摩尔比为1∶1的比例量取，将废硫酸溶液加入到反应釜内；
4).调节釜内搅拌器的转速为120～300转/分，使碳酸钙与废硫酸溶液发生中和反应；
5).将中和完成后生成的石膏悬浮液进离心机脱水或压滤脱水，得到低游离水含量二水石膏。
2.根据权利要求1所述的用废硫酸溶液制备低游离水含量二水石膏的方法，其特征在于，在步骤1)中，碳酸钙的平均粒径选为5～20um。
3.根据权利要求1所述的用废硫酸溶液制备低游离水含量二水石膏的方法，其特征在于，在步骤2)中，选用氨基三亚甲基膦酸溶液(0.003～0.015mol/l)为转晶剂，促使晶体长大。
4.根据权利要求1所述的用废硫酸溶液制备低游离水含量二水石膏的方法，其特征在于，在步骤3)中，废硫酸溶液的浓度选为5～250g/l。
5.根据权利要求1所述的用废硫酸溶液制备低游离水含量二水石膏的方法，其特征在于，在步骤3)中，采用废硫酸溶液或工业硫酸。
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