CN108793091A - 一种制备阻燃性塑料建材联产硫酸的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种制备阻燃性塑料建材联产硫酸的工艺，包括如下步骤：将磷石膏、高硫铝土矿、添加剂和改性剂混合并研磨制成生料，送入窑内焙烧，制得熟料，对熟料进行水磨溶出，并进行固液分离，分离得到的液体加工得到氢氧化铝，再与高压聚乙烯、硅烷偶联剂、增塑剂、氢氧化镁、阻燃助剂、氧化锌和发泡剂制得阻燃性塑料建材，分离得到的固体焙烧后加工制得硫酸。本发明将磷石膏和高硫铝土矿进行综合利用，具有减少环境污染，附加值高，利用率高，工艺简单的特点，且本发明制得的氢氧化铝是作为阻燃性塑料建材的良好阻燃剂原料，所制备的阻燃性塑料建材具有生产成本低的优点。

Description

一种制备阻燃性塑料建材联产硫酸的工艺
技术领域
本发明涉及一种制备阻燃性塑料建材联产硫酸的工艺，属于冶金化工领域。
背景技术
塑料建材是建材工业中冉冉升起的一颗新星，随着中国近几年房地产业的迅猛增长、国家对基础设施投入加大，中国的塑料建材业已成为塑料行业中仅次于包装的第二大支柱产业，年均增速超过15%。近几年来，随着塑料建材的使用越来越广泛，人们也对塑料建材提出了越来越高的要求，特别是在安全性方面，所以出现了许多阻燃性较高的塑料建材，但是现目前由于这类塑料建材中重要的无机阻燃剂氢氧化铝的价格较高，导致了这类塑料建材生产成本高的问题。
我国铝土矿探明储量达到23亿吨，但其中一水硬铝石型高硫铝土矿占到了总储量的6.52%。这类矿石的特点是含铝含硫高、硅含量较低。此类高硫铝土矿若直接用于传统氧化铝的生产，其中的硫会会破坏铝土矿的溶出性能，硫的积累使碱耗增加，种分分解率下降，引起溶液中铁离子浓度增高，氢氧化铝被污染。影响正常的生产操作，甚至使生产无法进行。
磷石膏是指在磷酸生产中用硫酸处理磷矿时产生的固体废渣，其主要成分为硫酸钙，此外还含有多种其他杂质。目前，全世界每年排放磷石膏总量约为1.2-1.4亿吨，我国约为5000万吨左右，占全球年排放磷石膏总量的25-29%，这一数量呈增加趋势，且目前国内磷石膏堆放量达2.5亿吨，排出的磷石膏渣占用大量土地，形成渣山，严重污染环境。
现目前，我国一方面磷石膏大量堆积，污染环境，对磷石膏的利用，主要是用作建筑材料方面，但是磷石膏中夹带的酸会导致建材品质下降，而且附加值也低；另一方面，对于高硫铝土矿，虽然出现了一些提铝工艺，但是这些工艺大都对高硫铝土矿的利用率不高且工艺较为复杂。目前综合利用磷石膏和高硫铝土矿制阻燃性塑料建材并联产酸的工艺，未见报道。
发明目的
本发明的目的在于，提供一种制备阻燃性塑料建材联产硫酸的工艺。本发明将磷石膏和高硫铝土矿进行综合利用，具有减少环境污染，附加值高，利用率高，工艺简单的特点，且本发明制得的氢氧化铝是作为阻燃性塑料建材的良好阻燃剂原料，所制备的阻燃性塑料建材具有生产成本低的优点。
本发明的技术方案
一种制备阻燃性塑料建材联产硫酸的工艺，包括如下步骤：
A、将磷石膏、高硫铝土矿、添加剂和改性剂混合并研磨制成生料，送入窑内焙烧，制得熟料，对熟料进行水磨溶出，并进行固液分离；
B、向步骤A中固液分离得到的液体中加入氧化钙，加热搅拌，过滤，制得偏铝酸钠溶液；
C、向步骤B制得的偏铝酸钠溶液中通入CO2气体，得氢氧化铝沉淀，用蒸馏水洗涤氢氧化铝沉淀，对洗涤后的氢氧化铝沉淀进行烘干，研磨，制得氢氧化铝；
D、取步骤C制得的氢氧化铝，与高压聚乙烯、硅烷偶联剂、增塑剂、氢氧化镁、阻燃助剂、氧化锌和发泡剂一同加入搅拌桶中，进行搅拌，然后放入滚轴机中滚压，再放入发泡机中进行发泡，制得阻燃性塑料建材；
E、将步骤A中固液分离得到的沉淀进行浮选，分离出硫化物，将分离出的硫化物进行焙烧，再将焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后，采用浓硫酸进行吸收，制得硫酸。
前述的制备阻燃性塑料建材联产硫酸的工艺，步骤A中，所述高硫铝土矿中硫含量高于0.7%；所述添加剂为碳酸钠、硫酸钠或烧碱；所述改性剂为无烟煤、碳或煤矸石；所述窑为工业回转窑、工业隧道窑或工业立窑。
前述的制备阻燃性塑料建材联产硫酸的工艺，步骤A中，所述的生料中，磷石膏和高硫铝土矿按照1-1.3:1-1.7重量比的比例混合，添加剂添加比例按生料中所含Na2O和Al2O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加，改性剂的混合比例为生料总重量的12-20%；所述焙烧温度为1080-1380℃，时间为0.5-5h；所述水磨溶出时的液固体积比为4-6:1。
前述的制备阻燃性塑料建材联产硫酸的工艺，步骤B中，所述氧化钙为分析纯，用量为7-12g/L；所述加热的温度为80-90℃；所述搅拌的时间为1.5-2h。
前述的制备阻燃性塑料建材联产硫酸的工艺，步骤C中，所述CO2气体的浓度大于38%；所述烘干的温度为95℃-115℃。
前述的制备阻燃性塑料建材联产硫酸的工艺，步骤D中，所述增塑剂为芳香基白油；所述阻燃助剂为云母粉；所述发泡剂为偶氮二甲酰胺。
前述的制备阻燃性塑料建材联产硫酸的工艺，步骤D中，按重量份计，所述阻燃性塑料建材包括30-40份氢氧化铝、35-45份高压聚乙烯、1-3份硅烷偶联剂、2-3份增塑剂、10-25份氢氧化镁、2-5份阻燃助剂、1-2份氧化锌和1-2份发泡剂。
前述的制备阻燃性塑料建材联产硫酸的工艺，步骤D中，所述搅拌的时间20-40min；搅拌的转速为250-300r/min；所述滚压的时间为30-50min。
前述的制备阻燃性塑料建材联产硫酸的工艺，步骤D中，所述发泡机的温度为100-120℃，时间为50-70min。
前述的制备阻燃性塑料建材联产硫酸的工艺，步骤E中，所述焙烧的温度为1100-1200℃；时间为2-5h；条件为将硫化物置于40-45%的富氧环境下。
本发明通过将磷石膏和高硫铝土矿反应、重组，使之成为有用物质。原理的总反应式为：
CaSO4（磷石膏）+Na2O·SiO2·Al2O3（高硫铝土矿）→Na2O·Al2O3+CaO·SiO2↓+[硫]
从该反应式可知，用磷石膏中的CaO与高硫铝土矿中的SiO2生成原硅酸钙（CaO·SiO2↓）后，得到可溶性极好的铝酸钠（Na2O·Al2O3）。反应式中的[硫]，是指通过生料加改性剂工艺，生成的金属硫化物，其主要成分为FeS；浸出熟料中的铝酸钠后，将得到的沉淀物浮选即可得到FeS。
有益效果
1、本发明以磷石膏和高硫铝土矿作为主要反应原料综合利用，再通过添加一定量的添加剂和改性剂进行焙烧后水磨浸出，然后进行固液分离即可对各组分进行分别提取再利用，在大量消耗磷石膏和高硫铝土矿的同时，可缓解磷石膏对环境所造成的污染。
2、本发明将工业废弃物磷石膏和高硫铝土矿配以改性剂、添加剂进行综合利用，进行焙烧后，然后经水磨溶出后经固液分离，在焙烧过程中形成的主要成分金属硫化物、偏铝酸盐和硅酸盐成分分明，均可单独提取，大大提高了磷石膏和高硫铝土矿的附加值。
3、本发明通过磷石膏、高硫铝土矿、添加剂和改性剂混合研磨后焙烧，再水磨溶出后进行固液分离，得到的产物成分分明，均可单独提取回收，工艺过程简单，有效提高了磷石膏和高硫铝土矿的利用率。
4、本发明将磷石膏和高硫铝土矿配以改性剂、添加剂混合研磨、焙烧，再水磨溶出后进行固液分离，即可得到成分分明的产物，工艺非常简单，尤其是焙烧过后产物中不含有机物，非常利于后期对产物各组分进行分别提取，尤其是固液分离中得到液体，经氧化钙简易提纯后的偏铝酸钠溶液，通入CO2气体后经过洗涤的氢氧化铝，具有很高的纯度，可达99%以上，是作为阻燃性塑料建材的良好阻燃剂原料。
5、本发明利用工业废渣磷石膏和高硫铝土矿制取氢氧化铝的纯度高，处理工艺简单，且主要原料成本低廉，大大降低了产物氢氧化铝的价格，用于生产阻燃性塑料建材，可大大节省生产成本。
6、本发明通过将工业废渣磷石膏、高硫铝土矿、添加剂和改性剂混合研磨后焙烧，再水磨溶出后进行固液分离，再从分离出的沉淀中提取得到硫酸，生产成本低，工艺简单。
为了证明本发明的优点，发明人做了如下实验：
对实施例1、实施例2、实施例3和实施例4所得的阻燃性塑料建材，分别进行氧指数、拉伸强度和断裂伸长率的检测，检测结果如表1所示。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
本发明的实施例
实施例1：一种制备阻燃性塑料建材联产硫酸的工艺，步骤如下：
A、将磷石膏、高硫铝土矿、硫酸钠和碳混合并研磨制成生料，生料中，磷石膏和高硫铝土矿按照1:1.7重量比的比例混合，硫酸钠添加比例按生料中所含Na2O和A12O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加，碳的混合比例为生料总重量的12%送入工业立窑内焙烧，焙烧温度为1180℃，焙烧时间为5h，制得熟料，对熟料进行水磨溶出，并进行固液分离，分离时液固体积比为4:1；
B、向步骤B中固液分离得到的液体中按7g/L加入分析纯氧化钙，加热至90℃，搅拌1.5h，过滤，制得偏铝酸钠溶液；
C、向步骤B制得的偏铝酸钠溶液中通入浓度大于38%的CO2气体，制得氢氧化铝沉淀，用蒸馏水洗涤氢氧化铝沉淀，制得氢氧化铝，对其在95℃下烘干，研磨，制得氢氧化铝；
D、按重量份计，取步骤C制得的30份氢氧化铝，与35份高压聚乙烯、1份硅烷偶联剂、2份芳香基白油、10份氢氧化镁、2份云母粉、1份氧化锌和1份偶氮二甲酰胺一同加入搅拌桶中，以300r/min的转速搅拌30min，然后放入滚轴机中滚压30min，再放入发泡机在100℃的温度下发泡50min，制得阻燃性塑料建材；
E、将步骤A中固液分离得到的沉淀进行浮选，分离出硫化物，将分离出的硫化物置于45%的富氧环境下，在1200℃下焙烧2h，焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后，采用浓硫酸进行吸收，制得硫酸。
实施例2：一种制备阻燃性塑料建材联产硫酸的工艺，步骤如下：
A、将磷石膏、高硫铝土矿、硫酸钠和碳混合并研磨制成生料，生料中，磷石膏和高硫铝土矿按照1.3:1重量比的比例混合，硫酸钠添加比例按生料中所含Na2O和A12O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加，碳的混合比例为生料总重量的20%送入工业立窑内焙烧，焙烧温度为1380℃，焙烧时间为0.5h，制得熟料，对熟料进行水磨溶出，并进行固液分离，分离时液固体积比为6:1；
B、向步骤B中固液分离得到的液体中按12g/L加入分析纯氧化钙，加热至80℃，搅拌2h，过滤，制得偏铝酸钠溶液；
C、向步骤B制得的偏铝酸钠溶液中通入浓度大于38%的CO2气体，制得氢氧化铝沉淀，用蒸馏水洗涤氢氧化铝沉淀，制得氢氧化铝，对其在115℃下烘干，研磨，制得高纯氢氧化铝；
D、按重量份计，取步骤C制得的40份氢氧化铝，与45份高压聚乙烯、3份硅烷偶联剂、3份芳香基白油、25份氢氧化镁、5份云母粉、2份氧化锌和2份偶氮二甲酰胺一同加入搅拌桶中，以250r/min的转速搅拌50min，然后放入滚轴机中滚压50min，再放入发泡机在120℃的温度下发泡70min，制得阻燃性塑料建材；
E、将步骤A中固液分离得到的沉淀进行浮选，分离出硫化物，将分离出的硫化物置于40%的富氧环境下，在1100℃下焙烧5h，焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后，采用浓硫酸进行吸收，制得硫酸。
实施例3：一种制备阻燃性塑料建材联产硫酸的工艺，步骤如下：
A、将磷石膏、高硫铝土矿、硫酸钠和碳混合并研磨制成生料，生料中，磷石膏和高硫铝土矿按照1.2:1.5重量比的比例混合，硫酸钠添加比例按生料中所含Na2O和A12O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加，碳的混合比例为生料总重量的16%送入工业立窑内焙烧，焙烧温度为1150℃，焙烧时间为2h，制得熟料，对熟料进行水磨溶出，并进行固液分离，分离时液固体积比为5:1；
B、向步骤B中固液分离得到的液体中按8g/L加入分析纯氧化钙，加热至85℃，搅拌1.7h，过滤，制得偏铝酸钠溶液；
C、向步骤B制得的偏铝酸钠溶液中通入浓度大于38%的CO2气体，制得氢氧化铝沉淀，用蒸馏水洗涤氢氧化铝沉淀，制得氢氧化铝，对其在100℃下烘干，研磨，制得高纯氢氧化铝；
D、按重量份计，取步骤C制得的33份氢氧化铝，与38份高压聚乙烯、2份硅烷偶联剂、2.5份芳香基白油、15份氢氧化镁、3份云母粉、1.5份氧化锌和1.5份偶氮二甲酰胺一同加入搅拌桶中，以260r/min的转速搅拌35min，然后放入滚轴机中滚压35min，再放入发泡机在105℃的温度下发泡55min，制得阻燃性塑料建材；
E、将步骤A中固液分离得到的沉淀进行浮选，分离出硫化物，将分离出的硫化物置于42%的富氧环境下，在1150℃下焙烧4h，焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后，采用浓硫酸进行吸收，制得硫酸。
实施例4：一种制备阻燃性塑料建材联产硫酸的工艺，步骤如下：
A、将磷石膏、高硫铝土矿、硫酸钠和碳混合并研磨制成生料，生料中，磷石膏和高硫铝土矿按照1.2:1.3重量比的比例混合，硫酸钠添加比例按生料中所含Na2O和A12O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加，碳的混合比例为生料总重量的15%送入工业立窑内焙烧，焙烧温度为1200℃，焙烧时间为2h，制得熟料，对熟料进行水磨溶出，并进行固液分离，分离时液固体积比为5:1；
B、向步骤B中固液分离得到的液体中按10g/L加入分析纯氧化钙，加热至85℃，搅拌1.8h，过滤，制得偏铝酸钠溶液；
C、向步骤B制得的偏铝酸钠溶液中通入浓度大于38%的CO2气体，制得氢氧化铝沉淀，用蒸馏水洗涤氢氧化铝沉淀，制得氢氧化铝，对其在102℃下烘干，研磨，制得高纯氢氧化铝；
D、按重量份计，取步骤C制得的35份氢氧化铝，与40份高压聚乙烯、2份硅烷偶联剂、2.5份芳香基白油、17份氢氧化镁、3.5份云母粉、1.5份氧化锌和1.5份偶氮二甲酰胺一同加入搅拌桶中，以275r/min的转速搅拌40min，然后放入滚轴机中滚压40min，再放入发泡机在110℃的温度下发泡60min，制得阻燃性塑料建材；
E、将步骤A中固液分离得到的沉淀进行浮选，分离出硫化物，将分离出的硫化物置于42%的富氧环境下，在1150℃下焙烧3h，焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后，采用浓硫酸进行吸收，制得硫酸。
实施例5：一种制备阻燃性塑料建材联产硫酸的工艺，步骤如下：
A、将磷石膏、高硫铝土矿、硫酸钠和碳混合并研磨制成生料，生料中，磷石膏和高硫铝土矿按照1.2:1.5重量比的比例混合，硫酸钠添加比例按生料中所含Na2O和A12O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加，碳的混合比例为生料总重量的18%送入工业立窑内焙烧，焙烧温度为1300℃，焙烧时间为3h，制得熟料，对熟料进行水磨溶出，并进行固液分离，分离时液固体积比为5:1；
B、向步骤B中固液分离得到的液体中按10g/L加入分析纯氧化钙，加热至85℃，搅拌1.8h，过滤，制得偏铝酸钠溶液；
C、向步骤B制得的偏铝酸钠溶液中通入浓度大于38%的CO2气体，制得氢氧化铝沉淀，用蒸馏水洗涤氢氧化铝沉淀，制得氢氧化铝，对其在102℃下烘干，研磨，制得高纯氢氧化铝；
D、按重量份计，取步骤C制得的36份氢氧化铝，与42份高压聚乙烯、2份硅烷偶联剂、2.5份芳香基白油、22份氢氧化镁、4份云母粉、1.5份氧化锌和1.5份偶氮二甲酰胺一同加入搅拌桶中，以270r/min的转速搅拌45min，然后放入滚轴机中滚压45min，再放入发泡机在115℃的温度下发泡65min，制得阻燃性塑料建材；
E、将步骤A中固液分离得到的沉淀进行浮选，分离出硫化物，将分离出的硫化物置于43%的富氧环境下，在1160℃下焙烧3h，焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后，采用浓硫酸进行吸收，制得硫酸。

Claims (10)

1.一种制备阻燃性塑料建材联产硫酸的工艺，其特征在于，包括如下步骤：
A、将磷石膏、高硫铝土矿、添加剂和改性剂混合并研磨制成生料，送入窑内焙烧，制得熟料，对熟料进行水磨溶出，并进行固液分离；
B、向步骤A中固液分离得到的液体中加入氧化钙，加热搅拌，过滤，制得偏铝酸钠溶液；
C、向步骤B制得的偏铝酸钠溶液中通入CO2气体，得氢氧化铝沉淀，用蒸馏水洗涤氢氧化铝沉淀，对洗涤后的氢氧化铝沉淀进行烘干，研磨，制得氢氧化铝；
D、取步骤C制得的氢氧化铝，与高压聚乙烯、硅烷偶联剂、增塑剂、氢氧化镁、阻燃助剂、氧化锌和发泡剂一同加入搅拌桶中，进行搅拌，然后放入滚轴机中滚压，再放入发泡机中进行发泡，制得阻燃性塑料建材；
E、将步骤A中固液分离得到的沉淀进行浮选，分离出硫化物，将分离出的硫化物进行焙烧，再将焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后，采用浓硫酸进行吸收，制得硫酸。
2.根据权利要求1所述的制备阻燃性塑料建材联产硫酸的工艺，其特征在于：步骤A中，所述高硫铝土矿中硫含量高于0.7%；所述添加剂为碳酸钠、硫酸钠或烧碱；所述改性剂为无烟煤、碳或煤矸石；所述窑为工业回转窑、工业隧道窑或工业立窑。
3.根据权利要求1所述的制备阻燃性塑料建材联产硫酸的工艺，其特征在于：步骤A中，所述的生料中，磷石膏和高硫铝土矿按照1-1.3:1-1.7重量比的比例混合，添加剂添加比例按生料中所含Na2O和Al2O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加，改性剂的混合比例为生料总重量的12-20%；所述焙烧温度为1080-1380℃，时间为0.5-5h；所述水磨溶出时的液固体积比为4-6:1。
4.根据权利要求1所述的制备阻燃性塑料建材联产硫酸的工艺，其特征在于：步骤B中，所述氧化钙为分析纯，用量为7-12g/L；所述加热的温度为80-90℃；所述搅拌的时间为1.5-2h。
5.根据权利要求1所述的制备阻燃性塑料建材联产硫酸的工艺，其特征在于：步骤C中，所述CO2气体的浓度大于38%；所述烘干的温度为95℃-115℃。
6.根据权利要求1所述的制备阻燃性塑料建材联产硫酸的工艺，其特征在于：步骤D中，所述增塑剂为芳香基白油；所述阻燃助剂为云母粉；所述发泡剂为偶氮二甲酰胺。
7.根据权利要求1所述的制备阻燃性塑料建材联产硫酸的工艺，其特征在于：步骤D中，按重量份计，所述阻燃性塑料建材包括30-40份氢氧化铝、35-45份高压聚乙烯、1-3份硅烷偶联剂、2-3份增塑剂、10-25份氢氧化镁、2-5份阻燃助剂、1-2份氧化锌和1-2份发泡剂。
8.根据权利要求1所述的制备阻燃性塑料建材联产硫酸的工艺，其特征在于：步骤D中，所述搅拌的时间20-40min；搅拌的转速为250-300r/min；所述滚压的时间为30-50min。
9.根据权利要求1所述的制备阻燃性塑料建材联产硫酸的工艺，其特征在于：步骤D中，所述发泡机的温度为100-120℃，时间为50-70min。
10.根据权利要求1所述的制备阻燃性塑料建材联产硫酸的工艺，其特征在于：步骤E中，所述焙烧的温度为1100-1200℃；时间为2-5h；条件为将硫化物置于40-45%的富氧环境下。
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