CN109137084B - 一种盐析法生产二水硫酸钙晶须的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种盐析法生产二水硫酸钙晶须的方法，属于建筑材料领域，首先向铵盐溶液中加入转晶剂和分散剂，得到混合溶液；将石膏原料加入配置好的混合溶液中，然后置于带搅拌和筛分装置的反应器中，搅拌10~15min后，加热至50~60℃，并保温2~4h，筛分装置在反应过程中对生成产物进行筛分，得到筛下物料；将筛下物料用水洗涤过滤后再烘干，得到二水硫酸钙晶须产品Ⅰ；取反应后的溶液加热至90~100℃，加热时间为20~30min，析出二水硫酸钙晶须，然后固液分离后，得到滤液和固体，将固体进行烘干，得到二水硫酸钙晶须产品Ⅱ，本发明具有工艺简单，成本可控，可循环的特点，为磷石膏的工业化规模处理和综合利用开辟新途径。

Description

一种盐析法生产二水硫酸钙晶须的方法
技术领域
本发明涉及一种盐析法生产二水硫酸钙晶须的方法，属于属于无机非金属材料技术领域。
背景技术
硫酸钙晶须是无水硫酸钙的纤维状单晶体,具有耐高温、抗化学腐蚀、韧性好、强度高、易进行表面处理、与橡胶塑料等聚合物的亲和力强等优点，既能用作塑料、尼龙、聚氨酯、橡胶等材料的增强组元，显著提高材料的抗拉强度和弹性模量，可用于摩擦材料、建筑材料、密封材料、保温材料等方面。而价格相较碳化硅等晶须要低廉很多，是一种性能优良、价格低廉的绿色环保材料。
目前利用天然石膏制备硫酸钙晶须的方法主要有水压热法和常压酸化法。水压热法是将质量分数小的二水石膏悬浮液加到水压热容器中处理，在饱和蒸汽压下，二水石膏变为细小针状的半水石膏，再经晶形稳定化处理,得到半水硫酸钙晶须。该方法生产成本高。常压酸化法是指在一定温度下，高浓度二水石膏悬浮液在酸性溶液中可以转变成针状或纤维状半水硫酸钙晶须。
发明内容
本发明的目的在于提供一种盐析法生产二水硫酸钙晶须的方法，本发明利用普通工业副产石膏生产二水硫酸钙晶须，对工业副产石膏进行提纯，并提高其使用价值。
本发明的技术方案是：一种盐析法生产二水硫酸钙晶须的方法，具体步骤如下：
（1）向铵盐溶液中加入转晶剂和分散剂，得到混合溶液；
（2）将石膏原料加入步骤（1）配置好的混合溶液中，然后置于带搅拌和筛分装置的反应器中，搅拌10~15min后，加热至50~60℃，并保温2~4h，筛分装置在反应过程中对生成产物进行筛分，得到筛下物料；
（3）将步骤（2）的筛下物料用水洗涤过滤后再烘干，得到二水硫酸钙晶须产品Ⅰ；
（4）取步骤（2）的反应后的溶液加热至90~100℃，加热时间为20~30min，析出二水硫酸钙晶须，然后固液分离后，得到滤液和固体，将固体进行烘干，得到二水硫酸钙晶须产品Ⅱ。
所述铵盐为氯化铵、柠檬酸三铵或碳酸氢铵，且铵盐中铵根离子的浓度为1.5~2mol/L。
所述步骤（3）用水洗涤过滤后得到滤液，滤液返回步骤（1）中循环使用，所述步骤（4）固液分离后的滤液返回步骤（1）中循环使用。
所述步骤（1）中转晶剂为硫酸铝钾或酒石酸铝钾，转晶剂的质量分数为0.01~0.05‰。
所述步骤（1）中分散剂为乙醇，乙醇浓度为30~40%。
所述步骤（2）中石膏原料为磷石膏或脱硫石膏。
所述二水硫酸钙晶须产品Ⅱ的品位比二水硫酸钙晶须产品Ⅰ的品位高。
本发明方法所用设备为反应炉，该反应炉包括搅拌部件、反应炉本体、加热部件、排气管、过滤网、冷凝部件、进料管、出料管、清洗管、排料管，所述搅拌部件包括搅拌电机、搅拌轴和搅拌叶片，所述搅拌电机安装在反应炉本体顶部，所述搅拌轴的一端与搅拌电机连接，搅拌轴的另一端穿过反应炉本体的顶部并伸入反应炉本体内，所述反应炉本体安装在所述支座上，所述反应炉本体的上部为无底的圆柱体结构，反应炉本体的下部为半球体结构，反应炉本体的上部与下部连通，反应炉本体下部的半球体结构伸入支座内，所述支座为无盖的圆柱体结构，所述反应炉本体的半球体结构的底部设有出料管，所述出料管的一端与半球体结构的底部连通，出料管的另一端穿过支座的底部，伸出支座外，所述反应炉本体的顶部设有排气管，所述排气管与反应炉本体的腔体连通，所述反应炉本体的上部侧壁上设有进料管，所述进料管与反应炉本体的炉腔连通，所述反应炉本体的炉腔内倾斜安装过滤网，所述过滤网顶部的反应炉本体的侧壁上设有清洗管，所述过滤网的底部处的反应炉本体的侧壁上设有排料管，所述冷凝部件的一端与反应炉本体的顶部联通，冷凝部件的另一端与反应炉本体上部的侧壁连通，所述加热部件安装在反应炉本体下部的半球体结构的外壁上。
本发明方法的操作过程为：将料浆从进料管中送入，当料浆顶层液面完全覆盖过滤装置后，停止输送料浆，关闭进料口，过滤网对初始物料进行过滤，将含杂质多的较细物料过滤置过滤网下方，打开搅拌电机和加热部件，搅拌电机带动搅拌轴对过滤网上方的物料和溶液进行搅拌，通过反应炉本体底部的半球体结构的外壁上的加热部件对炉内物料和溶液加热2~3h，反应发生中，过滤网同时对反应过程中的产物进行过滤，较细粒度的产物进入过滤网下方，冷凝部件将反应过程中产生的少量氨气和水蒸气进行水冷却，反应结束后，打开排气管上的排气阀和排料管，将带有水压的自来水从清洗管内喷入反应炉内对过滤网上的反应后物料冲洗并通过排料管排出，打开出料管将过滤网下方的物料排出炉外。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）本发明利用工业副产石膏生产硫酸钙晶须，原料为固体废弃物，廉价易得，且有利于环境保护，提高工业副产石膏的附加价值。
（2）本发明工艺简单，可以生产得到一般品位和高品位两种二水硫酸钙晶须。
（3）本发明工艺中的铵盐溶液可重复利用，可节约水和铵盐的用量。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图2为本发明所用装置的结构示意图；
图3为实施例1制备的二水硫酸钙晶须产品Ⅱ的SEM图；
图4为实施例1制备的二水硫酸晶须产品Ⅰ的SEM图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明的技术方案进一步地详细介绍，但本发明的保护范围并不局限于此。
实施例1：本盐析法利用磷石膏生产二水硫酸钙晶须的方法，具体步骤如下：
（1）配置30L铵根离子浓度为1.5mol/L的氯化铵溶液，向该中加入12g质量分数为0.01‰的硫酸铝钾和15L浓度为40%的无水乙醇，得到混合溶液；
（2）将10kg磷石膏加入步骤（1）配置好的混合溶液中，置于带搅拌和筛分装置的反应炉内，混合搅拌15min后，加热至50℃，保持4h，反应器中的筛分装置在反应过程中对生成产物进行筛分，得到筛下物料；
（3）将步骤（2）的筛下物料用水洗涤过滤后置于烘箱中烘干，设置烘箱温度为70℃，得到二水硫酸晶须产品Ⅰ；
（4）取步骤（2）的反应后的溶液加热至90℃，并加热30min，析出高品位的二水硫酸钙晶须，然后固液分离后，得到滤液和固体，将固体送入烘箱在70℃烘干，得到二水硫酸钙晶须产品Ⅱ。
本实施例方法的操作如下：如图1所示，将料浆从进料管中送入，当料浆顶层液面完全覆盖过滤装置后，停止输送料浆，关闭进料口，过滤网对初始物料进行过滤，将含杂质多的较细物料过滤置过滤网下方，打开搅拌电机和加热部件，搅拌电机带动搅拌轴对过滤网上方的物料和溶液进行搅拌，通过反应炉本体底部的半球体结构的外壁上的加热部件对炉内物料和溶液加热2~3h，反应发生中，过滤网同时对反应过程中的产物进行过滤，较细粒度的产物进入过滤网下方，冷凝部件将反应过程中产生的少量氨气和水蒸气进行水冷却，反应结束后，打开排气管上的排气阀和排料管，将带有水压的自来水从清洗管内喷入反应炉内对过滤网上的反应后物料冲洗并通过排料管排出，打开出料管将过滤网下方的物料排出炉外。
所得二水硫酸晶须产品Ⅰ中，二水硫酸钙品位为91%，如图4所示，晶须直径在5~25μm，长度在100~500μm，长径比在10~100。
所得二水硫酸钙晶须产品Ⅱ中，二水硫酸钙品位为97%，如图3所示，晶须直径在5~20μm，长度在100~1000μm，长径比在10~200。
实施例2：本盐析法利用磷石膏生产二水硫酸钙晶须的方法，具体步骤如下：
（1）配置30L铵根离子浓度为2mol/L的氯化铵溶液，向该中加入10g质量分数为0.05‰的硫酸铝钾和20L浓度为30%的无水乙醇，得到混合溶液；
（2）将10kg磷石膏加入步骤（1）配置好的混合溶液中，置于带搅拌和筛分装置的反应炉内，混合搅拌10min后，加热至60℃，保持2h，反应器中的筛分装置在反应过程中对生成产物进行筛分，得到筛下物料；
（3）将步骤（2）的筛下物料用水洗涤过滤后置于烘箱中烘干，设置烘箱温度为70℃，得到二水硫酸晶须产品Ⅰ；
（4）取步骤（2）的反应后的溶液加热至100℃，并加热20min，析出高品位的二水硫酸钙晶须，然后固液分离后，得到滤液和固体，将固体送入烘箱在70℃烘干，得到二水硫酸钙晶须产品Ⅱ。
所得二水硫酸晶须产品Ⅰ中，二水硫酸钙品位为89%，晶须直径在5~25μm，长度在100~800μm，长径比在10~150。
所得二水硫酸钙晶须产品Ⅱ中，二水硫酸钙品位为98%，晶须直径在5~25μm，长度在100~1000μm，长径比在10~200。
实施例3：本盐析法利用磷石膏生产二水硫酸钙晶须的方法，具体步骤如下：
（1）配置30L铵根离子浓度为1.8mol/L的氯化铵溶液，向该中加入11g质量分数为0.04‰的酒石酸铝钾和18L浓度为35%的无水乙醇，得到混合溶液；
（2）将10kg脱硫石膏加入步骤（1）配置好的混合溶液中，置于带搅拌和筛分装置的反应炉内，混合搅拌12min后，加热至55℃，保持3h，反应器中的筛分装置在反应过程中对生成产物进行筛分，得到筛下物料；
（3）将步骤（2）的筛下物料用水洗涤过滤后置于烘箱中烘干，设置烘箱温度为70℃，得到二水硫酸晶须产品Ⅰ；
（4）取步骤（2）的反应后的溶液加热至95℃，并加热25min，析出高品位的二水硫酸钙晶须，然后固液分离后，得到滤液和固体，将固体送入烘箱在70℃烘干，得到二水硫酸钙晶须产品Ⅱ。
所得二水硫酸晶须产品Ⅰ中，二水硫酸钙品位为90%，晶须直径在5~25μm，长度在100~800μm，长径比在10~150。
所得二水硫酸钙晶须产品Ⅱ中，二水硫酸钙品位为97%，晶须直径在5~25μm，长度在100~1000μm，长径比在10~200。

Claims (3)

1.一种盐析法生产二水硫酸钙晶须的方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)向铵盐溶液中加入转晶剂和分散剂，得到混合溶液；
(2)将石膏原料加入步骤(1)配置好的混合溶液中，然后置于带搅拌和筛分装置的反应器中，搅拌10～15min后，加热至50～60℃，并保温2～4h，筛分装置在反应过程中对生成产物进行筛分，得到筛下物料；
(3)将步骤(2)的筛下物料用水洗涤过滤后再烘干，得到二水硫酸钙晶须产品Ⅰ；
(4)取步骤(2)的反应后的溶液加热至90～100℃，加热时间为20～30min，析出二水硫酸钙晶须，然后固液分离后，得到滤液和固体，将固体进行烘干，得到二水硫酸钙晶须产品Ⅱ；
所述铵盐为氯化铵、柠檬酸三铵或碳酸氢铵，且铵盐中铵根离子的浓度为1.5～2mol/L；
所述步骤(1)中转晶剂为硫酸铝钾或酒石酸铝钾，转晶剂的质量分数为0.01～0.05‰；
所述步骤(1)中分散剂为乙醇，乙醇浓度为30～40％；
操作方法如下：将料浆从进料管中送入，当料浆顶层液面完全覆盖过滤装置后，停止输送料浆，关闭进料口，过滤网对初始物料进行过滤，将含杂质多的较细物料过滤置过滤网下方，打开搅拌电机和加热部件，搅拌电机带动搅拌轴对过滤网上方的物料和溶液进行搅拌，通过反应炉本体底部的半球体结构的外壁上的加热部件对炉内物料和溶液加热2～3h，反应发生中，过滤网同时对反应过程中的产物进行过滤，较细粒度的产物进入过滤网下方，冷凝部件将反应过程中产生的少量氨气和水蒸气进行水冷却，反应结束后，打开排气管上的排气阀和排料管，将带有水压的自来水从清洗管内喷入反应炉内对过滤网上的反应后物料冲洗并通过排料管排出，打开出料管将过滤网下方的物料排出炉外。
2.根据权利要求1所述的盐析法生产二水硫酸钙晶须的方法，其特征在于：所述步骤(3)用水洗涤过滤后得到滤液，滤液返回步骤(1)中循环使用，所述步骤(4)固液分离后的滤液返回步骤(1)中循环使用。
3.根据权利要求1所述的盐析法生产二水硫酸钙晶须的方法，其特征在于：所述步骤(2)中石膏原料为磷石膏或脱硫石膏。
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