CN109385664B - 一种磷石膏晶须的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种磷石膏晶须的制备方法,属于无机材料制备技术领域。本发明以磷石膏为原料,用磷酸三丁酯和硫酸的混合溶液进行预处理;在细菌纤维素分散液中依次加入晶型调控剂和预处理后的磷石膏进行反应,将反应后的混合溶液抽滤,洗涤,干燥即可。本发明制备方法简单,能有效的降低杂质对硫酸钙晶须生成的影响,缩短反应所需时间,解决了现有技术中磷石膏晶须收率低、在非高压条件下不易生产的问题,降低了磷石膏综合利用生产硫酸钙晶须的生产成本。
Description
技术领域:
本发明涉及一种磷石膏晶须的制备方法,属于无机材料制备技术领域。
背景技术
磷石膏是磷化工企业在生产磷铵化肥或湿法生产磷酸过程中排放的以二水硫酸钙为主要成分的工业副产物。随着石膏产量的不断增加,堆积的磷石膏对当地的环境有很大的破坏作用;近年来,为了从根本上解决磷石膏不断增多的问题,用磷石膏制备具有较高性价比的磷石膏晶须,渐渐受到一些科研机构及厂家的注意,前人在磷石膏预处理方法及其制备晶须等方面开展了大量的研究。
目前国内外开展了采用物理、化学和热处理等净化磷石膏的方法研究。采用硫酸酸浸处理磷石膏可实现可溶性杂质离子的有效脱除,但磷石膏中还含有难溶于硫酸的石英及其包裹物等杂质无法脱除。中国发明专利公开号为CN107557870A公开了一种用磷石膏制备硫酸钙晶须的方法,利用硫酸作为浸出药剂,采取常温浸取、结晶及改性工艺制备了长径比40~120的高纯硫酸钙晶须,吸水率低于0.1%。中国发明专利公开号为CN105442047A公开了一种从工业石膏中提取氟元素的方法,该法通过球磨将磷石膏处理成超细的磷石膏颗粒,然后加入水、助溶剂、晶型调节剂混合搅拌,调节pH为0.5~2.5,于95~100℃反应,反应液过滤后利用筛网筛分出晶须颗粒和含氟硅酸盐和其他金属盐类的混合粉体。中国发明专利公开号为CN104562180A公开了一种磷石膏制备硫酸钙晶须的方法,将磷石膏原料进行粉磨后与稀酸混合,在一定的温度下搅拌反应,将获得的混合液趁热过滤,获得的酸性滤液降温结晶,过滤,洗涤,干燥,获得硫酸钙晶须产品。这些对磷石膏的预处理方式不仅耗资大,而且容易损坏磷石膏原有的形貌,一些酸溶液的加入量控制不好容易产生对环境危害较大的酸污染。
磷石膏制取石膏晶须,一般采用水压热法或常压酸化法。水压热法通常需要高温高压的反应条件,中国发明专利公开号为CN105603505A,发明名称为一种磷石膏水热制备高长径比硫酸钙晶须的方法,该方法利用有机酸-金属离子溶液体系实现硫酸钙晶须的定向生长,从而制备出直径较小的硫酸钙晶须。但是该方法需要较高的反应温度和较长的反应时间,生产的连续性不高,增加了生产能耗,导致成本提高。
常压酸化法因为母液的酸性较大,对设备及管道有腐蚀性,不利于后续工作的进行;常压酸化法制备石膏晶须所需的陈化时间较长。这些问题很大程度上限制了常压酸化法的工业化生产。中国发明专利公开号为CN105401219A,发明名称为一种常压酸化法制备无水硫酸钙晶须的方法,该方法将浓盐酸与二水硫酸钙混合形成料浆,料浆在60~100℃的恒温水浴中搅拌反应1~6h,得到的悬浊液进行固液分离,烘干后得到无水硫酸钙晶须。
与本发明较为接近的国外文献,Miao Miao等发表了“Direct transformation ofFGD gypsum to calcium sulfate hemihydrate whiskers:Preparation,simulations,and process analysis(Particuology,2015,2,53-59.)”学术论文,研究了用分析纯的二水硫酸钙制备半水硫酸钙晶须的优化条件和脱硫石膏中的各种杂质对石膏晶须转化的影响,结果表明:用质量浓度10%分析纯的二水硫酸钙和1.5%的硫酸,在102℃下反应3.5h,得到长径比为105的半水硫酸钙晶须,杂质镁、铝和铁的引入降低了产品半水硫酸钙晶须的长径比,但也缩短了产品的转化时间。
与本发明最为接近的国内论文,吴晓琴的论文(常压盐溶液法从烟气脱硫石膏制备硫酸钙晶须研究[D],武汉科技大学学报,2011)对钙基湿法烟气脱硫石膏制备硫酸钙晶须的工艺过程进行试验研究,研究出最适宜的转化条件为质量分数5%的氯化钙和0.8%的硫酸,结晶温度为102℃,搅拌速率为160r/min,在此条件下转化6h制得的半水硫酸钙晶须的长径比为95。虽然这种制备晶须的方法反应温度较低,产品纯度较高,但是不适用于含有杂质较多的磷石膏原料,无法解决湿法磷酸产生的堆积如山的磷石膏。
发明内容
针对上述现有磷石膏预处理和硫酸钙晶须制备技术的生产工艺复杂、成本较高,导致难以工业化应用的问题。本发明的目的在于提供了一种以磷石膏为原料,利用高长径比的细菌纤维素晶须,制备磷石膏晶须的方法。为实现上述目的,本发明的技术解决方案为:
一种磷石膏晶须的制备方法,所述的制备方法按以下步骤进行:
a.预处理
将去离子水、磷石膏、磷酸三丁酯和浓硫酸分别按质量比20:5:2:2混配,得到混合溶液,在90℃恒温条件下,以200r/min搅拌反应1h,取出静置15min,分离上层的磷酸三丁酯和杂质,取下层溶液进行抽滤,抽滤后得到的滤饼用去离子水洗涤,于60℃条件下干燥2h,得到预处理后的磷石膏,备用。
b.细菌纤维素分散液的制备
将细菌纤维素膜浸泡质量分数1%~4%的氢氧化钠溶液中,氢氧化钠溶液的温度为70~90℃,浸泡处理1~3小时后,将浸泡处理后的细菌纤维素膜用去离子水清洗干净,然后在60℃条件下干燥2h。按质量比0.15~0.45:10称取干燥后的细菌纤维素膜放入质量分数为25%的酸溶液中搅拌0.5~1h,酸溶液的温度为50℃,搅拌后的混合溶液和去离子水按体积比1:4进行稀释,稀释后的溶液用高速组织捣碎机在10000r/min的转速下分散30min,超声处理30min,得到细菌纤维素分散液。
c.磷石膏晶须的制备
先将去离子水和步骤b得到的细菌纤维素分散液按体积比4:1进行稀释,然后向稀释后的分散液中依次加入质量分数6~11%的晶型调控剂和5%的步骤a得到的预处理后的磷石膏混配,混合溶液在102~104℃条件下,以160~200r/min搅拌反应3~5h。搅拌反应后的溶液进行抽滤,抽滤后得到的滤饼用90℃去离子水洗涤,然后用有机溶剂洗涤,滤饼于90℃条件下干燥2h,得到磷石膏晶须。
所述的酸溶液为硫酸或盐酸中的一种。
所述的晶型调控剂为氯化钙或氯化镁中的一种或两种的混合。
所述的有机溶剂为乙醇或丙酮中的一种。
由于采用了以上的技术方案,本发明的制备方法具有以下优点:
1)利用磷酸三丁酯做萃取剂,可除去磷石膏中的大量不溶杂质,磷酸三丁酯经分离、过滤后还可以循环使用,节能环保。
2)石膏在盐溶液中遵循“溶解—重结晶”的反应机理,石膏中的杂质随着石膏的溶解而逸出石膏晶体中,对石膏的晶体结构的纯化产生有益的影响。纳米细菌纤维素是由细菌合成的一种新型的生物材料,具有高结晶度、高抗张强度和弹性模量,并具有超细三维纳米纤维结构,可以为微米级的硫酸钙晶须提供晶核。细菌纤维素纳米纤维可以在“溶解—重结晶”过程中提供高长径比的晶种,诱导石膏的重结晶,从而缩短石膏晶须的生成时间,提高晶须的长径比。该方法制备工艺简单,成本低廉,能耗少,易于投入实际生产。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述。
一种磷石膏晶须的制备方法,所述的制备方法按以下步骤进行:
a.预处理
将去离子水、磷石膏、磷酸三丁酯和浓硫酸分别按质量比20:5:2:2混配,得到混合溶液,在90℃恒温条件下,以200r/min搅拌反应1h,取出静置15min,分离上层的磷酸三丁酯和杂质,取下层溶液进行抽滤,抽滤后得到的滤饼用去离子水洗涤,于60℃条件下干燥2h,得到预处理后的磷石膏,备用。
b.细菌纤维素分散液的制备
将细菌纤维素膜浸泡质量分数1%~4%的氢氧化钠溶液中,氢氧化钠溶液的温度为70~90℃,浸泡处理1~3小时后,将浸泡处理后的细菌纤维素膜用去离子水清洗干净,然后在60℃条件下干燥2h。按质量比0.15~0.45:10称取干燥后的细菌纤维素膜放入质量分数为25%的酸溶液中搅拌0.5~1h,酸溶液的温度为50℃,搅拌后的混合溶液和去离子水按体积比1:4进行稀释,稀释后的溶液用高速组织捣碎机在10000r/min的转速下分散30min,超声处理30min,得到细菌纤维素分散液。
c.磷石膏晶须的制备
先将去离子水和步骤b得到的细菌纤维素分散液按体积比4:1进行稀释,然后向稀释后的分散液中依次加入质量分数6~11%的晶型调控剂和5%的步骤a得到的预处理后的磷石膏混配,混合溶液在102~104℃条件下,以160~200r/min搅拌反应3~5h。搅拌反应后的溶液进行抽滤,抽滤后得到的滤饼用90℃去离子水洗涤,然后用有机溶剂洗涤,滤饼于90℃条件下干燥2h,得到磷石膏晶须。
所述的酸溶液为硫酸或盐酸中的一种。
所述的晶型调控剂为氯化钙或氯化镁中的一种或两种的混合。
所述的有机溶剂为乙醇或丙酮中的一种。
具体实施例
实施例1
a.预处理
将去离子水、磷石膏、磷酸三丁酯和浓硫酸分别按质量比20:5:2:2混配,得到混合溶液,在90℃恒温条件下,以200r/min搅拌反应1h,取出静置15min,分离上层的磷酸三丁酯和杂质,取下层溶液进行抽滤,抽滤后得到的滤饼用去离子水洗涤,于60℃条件下干燥2h,得到预处理后的磷石膏,备用。
b.细菌纤维素分散液的制备
将细菌纤维素膜浸泡质量分数1%的氢氧化钠溶液中,氢氧化钠溶液的温度为90℃,浸泡处理3小时后,将浸泡处理后的细菌纤维素膜用去离子水清洗干净,然后在60℃条件下干燥2h。按质量比0.15:10称取干燥后的细菌纤维素膜放入质量分数为25%的硫酸溶液中搅拌0.5h,硫酸溶液的温度为50℃,搅拌后的混合溶液和去离子水按体积比1:4进行稀释,稀释后的溶液用高速组织捣碎机在10000r/min的转速下分散30min,超声处理30min,得到细菌纤维素分散液。
c.磷石膏晶须的制备
先将去离子水和步骤b得到的细菌纤维素分散液按体积比4:1进行稀释,然后向稀释后的分散液中依次加入质量分数6%的氯化钙和5%的步骤a得到的预处理后的磷石膏混配,混合溶液在102℃条件下,以160r/min搅拌反应5h。搅拌反应后的溶液进行抽滤,抽滤后得到的滤饼用90℃去离子水洗涤,然后用乙醇洗涤,滤饼于90℃条件下干燥2h,得到磷石膏晶须。
实施例2
a.预处理
将去离子水、磷石膏、磷酸三丁酯和浓硫酸分别按质量比20:5:2:2混配,得到混合溶液,在90℃恒温条件下,以200r/min搅拌反应1h,取出静置15min,分离上层的磷酸三丁酯和杂质,取下层溶液进行抽滤,抽滤后得到的滤饼用去离子水洗涤,于60℃条件下干燥2h,得到预处理后的磷石膏,备用。
b.细菌纤维素分散液的制备
将细菌纤维素膜浸泡质量分数4%的氢氧化钠溶液中,氢氧化钠溶液的温度为70℃,浸泡处理2小时后,将浸泡处理后的细菌纤维素膜用去离子水清洗干净,然后在60℃条件下干燥2h。按质量比0.45:10称取干燥后的细菌纤维素膜放入质量分数为25%的盐酸溶液中搅拌1h,盐酸溶液的温度为50℃,搅拌后的混合溶液和去离子水按体积比1:4进行稀释,稀释后的溶液用高速组织捣碎机在10000r/min的转速下分散30min,超声处理30min,得到细菌纤维素分散液。
c.磷石膏晶须的制备
先将去离子水和步骤b得到的细菌纤维素分散液按体积比4:1进行稀释,然后向稀释后的分散液中依次加入质量分数11%的氯化钙和5%的步骤a得到的预处理后的磷石膏混配,混合溶液在104℃条件下,以200r/min搅拌反应3h。搅拌反应后的溶液进行抽滤,抽滤后得到的滤饼用90℃去离子水洗涤,然后用乙醇洗涤,滤饼于90℃条件下干燥2h,得到磷石膏晶须。
实施例3
a.预处理
将去离子水、磷石膏、磷酸三丁酯和浓硫酸分别按质量比20:5:2:2混配,得到混合溶液,在90℃恒温条件下,以200r/min搅拌反应1h,取出静置15min,分离上层的磷酸三丁酯和杂质,取下层溶液进行抽滤,抽滤后得到的滤饼用去离子水洗涤,于60℃条件下干燥2h,得到预处理后的磷石膏,备用。
b.细菌纤维素分散液的制备
将细菌纤维素膜浸泡质量分数3%的氢氧化钠溶液中,氢氧化钠溶液的温度为90℃,浸泡处理1小时后,将浸泡处理后的细菌纤维素膜用去离子水清洗干净,然后在60℃条件下干燥2h。按质量比0.25:10称取干燥后的细菌纤维素膜放入质量分数为25%的硫酸溶液中搅拌0.7h,硫酸溶液的温度为50℃,搅拌后的混合溶液和去离子水按体积比1:4进行稀释,稀释后的溶液用高速组织捣碎机在10000r/min的转速下分散30min,超声处理30min,得到细菌纤维素分散液。
c.磷石膏晶须的制备
先将去离子水和步骤b得到的细菌纤维素分散液按体积比4:1进行稀释,然后向稀释后的分散液中依次加入质量分数8%的氯化钙、1%的氯化镁和5%的步骤a得到的预处理后的磷石膏混配,混合溶液在103℃条件下,以170r/min搅拌反应4h。搅拌反应后的溶液进行抽滤,抽滤后得到的滤饼用90℃去离子水洗涤,然后用丙酮洗涤,滤饼于90℃条件下干燥2h,得到磷石膏晶须。
实施例4
a.预处理
将去离子水、磷石膏、磷酸三丁酯和浓硫酸分别按质量比20:5:2:2混配,得到混合溶液,在90℃恒温条件下,以200r/min搅拌反应1h,取出静置15min,分离上层的磷酸三丁酯和杂质,取下层溶液进行抽滤,抽滤后得到的滤饼用去离子水洗涤,于60℃条件下干燥2h,得到预处理后的磷石膏,备用。
b.细菌纤维素分散液的制备
将细菌纤维素膜浸泡质量分数2%的氢氧化钠溶液中,氢氧化钠溶液的温度为80℃,浸泡处理2小时后,将浸泡处理后的细菌纤维素膜用去离子水清洗干净,然后在60℃条件下干燥2h。按质量比0.35:10称取干燥后的细菌纤维素膜放入质量分数为25%的盐酸溶液中搅拌0.8h,盐酸溶液的温度为50℃,搅拌后的混合溶液和去离子水按体积比1:4进行稀释,稀释后的溶液用高速组织捣碎机在10000r/min的转速下分散30min,超声处理30min,得到细菌纤维素分散液。
c.磷石膏晶须的制备
先将去离子水和步骤b得到的细菌纤维素分散液按体积比4:1进行稀释,然后向稀释后的分散液中依次加入质量分数10%的氯化钙、1%的氯化镁和5%的步骤a得到的预处理后的磷石膏混配,混合溶液在103℃条件下,以180r/min搅拌反应4h。搅拌反应后的溶液进行抽滤,抽滤后得到的滤饼用90℃去离子水洗涤,然后用丙酮洗涤,滤饼于90℃条件下干燥2h,得到磷石膏晶须。
Claims (3)
1.一种磷石膏晶须的制备方法,其特征在于,所述的制备方法按以下步骤进行:
a.预处理
将去离子水、磷石膏、磷酸三丁酯和浓硫酸分别按质量比20:5:2:2混配,得到混合溶液,在90℃恒温条件下,以200r/min搅拌反应1h,取出静置15min,分离上层的磷酸三丁酯和杂质,取下层溶液进行抽滤,抽滤后得到的滤饼用去离子水洗涤,于60℃条件下干燥2h,得到预处理后的磷石膏,备用;
b.细菌纤维素分散液的制备
将细菌纤维素膜浸泡在质量分数1%~4%的氢氧化钠溶液中,氢氧化钠溶液的温度为70~90℃,浸泡处理1~3小时后,将浸泡处理后的细菌纤维素膜用去离子水清洗干净,然后在60℃条件下干燥2h;按质量比0.15~0.45:10称取干燥后的细菌纤维素膜放入质量分数为25%的酸溶液中搅拌0.5~1h,酸溶液的温度为50℃,其中所述的酸溶液为硫酸或盐酸中的一种,搅拌后的混合溶液和去离子水按体积比1:4进行稀释,稀释后的溶液用高速组织捣碎机在10000r/min的转速下分散30min,超声处理30min,得到细菌纤维素分散液;
c.磷石膏晶须的制备
先将去离子水和步骤b得到的细菌纤维素分散液按体积比4:1进行稀释,然后向稀释后的分散液中依次加入质量分数6~11%的晶型调控剂和5%的步骤a得到的预处理后的磷石膏混配,混合溶液在102~104℃条件下,以160~200r/min搅拌反应3~5h;搅拌反应后的溶液进行抽滤,抽滤后得到的滤饼用90℃去离子水洗涤,然后用有机溶剂洗涤,滤饼于90℃条件下干燥2h,得到磷石膏晶须。
2.根据权利要求1所述的一种磷石膏晶须的制备方法,其特征在于:所述的晶型调控剂为氯化钙或氯化镁中的一种或两种的混合。
3.根据权利要求1所述的一种磷石膏晶须的制备方法,其特征在于:所述的有机溶剂为乙醇或丙酮中的一种。
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