CN110330047A - 石膏转晶器、制备二水石膏、α高强石膏及石膏板的方法 - Google Patents

石膏转晶器、制备二水石膏、α高强石膏及石膏板的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了石膏转晶器、制备二水石膏、α高强石膏及石膏板的方法，石膏转晶器包括罐体和具有上托功能的搅拌桨，罐体内设置有第一筒体，第一筒体内套设有第二筒体，搅拌桨的一端设置于第二筒体内，搅拌桨的另一端贯穿所述罐体且伸出；罐体的顶部开设有两个进液口，两个进液口内均设置有进液管，进液管与进液口之间设置有空隙；其中，一根进液管与第二筒体连通且另一根进液管与第一筒体连通；罐体的底部开设有晶粒出口；罐体的上部开设有多个排水口；具有粒径大和性能稳定的特点，不需要堆积以后再使用，不会造成二次污染且将稀硫酸废水变废为宝。

Description

石膏转晶器、制备二水石膏、α高强石膏及石膏板的方法
技术领域
本发明属于提升稀硫酸废水的处理技术领域，具体涉及处理稀硫酸废水的石膏转晶器、利用稀硫酸废水制备二水石膏的方法；二水石膏直接制备α高强石膏；α高强石膏制备无纸面纤维高强石膏板的方法。
背景技术
对于硫酸的质量分数为5％-25％的废水，因硫酸的回收价值不高，也难以综合利用，一般是用石灰和废碱进行中和，使废水中的硫酸含量达到排放标准或有利于后续的处理。目前用重质碳酸钙中和处理稀硫酸废水是最经济且可行的方案，但是该方法是在化学石膏结晶反应器进行的，而化学石膏结晶反应器在处理稀硫酸废水的过程中存在容易结垢堵塞、污垢不易清理及生成的石膏产物颗粒细小，该细小的石膏产物导致沉降、过滤过程以及脱水过程很难进行；且现有的处理稀硫酸废水的方法得到的石膏晶粒性能不稳定，需要堆放3-6个等晶型稳定以后才能使用，然而堆放会导致环境的二次污染。
现有的α高强石膏生产方式有三种方式，具体为蒸压法、半干法和液相法，其中，α高强石膏分为α25、α30、α40以及α50四个强度等级，且均不小于表3规定的数值；蒸压法和半干法制备得到的α高强石膏只能满足α25～α40的标准，而液相法脱水制备得到的α高强石膏大于α40，但是现有的液相法需要烘干设备，而烘干过程占整个生产成本的40％以上，从而使得液相法制备α高强石膏的成本高。
发明内容
为了解决现有技术存在处理稀硫酸废水的方法得到的石膏产物粒径小，容易结垢堵塞和污垢不易清理，该细小的石膏产物导致沉降、过滤过程以及脱水过程很难进行的问题，本发明提供了一种处理稀硫酸废水的石膏转晶器。
本发明所采用的技术方案为：一种处理稀硫酸废水的石膏转晶器，包括罐体和具有上托功能的搅拌桨，罐体内设置有第一筒体，第一筒体内套设有第二筒体，搅拌桨的一端设置于第二筒体内，搅拌桨的另一端贯穿所述罐体且伸出；
第二筒体内为反应结晶区，第二筒体与第一筒体之间的缝隙区域为晶型成长区，第一筒体与罐体之间的缝隙区为澄清溢流区；
罐体的顶部开设有两个进液口，两个进液口内均设置有进液管，进液管与进液口之间设置有空隙；其中，一根进液管与第二筒体连通且另一根进液管与第一筒体连通；罐体的底部开设有晶粒出口；罐体的上部开设有多个排水口。
本发明的工作原理/有益效果为：稀硫酸废水和循环水通过与第二筒体连通的进液口进入第二筒体内，重钙粉末和晶种的混合物、重钙浆料和晶种的混合物、重钙粉末或重钙浆料从另一个进液口进入晶型成长区内；
反应结晶区内发生硫酸与碳酸钙的反应，得到微溶于水的硫酸钙，主要化学反应方程式为：
CaCO3+H2SO4＝CaSO4+CO2↑+H2O，MgCO3+H2SO4＝MgSO4+CO2↑+H2O；因此在具有上托功能的搅拌桨的作用下，CaSO4进入晶型成长区，从而使得反应结晶区内硫酸钙的量减少，减少硫酸钙附着于CaCO3表面，因此反应能够继续进行；进入晶型成长区内的硫酸钙与石膏晶核结合形成石膏晶粒，随着石膏晶粒长大，在其重力作用及溢流水(反应生成的水和循环水的统称)分流作用下，大颗粒的石膏晶粒沉降至罐体的底部并外排；细小石膏晶粒仍循环增长至变成大颗粒的石膏晶粒沉降至罐体的底部，随着废水和重钙浆料的加入，以及反应的进行，罐体内水的体积逐渐增大，导致整个罐体内液位逐渐升高且水溢流出来进入澄清溢流区，其澄清溢流区内溢流水的液位逐渐升高，当澄清溢流区内溢流水的液位达到排水口的高度时，溢流水从排水口溢出，使得罐体内的反应和生成石膏晶粒的过程持续进行，提高了硫酸质量分数为5％-25％的废水的处理效率；稀硫酸废水直接进入反应结晶区内，而重钙浆料进入晶型成长区在具有上托功能的搅拌桨的作用下从反应结晶区的底部进入与硫酸反应，一方面使得两者最大程度的接触发生反应，另一方面避免生成的硫酸钙附着于碳酸钙的表面阻止反应的进行，而生成的硫酸钙直接从反应结晶区的顶部出去且进入晶型成长区内与石膏晶核结合形成石膏晶粒；一方面，该石膏转晶器使用的原料是硫酸质量分数为5％-25％的废水，减少了硫酸质量分数为5％-25％的废水直接排放对环境产生的污染；另一方面，利用该石膏转晶器制备出来的石膏粒径大，不易堵塞、不易产生污垢且易沉降，便于后续的过滤以及脱水过程顺利地进行。
进一步限定，所述罐体的外侧壁上固定连接有加热管，加热管沿着所述罐体的外侧壁从上到下蛇形分布。
进一步限定，所述晶粒出口上设置有调控阀。
进一步限定，其特征在于，所述搅拌桨伸出所述罐体的一端固定连接有变频调速电机。
进一步限定，所述第二筒体的下端设置于所述第一筒体下端的下方。
进一步限定，所述第二筒体的顶部设置于第一筒体内。
本发明为了解决现有的处理稀硫酸废水的方法得到的石膏晶粒性能不稳定，需要堆放3-6个月等晶型稳定以后才能使用，然而堆放会导致环境的二次污染的问题，以及现有的制备α高强石膏的过程中采用的液相法需要经过烘干过程才能达到α50高强石膏的行业要求，而烘干过程的成本就占整个α高强石膏制备过程成本的40％，从而使得通过液相法制备出的α高强石膏的成本高，因此售价也远远高于蒸压法，而采用蒸压法制备出来的α高强石膏的干燥抗压强度低，不能满足某些场合的使用。因此本发明还提供了一种利用稀硫酸废水制备二水石膏的方法，包括以下步骤：
S1：测定稀硫酸废水中硫酸的浓度，硫酸和重钙的摩尔比按照(87～92):100计算出所需重钙的摩尔量和质量且称取重钙粉料，重钙粉料的粒级为80～180目或120目以上；
S2：启动变频调速电机，变频调速电机转速为500～1000rpm/min，加热管内通入加热介质，使得石膏转晶器内的温度控制在50～100℃；
稀硫酸废水以1100～1400kg/h的速度通入石膏转晶器的反应结晶区，重钙粉料以100～120kg/h通入石膏转晶器的晶型成长区，且向石膏转晶器内通入循环水，循环水量为900～2714L/h；
S3：每间隔1h将石膏转晶器底部的调控阀打开，收集生成的石膏晶粒且过滤，过滤得到的滤液返回石膏转晶器内，过滤得到二水石膏。
本发明的工作原理/有益效果为：通过步骤S1和步骤S2具有以下效果：第一、该方法得到的溢流水的PH值在6.0～8.0之间，达到工业的排放标准，可直接排放或作为循环水使用，避免了产生不合格的废水造成环境的二次污染；第二、得到副产物石膏晶粒，该石膏晶粒为二水石膏，该二水石膏的平均粒径大于0.1mm，远远大于现有技术中的30-60μm，有利于沉降过程、过滤过程以及脱水过程的顺利进行；石膏晶粒表面的附着水的质量分数小于25％，远远小于现有技术中的35％-45％；石膏晶粒纯度大于85％，高于现有技术中的75％-85％；该方法制备出来的石膏晶粒的稳定性好，经过后续的过滤过程得到的石膏可直接使用，不需要二次堆放，避免了堆放带来对环境的二次污染。
本发明还提供一种二水石膏直接制备α高强石膏的方法，包括以下步骤：
H1：所述二水石膏和转晶剂按1000：(3～6)的质量比进行混合，得到混合物A，向混合物A中加入水且同时搅拌得到固液比为35:100的悬浮液，搅拌时间为5～30min；
H2：悬浮液在125～145℃的温度下搅拌4～6h，得到浆料B；
H3：过滤浆料B得中间体A；
H4：粉碎中间体A且同时加入晶型稳定剂和缓凝剂且搅拌，得到α高强石膏，其中：搅拌时间为1～2min；
加入晶型稳定剂的质量为中间体A质量的千分之二；加入缓凝剂的质量为中间体A质量的千分之一；
其中：步骤H3和H4均是在温度大于100℃的条件下进行的。
步骤H1中加入转晶剂能够诱导步骤H2中的再结晶过程中晶型的形成种类；加入的转晶剂不同，生成的石膏可以为石膏晶须或高强石膏结晶，石膏晶须(又称硫酸钙晶须)是指硫酸钙的纤维状单晶体，主要用途：1.用于复合材料增强(塑料、橡胶、尼龙、聚氨酯等增强组合)2.代替石棉用于摩擦材料，3.用于环境工程，4.用于沥青改性。石膏结晶应用市场广泛，可覆盖所有β建筑石膏粉领域，在陶瓷模型、牙模石膏、黄金首饰、铝合金、玻璃等的制造市场均有较大需求且无法代替。
在建筑领域中高强石膏主要用于玻璃纤维高强石膏板(用于隔断及装饰墙体)、石膏刨花板(代替木工板和人造板)、石膏基自流坪(木地板垫层)、石膏装饰制品GRG、石膏陶瓷地板、仿人造大理石板等产品。
步骤H1中向混合物A中加入水且同时搅拌得到固液比为35:100的浆料A，搅拌时间为5～30min，主要是形成液相悬浊液，为后续的液相法制备α高强石膏做准备；
步骤H2中反应温度控制在125～145℃，反应时间控制在4～6h，该步骤是二水石膏进行溶解再结晶的过程，二水石膏溶解的过程中温度降低，由于温度越低二水石膏的溶解度也越低，因此当温度降低以后二水石膏的溶解度降低从而导致部分溶解的二水石膏结晶析出形成α高强石膏，随着外部不断供热，悬浊液的温度逐渐升高从而使得二水石膏继续溶解，溶解过程中又降低温度使得溶解了的二水石膏结晶析出形成α高强石膏，如此循环进行，需要注意的是α高强石膏随着温度的升高其溶解度降低，所以不断有α高强石膏的析出，直到二水石膏完全溶解且α高强石膏的量达到最大。
步骤H3主要是将步骤H2含有液相的α高强石膏进行过滤提纯。
步骤H4中粉碎中间体A，主要是将大颗粒α高强石膏粉碎成小颗粒，改变α高强石膏的级配；加入晶型稳定剂，增强α高强石膏的强度和稳定性能，使得满足行业上α高强石膏中等级为α50的要求；缓凝剂是延长α高强石膏的凝固时间，避免α高强石膏过早凝结。
本发明的有益效果是：二水石膏与水、转晶剂混合形成悬浮液，悬浮液经过溶解再结晶的过程生成中间体A，中间体A粉碎后直接与晶型稳定剂、缓凝剂混合形成α高强石膏，该α高强石膏达到等级α50的行业标准，可直接使用，省略了烘干过程，与现有的液相法必须经过烘干过程才能够降低产品的含水量相比，大大地降低了制造成本。
本发明还公开了一种制备无纸面纤维高强石膏板的方法，包括以下步骤：
M1：将权利要求8所述的α高强石膏与建筑石膏粉按质量比为1：(1～3)在温度大于100℃的条件下混合且搅拌均匀，搅拌时间为3～5min，得到中间体H；
M2：将中间体H浇注于下、上成型皮带模具中，同时在料层中加入纤维网格布，然后经滚压10～15min凝结成型，滚压压力为0.2～0.3MPa；该过程的温度为常温，凝结成型的湿板经干燥，干燥完成以后得到的干板经过包装，则得到无纸面纤维高强石膏板。
本发明的工作原理/有益效果为：α高强石膏与建筑石膏粉按质量比为1：(1～3)混合，主要是降低制备成本，建筑石膏粉为现有市面上所售的建筑石膏粉；温度大于100℃的条件下进行的，也是避免α高强石膏过早变成二水石膏，影响产品的强度。在常温下，α高强石膏溶解再结晶变成二水石膏，该方法制备得到的无纸石膏板中的水分含量少、气孔量少、强度高以及板面光洁，满足行业标准。
附图说明
图1是利用稀硫酸废水制备无纸面纤维高强石膏板的工艺流程图；
图2是本发明沿罐体的轴向方向的剖面图；
图中：1-罐体；2-第二进液管；3-第一筒体；4-第二筒体；5-加热管；6-溢水管；7-搅拌桨；8-变频调速电机；9-调控阀；10-第一进液管；11-晶粒导出管。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步阐述。
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的描述中，有的结构或器件未作具体描述的，理解为现有技术中有能实现的结构或器件。
实施例1
本实施例的技术方案为：一种处理稀硫酸废水的石膏转晶器，包括罐体1和具有上托功能的搅拌桨7，罐体1内设置有第一筒体3，第一筒体3内套设有第二筒体4，搅拌桨7的一端设置于第二筒体4内，搅拌桨7的另一端贯穿所述罐体1且伸出；
第二筒体4内为反应结晶区，第二筒体4与第一筒体3之间的缝隙区域为晶型成长区，第一筒体3与罐体1之间的缝隙区为澄清溢流区；
罐体1的顶部开设有两个进液口，两个进液口内均设置有进液管，进液管与进液口之间设置有空隙；其中，一根进液管与第二筒体4连通且另一根进液管与第一筒体3连通；罐体1的底部开设有晶粒出口；罐体1的上部开设有多个排水口。
所述罐体1的外侧壁上固定连接有加热管5，加热管5沿着所述罐体1的外侧壁从上到下蛇形分布。
所述晶粒出口上设置有调控阀9。所述搅拌桨7伸出所述罐体1的一端固定连接有变频调速电机8。所述第二筒体4的下端设置于所述第一筒体3下端的下方。所述第二筒体4的顶部设置于第一筒体3内。
如图2所示，搅拌桨7由搅拌杆和搅拌叶组成，搅拌杆的一端与变频调速电机8的输出轴通过轴承连接，搅拌叶采用具有上托功能的螺旋叶制成，搅拌叶沿搅拌桨7中心轴方向分布于搅拌桨7的外表面上；一个进液口与第二筒体4通过第一进液管10连通；另一个进液口与第一筒体3通过第二进液管2连通；每一个排水口上连通有溢水管6，溢水管6的下端延伸至罐体1的底部。
向加热管5内通入加热介质，用于适应冬季和寒冷地区的使用，扩大了该石膏转晶器的适用范围。
启动变频调速电机8，变频调速电机8，变频调速电机8的转速控制在500-1000rpm/min内；带动搅拌桨7绕自身的轴旋转，由于搅拌桨7的搅拌叶在旋转的过程中能够将其下部的物质带动向上移动，因此第二筒体4下部的液体会进入第二筒体4内且沿着第二筒体4向上移动，最后从第二筒体4的顶部出来进入第一筒体3内；硫酸质量分数为5％～25％的废水和循环水由第一进液管10导入第二筒体4内，晶种和重钙浆料由第二进液管2导入第一筒体3内，硫酸与来至第二筒体4底部的重钙浆料在反应结晶区内接触且发生反应，具体地反应方程式为：CaCO3+H2SO4＝CaSO4+CO2↑+H2O，
MgCO3+H2SO4＝MgSO4+CO2↑+H2O，反应生成的二氧化碳气体从进液管与进液口之间的缝隙溢出，确保罐体1内的压力在合理的范围内，反应生成的固态产物随着搅拌桨7的旋转向上移动且进入晶型成长区内，硫酸钙覆盖于晶种的表面上形成晶核，随着反应的不断进行，晶核表面不断覆盖硫酸钙形成石膏晶粒，石膏晶粒表面继续附着硫酸钙形成粒径越来越大的石膏晶粒且石膏晶粒的重量也越来越重，石膏晶粒的粒径超过一定值以后，石膏晶粒会在自身重力和溢流水(循环水和反应生成的水的统称)分流的作用下下降且沉降于罐体1的底部；粒径小的石膏晶粒跟随重钙浆料从第二筒体4顶部进入反应结晶区进行，然后进入晶型成长区内附着碳酸钙从而使得石膏晶粒的粒径增大，如此循环，直到石膏晶粒的粒径超过一定值以后，石膏晶粒在自身重力和溢流水分流的作用下下降且沉降于罐体1的底部；随着废水和重钙浆料的加入以及反应的不断进行，罐体1内的液位逐渐升高且反应生成的水溢流到罐体1靠壁的区域且进入澄清溢流区，当澄清溢流区内的液位达到排水口时，水溢出且经过溢水管6导流至相应的废水接收处；当罐体1底部的石膏晶粒堆积至一定高度后，打开调控阀9，石膏晶粒由晶粒导出管11导出，调控阀9可以通过现有的PLC控制系统实现自动开启或关闭。
对该石膏转晶器制备得到的100粒石膏晶粒进行检测，得到石膏晶粒的平均粒径大于0.1mm，远大于现有技术中的30～60μm。
通过该石膏转晶器制备得到的石膏晶粒的粒径大，容易沉降，便于后续加工工艺的顺利进行，如过滤过程和脱水过程；由于反应结晶区和晶型成长区内的物质一直是处于向上或向下移动的状态，因此在第二筒体4的壁上和第一筒体3的壁上粘附重钙浆料和石膏晶粒的量少，达到一定粒径的石膏晶粒在自身的重力下直接沉降至罐体1的底部，不会堵塞该石膏转晶器；反应过程中产生的水溢流进入澄清溢流区且反应结晶区、晶型成长区以及澄清溢流区均是直筒结构，有利于后期污垢的清理。
对照组1
一种稀硫酸废水的处理方法，包括以下步骤：
S1：测定需要处理的稀硫酸废水的浓度，其质量浓度为10％；硫酸与重钙的摩尔比为80：100，计算出1L稀硫酸废水所需要重钙粉末的量，重钙粉末为粒级为80～120目的混合物；
S2：将加热管5中通入加热介质，加热介质可以为余热蒸汽或导热油，使得罐体1内的温度保持在35℃，启动变频调速电机8且将其转速调至450rpm/min；将稀硫酸废水以1000kg/h的速度通入石膏转晶器的反应结晶区内；
重钙粉料以80kg/h通入石膏转晶器的晶型成长区，且向石膏转晶器内通入循环水，循环水量为640L/h；
S3：每间隔一小时将石膏转晶器底部的调控阀打开，收集生成的石膏晶粒且过滤；过滤得到的石膏晶粒每间隔两小时进行合并制样且分析，分析结果如表1所示；过滤得到的滤液每间隔两小时进行合并分析且测其PH值；每间隔半小时检测从排水口溢出的溢出水的PH值以及测定石膏晶粒的性能，该石膏晶粒为二水石膏，结果如表1所示；
二水石膏和转晶剂按1000：1的质量比进行混合，得到混合物A，向混合物A中加入水且同时搅拌得到固液比为35:100的浆料A，搅拌时间为3min；
S4：浆料A在130℃的温度下搅拌6h，得到浆料B，该过程在反应釜中进行，反应釜的台数为4台，用于交替进行，使得整个过程连续进行；
S5：过滤浆料B得中间体A；
S6：粉碎中间体A且同时加入晶型稳定剂，然后搅拌得到α高强石膏，α高强石膏的性能如表2所示，其中：搅拌时间为2min；
加入晶型稳定剂的质量为中间体A质量的千分之一；步骤S5和S6中的温度为80～90℃；
S7：将α高强石膏与建筑石膏粉按质量比为1：1混合且搅拌均匀，搅拌时间为1min，得到中间体H；
其中：步骤S7是在温度大于100℃的条件下进行的；
S8：将中间体H浇注于下、上成型皮带模具中，同时在料层中加入纤维网格布，然后经滚压10～15min凝结成型，滚压压力为0.2～0.3MPa；该过程的温度为常温，凝结成型的湿板经干燥，干燥完成以后得到的干板经过包装，则得到无纸面纤维高强石膏板。
对照组2
一种稀硫酸废水的处理方法，包括以下步骤：
S1：测定需要处理的稀硫酸废水的浓度，其质量浓度为10％；硫酸与重钙的摩尔比为87：100，计算出1L稀硫酸废水所需要重钙粉末的量，重钙粉末为粒级为80～180目的混合物；
S2：将加热管5中通入加热介质，加热介质可以为余热蒸汽或导热油，使得罐体1内的温度保持在50℃，启动变频调速电机8且将其转速调至500rpm/min；将稀硫酸废水以1100kg/h的速度通入石膏转晶器的反应结晶区内，重钙粉料与水进行调和使得重钙的含量为10％且同时加入40kg晶种形成重钙浆料；
重钙浆料以100kg/h通入石膏转晶器的晶型成长区，且向石膏转晶器内通入循环水，循环水量为900L/h；
S3：每间隔一小时将石膏转晶器底部的调控阀打开，收集生成的石膏晶粒且过滤；过滤得到的石膏晶粒每间隔两小时进行合并制样且分析，分析结果如表1所示；过滤得到的滤液每间隔两小时进行合并分析且测其PH值每间隔半小时检测从排水口溢出的溢出水的PH值以及测定石膏晶粒的性能，该石膏晶粒为二水石膏，结果如表1所示；
二水石膏和转晶剂按1000：8的质量比进行混合，得到混合物A，向混合物A中加入水且同时搅拌得到固液比为35:100的浆料A，搅拌时间为30min；
S4：浆料A在110℃的温度下搅拌6h，得到浆料B，该过程在反应釜中进行，反应釜的台数为4台，用于交替进行，使得整个过程连续进行；
S5：过滤浆料B得中间体A；
S6：粉碎中间体A且同时加入晶型稳定剂，然后搅拌得到α高强石膏，α高强石膏的性能如表2所示，其中：搅拌时间为1min；
加入晶型稳定剂的质量为中间体A质量的千分之一；步骤S5和S6中的温度为80～90℃；
S7：将α高强石膏与建筑石膏粉按质量比为1：2混合且搅拌均匀，搅拌时间为1min，得到中间体H；
其中：步骤S7是在温度大于100℃的条件下进行的；
S8：将中间体H浇注于下、上成型皮带模具中，同时在料层中加入纤维网格布，然后经滚压30min凝结成型，滚压压力为0.8MPa；该过程的温度为常温，凝结成型的湿板经干燥，干燥完成以后得到的干板经过包装，则得到无纸面纤维高强石膏板。
对照组3
一种稀硫酸废水的处理方法，包括以下步骤：
S1：测定需要处理的稀硫酸废水的浓度，其质量浓度为10％；硫酸与重钙的摩尔比为87：100，计算出1L稀硫酸废水所需要重钙粉末的量，重钙粉末为粒级为80～180目的混合物；
S2：将加热管5中通入加热介质，加热介质可以为余热蒸汽或导热油，使得罐体1内的温度保持在50℃，启动变频调速电机8且将其转速调至500rpm/min；将稀硫酸废水以1100kg/h的速度通入石膏转晶器的反应结晶区内，重钙粉料与水进行调和使得重钙的含量为10％且同时加入40kg晶种形成重钙浆料；
重钙浆料以100kg/h通入石膏转晶器的晶型成长区，且向石膏转晶器内通入循环水，循环水量为900L/h；
S3：每间隔一小时将石膏转晶器底部的调控阀打开，收集生成的石膏晶粒且过滤；过滤得到的石膏晶粒每间隔两小时进行合并制样且分析，分析结果如表1所示；过滤得到的滤液每间隔两小时进行合并分析且测其PH值每间隔半小时检测从排水口溢出的溢出水的PH值以及测定石膏晶粒的性能，该石膏晶粒为二水石膏，结果如表1所示；
二水石膏和转晶剂按1000：8的质量比进行混合，得到混合物A，向混合物A中加入水且同时搅拌得到固液比为35:100的浆料A，搅拌时间为30min；
S4：浆料A在130℃的温度下搅拌3h，得到浆料B，该过程在反应釜中进行，反应釜的台数为4台，用于交替进行，使得整个过程连续进行；
S5：过滤浆料B得中间体A；
S6：粉碎中间体A且同时加入晶型稳定剂，然后搅拌得到α高强石膏，α高强石膏的性能如表2所示，其中：搅拌时间为1min；
加入晶型稳定剂的质量为中间体A质量的千分之一；步骤S5和S6中的温度为80～90℃；
S7：将α高强石膏与建筑石膏粉按质量比为1：3混合且搅拌均匀，搅拌时间为1min，得到中间体H；
其中：步骤S7是在温度大于100℃的条件下进行的；
S8：将中间体H浇注于下、上成型皮带模具中，同时在料层中加入纤维网格布，然后经滚压30min凝结成型，滚压压力为0.8MPa；该过程的温度为常温，凝结成型的湿板经干燥，干燥完成以后得到的干板经过包装，则得到无纸面纤维高强石膏板。
实施例2
一种稀硫酸废水的处理方法，包括以下步骤：
S1：测定需要处理的稀硫酸废水的浓度，其质量浓度为10％；硫酸与重钙的摩尔比为87：100，计算出1L稀硫酸废水所需要重钙粉末的量，重钙粉末为粒级为80～180目的混合物；
S2：将加热管5中通入加热介质，加热介质可以为余热蒸汽或导热油，使得罐体1内的温度保持在50℃，启动变频调速电机8且将其转速调至500rpm/min；将稀硫酸废水以1100kg/h的速度通入石膏转晶器的反应结晶区内，重钙粉料与水进行调和使得重钙的含量为10％且同时加入40kg晶种形成重钙浆料；
重钙浆料以100kg/h通入石膏转晶器的晶型成长区，且向石膏转晶器内通入循环水，循环水量为900L/h；
S3：每间隔一小时将石膏转晶器底部的调控阀打开，收集生成的石膏晶粒且过滤；过滤得到的石膏晶粒每间隔两小时进行合并制样且分析，分析结果如表1所示；过滤得到的滤液每间隔两小时进行合并分析且测其PH值每间隔半小时检测从排水口溢出的溢出水的PH值以及测定石膏晶粒的性能，该石膏晶粒为二水石膏，结果如表1所示；
二水石膏和转晶剂按1000：3的质量比进行混合，得到混合物A，向混合物A中加入水且同时搅拌得到固液比为35:100的浆料A，搅拌时间为5min；
S4：浆料A在125℃的温度下搅拌4h，得到浆料B，该过程在反应釜中进行，反应釜的台数为4台，用于交替进行，使得整个过程连续进行；
S5：过滤浆料B得中间体A；
S6：粉碎中间体A且同时加入晶型稳定剂，然后搅拌得到α高强石膏，α高强石膏的性能如表2所示，其中：搅拌时间为1min；
加入晶型稳定剂的质量为中间体A质量的千分之一；步骤S5和S6中的温度为80℃；
S7：将α高强石膏与建筑石膏粉按质量比为1：1混合且搅拌均匀，搅拌时间为1min，得到中间体H；
其中：步骤S7是在温度为105℃的条件下进行的；
S8：将中间体H浇注于下、上成型皮带模具中，同时在料层中加入纤维网格布，然后经滚压10min凝结成型，滚压压力为0.2MPa；该过程的温度为常温，凝结成型的湿板经干燥，干燥完成以后得到的干板经过包装，则得到无纸面纤维高强石膏板。
实施例3
一种稀硫酸废水的处理方法，包括以下步骤：
S1：测定需要处理的稀硫酸废水的浓度，其质量浓度为10％；硫酸与重钙的摩尔比为90：100，计算出1L稀硫酸废水所需要重钙粉末的量，重钙粉末为粒级为120目的混合物；
S2：将加热管5中通入加热介质，加热介质可以为余热蒸汽或导热油，使得罐体1内的温度保持在50℃，启动变频调速电机8且将其转速调至854rpm/min；将稀硫酸废水以1246kg/h的速度通入石膏转晶器的反应结晶区内，重钙粉料与水进行调和使得重钙的含量为10％且同时加入40kg晶种形成重钙浆料；
重钙浆料以109kg/h通入石膏转晶器的晶型成长区，且向石膏转晶器内通入循环水，循环水量为1548L/h；
S3：每间隔一小时将石膏转晶器底部的调控阀打开，收集生成的石膏晶粒且过滤；过滤得到的石膏晶粒每间隔两小时进行合并制样且分析，分析结果如表1所示；过滤得到的滤液每间隔两小时进行合并分析且测其PH值每间隔半小时检测从排水口溢出的溢出水的PH值以及测定石膏晶粒的性能，该石膏晶粒为二水石膏，结果如表1所示；
二水石膏和转晶剂按1000：5的质量比进行混合，得到混合物A，向混合物A中加入水且同时搅拌得到固液比为35:100的浆料A，搅拌时间为16min；
S4：浆料A在130℃的温度下搅拌5h，得到浆料B，该过程在反应釜中进行，反应釜的台数为4台，用于交替进行，使得整个过程连续进行；
S5：过滤浆料B得中间体A；
S6：粉碎中间体A且同时加入晶型稳定剂，然后搅拌得到α高强石膏，α高强石膏的性能如表2所示，其中：搅拌时间为1.5min；
加入晶型稳定剂的质量为中间体A质量的千分之一；步骤S5和S6中的温度为127℃；
S7：将α高强石膏与建筑石膏粉按质量比为1：2.5混合且搅拌均匀，搅拌时间为1.5min，得到中间体H；
其中：步骤S7是在温度为127℃的条件下进行的；
S8：将中间体H浇注于下、上成型皮带模具中，同时在料层中加入纤维网格布，然后经滚压13min凝结成型，滚压压力为0.25MPa；该过程的温度为常温，凝结成型的湿板经干燥，干燥完成以后得到的干板经过包装，则得到无纸面纤维高强石膏板。
实施例4
一种稀硫酸废水的处理方法，包括以下步骤：
S1：测定需要处理的稀硫酸废水的浓度，其质量浓度为10％；硫酸与重钙的摩尔比为92：100，计算出1L稀硫酸废水所需要重钙粉末的量，重钙粉末为粒级为120目的混合物；
S2：将加热管5中通入加热介质，加热介质可以为余热蒸汽或导热油，使得罐体1内的温度保持在50℃，启动变频调速电机8且将其转速调至1000rpm/min；将稀硫酸废水以1400kg/h的速度通入石膏转晶器的反应结晶区内，重钙粉料与水进行调和使得重钙的含量为10％且同时加入40kg晶种形成重钙浆料；
重钙浆料以120kg/h通入石膏转晶器的晶型成长区，且向石膏转晶器内通入循环水，循环水量为2714L/h；
S3：每间隔一小时将石膏转晶器底部的调控阀打开，收集生成的石膏晶粒且过滤；过滤得到的石膏晶粒每间隔两小时进行合并制样且分析，分析结果如表1所示；过滤得到的滤液每间隔两小时进行合并分析且测其PH值每间隔半小时检测从排水口溢出的溢出水的PH值以及测定石膏晶粒的性能，该石膏晶粒为二水石膏，结果如表1所示；
二水石膏和转晶剂按1000：6的质量比进行混合，得到混合物A，向混合物A中加入水且同时搅拌得到固液比为35:100的浆料A，搅拌时间为30min；
S4：浆料A在130℃的温度下搅拌6h，得到浆料B，该过程在反应釜中进行，反应釜的台数为4台，用于交替进行，使得整个过程连续进行；
S5：过滤浆料B得中间体A；
S6：粉碎中间体A且同时加入晶型稳定剂，然后搅拌得到α高强石膏，α高强石膏的性能如表2所示，其中：搅拌时间为2min；
加入晶型稳定剂的质量为中间体A质量的千分之一；步骤S5和S6中的温度为164℃；
S7：将α高强石膏与建筑石膏粉按质量比为1：3混合且搅拌均匀，搅拌时间为2min，得到中间体H；
其中：步骤S7是在温度为164℃的条件下进行的；
S8：将中间体H浇注于下、上成型皮带模具中，同时在料层中加入纤维网格布，然后经滚压15min凝结成型，滚压压力为0.3MPa；该过程的温度为常温，凝结成型的湿板经干燥，干燥完成以后得到的干板经过包装，则得到无纸面纤维高强石膏板。
表1 二水石膏及溢流水的分析结果
表2 α高强石膏的性能
由表1、表2可知，对照组1所得二水石膏的纯度低于85％，达不到直接使用的二水石膏的要求；对照组2中，二水石膏具有高的品位，但是由于在α高强石膏制备的过程中，悬浮液的温度低于125℃，搅拌时间为6h，制备得到的α高强石膏只能达到α30的要求；对照组3中，二水石膏具有高的品位，但是由于在α高强石膏制备的过程中，悬浮液的温度在125～145℃范围内，搅拌时间不在4～6h内，制备得到的α高强石膏只能达到α30的要求。由实施例2-4可知，当硫酸与重钙的摩尔比为87～92：100、重钙粉末的粒级为80～120目或120目以上、罐体内的温度为50～100℃、搅拌速度为500～1000rpm/min、稀硫酸废水通入罐体内的速度为1100～1400kg/h、重钙粉料通入罐体内的速度为100～120kg/h以及循环水量为900～2714L/h时，得到的副产物二水石膏的纯度大于85％，溢流水的PH值均在6.0～8.0之间，符合工业上的直接排放的标准。
因此，只有当硫酸和重钙的摩尔比在(87～92):100范围内或重钙粉料的粒级为80～180目或120目以上或变频调速电机的转速在500～1000rpm/min内或石膏转晶器的温度在50～100℃内或稀硫酸废水的加入速度在1100～1400g/h内或重钙粉料的加入速度在100～120g/h内或循环水量在900～2714ml/h内或悬浮液的温度在125～145℃内，搅拌时间在4～6h内时，得到的α高强石膏能够达到α50的要求；实施例2-4制备得到的α高强石膏的2h抗折强度>6.0MPa；烘干抗压强度>50MPa；满足α50等级的要求。
表3 α高强石膏的等级和性能
等级 2H抗折强度(MPa) 烘干抗压强度(MPa)
α25 3.5 25.0
α30 4.0 30.0
α40 5.0 40.0
α50 6.0 50.0
本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种处理稀硫酸废水的石膏转晶器，其特征在于，包括罐体(1)和具有上托功能的搅拌桨(7)，罐体(1)内设置有第一筒体(3)，第一筒体(3)内套设有第二筒体(4)，搅拌桨(7)的一端设置于第二筒体(4)内，搅拌桨(7)的另一端贯穿所述罐体(1)且伸出；
第二筒体(4)内为反应结晶区，第二筒体(4)与第一筒体(3)之间的缝隙区域为晶型成长区，第一筒体(3)与罐体(1)之间的缝隙区为澄清溢流区；
罐体(1)的顶部开设有两个进液口，两个进液口内均设置有进液管，进液管与进液口之间设置有空隙；其中，一根进液管与第二筒体(4)连通且另一根进液管与第一筒体(3)连通；罐体(1)的底部开设有晶粒出口；罐体(1)的上部开设有多个排水口。
2.根据权利要求1所述的处理稀硫酸废水的石膏转晶器，其特征在于，所述罐体(1)的外侧壁上固定连接有加热管(5)，加热管(5)沿着所述罐体(1)的外侧壁从上到下蛇形分布。
3.根据权利要求1所述的处理稀硫酸废水的石膏转晶器，其特征在于，所述晶粒出口上设置有调控阀(9)。
4.根据权利要求1-3任一项所述的处理稀硫酸废水的石膏转晶器，其特征在于，所述搅拌桨(7)伸出所述罐体(1)的一端固定连接有变频调速电机(8)。
5.根据权利要求4所述的处理稀硫酸废水的石膏转晶器，其特征在于，所述第二筒体(4)的下端设置于所述第一筒体(3)下端的下方。
6.根据权利要求1或2所述的处理稀硫酸废水的石膏转晶器，其特征在于，所述第二筒体(4)的顶部设置于第一筒体(3)内。
7.一种利用稀硫酸废水制备二水石膏的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：测定稀硫酸废水中硫酸的浓度，硫酸和重钙的摩尔比按照(87～92):100计算出所需重钙的摩尔量和质量且称取重钙粉料，重钙粉料的粒级为80～180目或120目以上；
S2：启动变频调速电机，变频调速电机转速为500～1000rpm/min，加热管内通入加热介质，使得石膏转晶器内的温度控制在50～100℃；
稀硫酸废水以1100～1400kg/h的速度通入石膏转晶器的反应结晶区，重钙粉料以100～120kg/h通入石膏转晶器的晶型成长区，且向石膏转晶器内通入循环水，循环水量为900～2714L/h；
S3：每间隔1h将石膏转晶器底部的调控阀打开，收集生成的石膏晶粒且过滤，过滤得到的滤液返回石膏转晶器内，过滤得到二水石膏。
8.一种利用如权利要求7所述二水石膏直接制备α高强石膏的方法，其特征在于，包括以下步骤：
H1：所述二水石膏和转晶剂按1000：(3～6)的质量比进行混合，得到混合物A，向混合物A中加入水且同时搅拌得到固液比为35:100的悬浮液，搅拌时间为5～30min；
H2：悬浮液在125～145℃的温度下搅拌4～6h，得到浆料B；
H3：过滤浆料B得中间体A；
H4：粉碎中间体A且同时加入晶型稳定剂和缓凝剂且搅拌，得到α高强石膏，其中：搅拌时间为1～2min；
加入晶型稳定剂的质量为中间体A质量的千分之二；加入缓凝剂的质量为中间体A质量的千分之一；
其中：步骤H3和H4均是在温度大于100℃的条件下进行的。
9.一种制备无纸面纤维高强石膏板的方法，其特征在于，包括以下步骤：
M1：将权利要求8所述的α高强石膏与建筑石膏粉按质量比为1：(1～3)在温度大于100℃的条件下混合且搅拌均匀，搅拌时间为3～5min，得到中间体H；
M2：将中间体H浇注于下、上成型皮带模具中，同时在料层中加入纤维网格布，然后经滚压10～15min凝结成型，滚压压力为0.2～0.3MPa；该过程的温度为常温，凝结成型的湿板经干燥，干燥完成以后得到的干板经过包装，则得到无纸面纤维高强石膏板。
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