CN110818297B - 一种常压下微波辐照磷石膏转晶制备α型高强石膏的方法 - Google Patents
一种常压下微波辐照磷石膏转晶制备α型高强石膏的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110818297B CN110818297B CN201911029815.1A CN201911029815A CN110818297B CN 110818297 B CN110818297 B CN 110818297B CN 201911029815 A CN201911029815 A CN 201911029815A CN 110818297 B CN110818297 B CN 110818297B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- phosphogypsum
- microwave irradiation
- normal pressure
- under normal
- type high
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- PASHVRUKOFIRIK-UHFFFAOYSA-L calcium sulfate dihydrate Chemical compound O.O.[Ca+2].[O-]S([O-])(=O)=O PASHVRUKOFIRIK-UHFFFAOYSA-L 0.000 title claims abstract description 90
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 title claims abstract description 69
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 69
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims abstract description 67
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 230000009466 transformation Effects 0.000 title claims abstract description 19
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 41
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 28
- 239000000047 product Substances 0.000 claims abstract description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 44
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 22
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 claims description 13
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 13
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 10
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 9
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 9
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 9
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 8
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 7
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- KDYFGRWQOYBRFD-UHFFFAOYSA-N Succinic acid Natural products OC(=O)CCC(O)=O KDYFGRWQOYBRFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000007667 floating Methods 0.000 claims description 6
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 6
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L Calcium chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 5
- 239000001110 calcium chloride Substances 0.000 claims description 5
- 229910001628 calcium chloride Inorganic materials 0.000 claims description 5
- AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L calcium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ca+2] AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 5
- 239000000920 calcium hydroxide Substances 0.000 claims description 5
- 229910001861 calcium hydroxide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910021578 Iron(III) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 4
- DIZPMCHEQGEION-UHFFFAOYSA-H aluminium sulfate (anhydrous) Chemical compound [Al+3].[Al+3].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O DIZPMCHEQGEION-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims description 4
- KDYFGRWQOYBRFD-NUQCWPJISA-N butanedioic acid Chemical compound O[14C](=O)CC[14C](O)=O KDYFGRWQOYBRFD-NUQCWPJISA-N 0.000 claims description 4
- RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K iron trichloride Chemical compound Cl[Fe](Cl)Cl RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 4
- OFOBLEOULBTSOW-UHFFFAOYSA-N Propanedioic acid Natural products OC(=O)CC(O)=O OFOBLEOULBTSOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- VZCYOOQTPOCHFL-UPHRSURJSA-N maleic acid Chemical compound OC(=O)\C=C/C(O)=O VZCYOOQTPOCHFL-UPHRSURJSA-N 0.000 claims description 3
- 239000011976 maleic acid Substances 0.000 claims description 3
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims description 3
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 claims description 3
- VZCYOOQTPOCHFL-UHFFFAOYSA-N trans-butenedioic acid Natural products OC(=O)C=CC(O)=O VZCYOOQTPOCHFL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 2
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 20
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 8
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 abstract description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 239000003245 coal Substances 0.000 abstract description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 3
- 239000004566 building material Substances 0.000 abstract description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 abstract description 2
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 abstract 1
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 abstract 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 abstract 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 abstract 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- ZOMBKNNSYQHRCA-UHFFFAOYSA-J calcium sulfate hemihydrate Chemical compound O.[Ca+2].[Ca+2].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O ZOMBKNNSYQHRCA-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 7
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 6
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 6
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 5
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 5
- OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L calcium sulfate Chemical compound [Ca+2].[O-]S([O-])(=O)=O OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- 238000011160 research Methods 0.000 description 4
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 4
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 3
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N EDTA Chemical compound OC(=O)CN(CC(O)=O)CCN(CC(O)=O)CC(O)=O KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZCCIPPOKBCJFDN-UHFFFAOYSA-N calcium nitrate Chemical compound [Ca+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O ZCCIPPOKBCJFDN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N Calcium cation Chemical compound [Ca+2] BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 description 1
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 description 1
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 alkali metal salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000004071 biological effect Effects 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 229910001424 calcium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000006477 desulfuration reaction Methods 0.000 description 1
- 230000023556 desulfurization Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 238000005188 flotation Methods 0.000 description 1
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 description 1
- 229910017053 inorganic salt Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005495 investment casting Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004571 lime Substances 0.000 description 1
- 238000013332 literature search Methods 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003760 magnetic stirring Methods 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000007144 microwave assisted synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 1
- 230000003472 neutralizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010422 painting Methods 0.000 description 1
- 239000002367 phosphate rock Substances 0.000 description 1
- OJMIONKXNSYLSR-UHFFFAOYSA-N phosphorous acid Chemical compound OP(O)O OJMIONKXNSYLSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 239000005060 rubber Substances 0.000 description 1
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001509 sodium citrate Substances 0.000 description 1
- NLJMYIDDQXHKNR-UHFFFAOYSA-K sodium citrate Chemical compound O.O.[Na+].[Na+].[Na+].[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O NLJMYIDDQXHKNR-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 239000001384 succinic acid Substances 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B11/00—Calcium sulfate cements
- C04B11/02—Methods and apparatus for dehydrating gypsum
- C04B11/028—Devices therefor characterised by the type of calcining devices used therefor or by the type of hemihydrate obtained
- C04B11/032—Devices therefor characterised by the type of calcining devices used therefor or by the type of hemihydrate obtained for the wet process, e.g. dehydrating in solution or under saturated vapour conditions, i.e. to obtain alpha-hemihydrate
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B11/00—Calcium sulfate cements
- C04B11/26—Calcium sulfate cements strating from chemical gypsum; starting from phosphogypsum or from waste, e.g. purification products of smoke
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
Abstract
本发明涉及一种常压下以磷石膏为原料在介质溶液中转晶制备α型高强石膏的方法，属于建筑材料技术领域。本发明以微波辐照取代油电煤等常规热源，利用磷石膏中存在的高介电常数杂质及介质溶液中的水分吸收电磁波，常压下以磷石膏为原料在介质溶液中转晶制备α型高强石膏。同时利用微波辐照的震荡效应以及对石膏晶体的均质核化等影响，加速石膏晶体生长，改善石膏晶体的微观结构，提高其物理力学性能。本方法无需提前对磷石膏进行水洗、闪烧等预处理，无需加入辅助吸波材料，无需高压反应设施等，具有生产速度快，清洁无污染、产品微观结构致密及强度高等优点，具有显著的社会、经济及环保意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种常压下微波辐照磷石膏转晶制备α型高强石膏的方法，属于建筑材料技术领域。
背景技术
磷石膏是磷化工企业生产磷酸时排出的固体废弃物，每生产1t磷酸约产生4t～5t磷石膏。据不完全统计，目前我国磷石膏年排放量已达7000多万吨，有效利用率不足10%。大量磷石膏堆存带来侵占土地、污染大气、破坏生态等一些列问题，引发社会关注。磷石膏资源化处理难题已经成为制约我国磷化工企业可持续发展的主要障碍之一。磷石膏中的CaSO4·2H2O含量很高，占其总质量的85%以上，是生产建筑石膏或高强石膏的理想原料。
微波辐照是人们日常生活中常用的一种加热方式。不同于常规油电煤等加热方式依赖“由外及内”的热量传递，微波辐照属于“体加热”方式，具有加热速度快、热量利用率高、加热均匀以及温度梯度小、清洁无污染等优点。以微波辐照取代常规加热方式用于磷石膏转晶制备α型高强石膏，不仅可以缩短反应时间，加快反应进程，提高生产效率，降低生产能耗，同时还可以利用微波辐照中的震荡效应以及对石膏晶体生长产生的均质核化等作用，加快石膏晶体生长速度，改善石膏晶体的微观结构，提高石膏的物理力学性能。
本发明以微波辐照取代常规加热方式，在常压下条件下以磷石膏为原料制备α型高强石膏，经过文献检索发现，发明专利《一种利用微波技术诱导改性磷石膏的方法》（授权公告号CN 102701620 B）中将磷石膏球磨至160目～200目，加入Al2O3等无机金属氧化物后，以微波辐照10min～15min，得到微波诱导改性磷石膏，可用于吸附废水中的重金属离子。发明专利《一种微波法还原分解磷石膏的方法》（授权公告号CN 106477529 B）中在磷石膏中加入铁氧体、活性氧化硅等辅助吸波材料，在微波辐照下升温至950℃～1000℃，利用磷石膏主要成分CaSO4·2H2O在还原剂作用下的高温分解产物生产水泥及硫酸。发明专利《一种磷石膏砌块砖微波烘干工艺》（申请公布号 CN 107388733 A）以微波对成型以后的磷石膏砌块进行烘干处理。论文《微波分解磷石膏体系加热机制研究》中以石墨为辅助吸波剂对磷石膏进行改性处理，研究了通过加入石墨改善磷石膏的吸波性能，使磷石膏在4min内升温至1200℃发生分解反应，产物高温下与SiO2再反应生成2CaO·SiO2。论文《磷石膏介电性及其微波热分解模拟仿真研究》中提出了以微波和普通电阻炉相结合的方法煅烧磷石膏制备硫酸及联产水泥。上述几篇文献虽然都涉及了以微波加热磷石膏，但都与本专利微波辐照常压下磷石膏转晶制备α型高强石膏完全不同。
专利《一种利用微波研制β型磷建筑石膏的制备方法》（授权公告号CN 105197977B）中以微波对磷石膏进行预处理，制备β型磷建筑石膏（即β型半水石膏）。该发明首先利用微波对磷石膏中的有机物和无机物杂质进行除杂（高温分解）处理，再将微波处理后的磷石膏放入烘箱中加热至145℃，保温210min，制备β型磷建筑石膏。论文《微波技术在云南磷石膏净化工艺过程中的应用研究》中以微波辐照的方式对磷石膏进行煅烧，制备建筑石膏（β型半水石膏）。该论文中首先使用2.5%石灰对磷石膏进行中和处理，再加入5%碳粉改善磷石膏的吸波性能，将微波能转换为热能使磷石膏升温，在干燥条件下使磷石膏中主要成分CaSO4·2H2O脱水形成β型磷建筑石膏（120℃～140℃）。上述两篇文献资料都利用了微波对磷石膏进行高温煅烧，以去除磷石膏中的杂质，再让磷石膏在微波辐照下制备β型磷建筑石膏（β型半水石膏）。本发明与之相比在以下几个方面不同：①除杂方式不同：上述文献均是在磷石膏中加入碳粉的辅助吸波材料，然后在微波辐照下升温至约600℃去除磷石膏中含有的有机物等杂质；本发明无需提前对磷石膏进行除杂处理，依靠介质溶液中的碱性溶质对磷石膏中的可溶磷、可溶氟等进行化学固化处理，依靠搅拌和静置使磷石膏中密度较小有机物杂质漂浮于介质溶液表面，通过浮选分离。②化学反应过程不同：上述文献中涉及的化学反应是磷石膏中的主要成分CaSO4·2H2O在高温下空气中直接发生脱水反应，失去1.5个结晶水生成半水硫酸钙（CaSO4·0.5H2O）；本发明中的化学反应是磷石膏的主要成分CaSO4·2H2O首先在介质溶液中溶解形成Ca2+和SO42-离子，升温至反应温度后在溶液中再重新析出生成半水硫酸钙（CaSO4·0.5H2O），并通过转晶剂选择吸附于晶体的C轴晶面，调控半水硫酸钙晶体的形貌。③产品晶体微观形貌不同：上述文献中制备的β型半水硫酸钙晶体结构为片状或板状；本发明中制备α型高强石膏（即α型半水硫酸钙）晶体结构为短六棱柱状。④产品力学性能及用途不同：上述文献中制备的β型半水硫酸钙抗压强度要求不小于3MPa，主要用于墙体粉刷、直面石膏板及装饰材料等对物理力学性能要求较低的场合；本发明制备的α型高强石膏（即α型半水硫酸钙）抗压强度要求不小于25MPa，主要用于制备石膏基自流平砂浆以及陶瓷模具等对物理力学性能要求较高的场合。故上述两篇文献与本发明不相同。
论文《丁二酸对α半水脱硫石膏晶体生长习性与晶体形貌的影响》、《EDTA对脱硫石膏制备α－半水石膏晶体生长的影响》和《常压盐溶液法α－半水脱硫石膏的制备及晶形调控研究》中分别使用了丁二酸、EDTA、硫酸铝以及柠檬酸钠等作为转晶剂，以脱硫石膏为原料，采用常规加热方式，常压下在盐溶液中制备α型高强石膏，所需反应时间约为180min～240min。本发明与上述文献相比在以下两方面不同：①原料不同：上述文献所用石膏为脱硫石膏，是火电厂进行烟气脱硫时产生的工业废弃物，与磷石膏相比其CaSO4·2H2O含量更高（90%～95%），杂质含量更低，石膏品质更好；本发明所用的原料为磷石膏，是磷化工企业生产磷酸时排出的固体废弃物，除主要成分CaSO4·2H2O外，还含有未分解的磷矿、残留的磷酸、氟化物以及有机质等杂质，其成分更为复杂，在资源化利用中需要解决有害杂质的负面影响，资源化利用难度更大。②加热方式、时间以及能耗不同：上述文献均采用磁力搅拌加热器以及电阻炉等常规加热方法，而本发明采用微波辐照加热方式，依靠微波“体加热”方式及对晶体生长的震荡效应，大幅缩短升温及相变结晶的时间（60min～120min），可大幅提高生产效率，降低生产成本，节能降耗。
专利《一种制取α-半水石膏的方法》（申请公布号CN108483957A）中公开了一种以微波辐照为热源，以石膏为原料制备α型高强石膏的方法。该专利与本发明相比在以下几点不同：①磷石膏预处理工艺不同：该专利需要提前对磷石膏原料进行“必要的除杂处理”，再将磷石膏破碎，使用20目的标准筛进行筛分，取筛下物作为反应原料；本发明无需对磷石膏进行破碎筛分处理，也无需提前对磷石膏进行除杂处理。磷石膏中含有的可溶磷、可溶氟杂质直接与介质溶液中的碱性溶质进行化学反应固化分离，有机物杂质通过搅拌进行浮选分离，工艺更为简单。②反应环境不同：该专利的反应制备过程需要在高压下进行（其反应容器为立式或卧式耐压反应釜或窑炉）；本发明的反应制备反应过程是在常压下进行，只需将反应容器密闭，外接蒸汽冷凝装置即可，更为简单。③能耗和反应时间不同：该发明以磷石膏为原料制备α型高强石膏时，反应温度为320℃，反应时间为70min，反应结束后需陈化2h；本发明的反应温度为90℃～105℃，反应时间为60min～90min，且反应结束后无需陈化，过滤烘干后即可，能耗更低。故该专利与本发明在磷石膏原料预处理工艺、反应环境、能耗和生产时间上均不相同。
专利《无机盐溶液中微波辅助合成硫酸钙晶须》（申请公布号CN107723800A）公开了一种微波辐照下在盐溶液中合成硫酸钙晶须的方法。该专利与本发明相比在以下几个方面不同：①原材料不同：该专利的原料为脱硫石膏，具有CaSO4·2H2O含量高（90%～95%），石膏晶体结晶形态好以及杂质含量低的特点，资源化利用中无需对杂质进行预处理，资源化利用难度较小；本发明所用原料为磷石膏，除CaSO4·2H2O外还含有可溶磷、难溶磷、可溶氟、难溶氟、二氧化硅、碱金属盐以及有机物等多种有害杂质，其中可溶磷、可溶氟、有机物等都会严重影响石膏的晶体结构及物理力学性能，进行资源化利用中需对有害杂质成分进行无害化处理，难度更大。②晶形控制机理不同：该专利通过优化转晶剂改变半水石膏晶体表面能，以促进晶体沿c轴方向的生长，最后形成长径比不小于10的纤维状晶体；本发明通过优化转晶剂，使转晶剂中的阴离子与介质溶液中的钙离子结合形成大分子膜，吸附于石膏晶体的（111）晶面，抑制半水石膏晶体在c轴方向的生长，最后形成长径比约为1的短六棱柱状晶体。③产品的晶体形貌、性能及用途不同：该专利的最终产物是半水硫酸钙晶须，其晶体形貌为纤维状（长径比10～80），具有良好的力学性能及相容性、平滑性、耐磨性和耐化学腐蚀性等，可用作塑料、橡胶、聚氨酯等的增强增韧材料，也可以作为过滤材料、保温材料、耐火材料及绝缘材料使用；本发明制备的α型高强石膏是一种胶凝材料，其晶体形貌为短柱状（长径比1～2），具备良好的力学性能、环保性能及生物性能，主要用于精密铸造、高端建材、工艺美术以及医疗（义齿）的对石膏物理力学性能有较高要求的场合。故该专利与本发明在原材料、有害杂质无害化处理、转晶控制机理以及产品性能及用途方面均有很大不同。
通过对以上文献资料的对比可以发现，以微波辐照为热源，以磷石膏为原料，利用介质溶液中的水分及磷石膏中高介电常数杂质作为辅助吸波材料，常压下转晶制备α型高强石膏的方法尚未见到文献报道。
发明内容
本发明提供了一种常压下微波辐照磷石膏转晶制备α型高强石膏的方法，是以微波辐照取代常规油电煤等热源，利用磷石膏中存在的高介电常数杂质及介质溶液中的水分吸收电磁波，常压下以磷石膏为原料在介质溶液中转晶制备α型高强石膏。
本发明的技术方案如下：
以微波辐照取代油电煤气等常规热源，将原状磷石膏按比例掺入介质溶液，搅拌均匀形成混合溶液，静置0.5h，浮选去除溶液表面漂浮的有机物杂质；再按照比例加入转晶剂和PH调节剂；再将混合溶液倒入密闭反应容器，放入微波辐照装置，设置温度及时间参数，启动微波辐照。常压下升温至控制温度后，连接并启动外部蒸汽冷凝装置；辐照结束后将混合溶液倒入砂芯过滤器进行过滤，取出滤出物加入无水乙醇中止反应；最后将滤出物置于烘箱中干燥至恒重，得到α型高强石膏成品。
具体步骤为：（1）在介质溶液中加入质量为其5%～15%的原状磷石膏，搅拌均匀形成混合溶液，静置0.5h，去除混合溶液表面漂浮的有机物杂质；
（2）在混合溶液中加入转晶剂与PH调节剂，将溶液的PH值调节至4～5；
（3）将混合溶液倒入密闭反应容器，置于微波辐照装置中，常压下启动设备开始微波辐照，升温至90℃～105℃，将密闭容器冷凝管与外部蒸汽冷凝装置连接，对产生的水蒸气进行冷凝，避免高温下溶液中水分蒸发流失，其中微波频率为2.45GHz；
（4）辐照60min～90min后，关闭微波辐照设备，将密闭反应容器中的混合溶液倒入砂芯过滤器进行过滤，取出滤出物并在其中加入无水乙醇，终止水化反应；
（5）将滤出物置于烘箱中干燥至恒重，得到α型高强石膏。
所述原状磷石膏为磷化工企业使用磷矿石生产磷酸时产生的固体废弃物，其主要成分为CaSO4·2H2O，含有游离磷酸、磷酸盐、氟、铁、铝、镁、有机物等杂质，要求附着水含量不大于5%。
所述介质溶液由氯化钙、氢氧化钠、氢氧化钙、氯化钠、硝酸钙溶液中的几种配制，质量分数为10%～20%。
所述转晶剂为丁二酸、马来酸、硫酸铝、氯化铁中的一种或几种。
所述PH调节剂为盐酸、硝酸、硫酸中的一种。
本发明的有益效果：本发明以微波辐照取代常规加热方式，无需提前对磷石膏进行水洗、闪烧等常规预处理，无需添加碳粉等辅助吸波材料，依靠磷石膏中的高介电常数杂质及介质溶液中的水分将微波能转化为热能，无需耐压反应容器，在常压下条件下即可以磷石膏为原料制备α型高强石膏，其反应过程中无需对溶液进行搅拌。具有生产效率高、能源消耗小、清洁无污染以及产品微观结构致密，物理力学性能好等优点。既可解决磷石膏大量堆存无法处置的难题，又可节约天然石膏资源，具有显著的社会、经济及环境效益。
附图说明
图1为实施例1所制备出的短六棱柱状α型高强石膏晶体；
图2为实施例2所制备出的短六棱柱状α型高强石膏晶体；
图3为实施例3所制备出的短六棱柱状α型高强石膏晶体。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
①取氯化钙9.68份、氢氧化钙0.32份、水90份配制介质溶液，质量分数为10%；
②称取原状磷石膏5份，加入到介质溶液中，搅拌0.5h，静置0.5h，浮选去除溶液表面漂浮的有机物杂质；加入硫酸铝0.2份与PH调节剂盐酸，将溶液PH值调节至4；
③将溶液倒入密闭反应容器，置于微波辐照装置中，启动设备开始微波辐照，升温至90℃，将密闭容器冷凝管与外部蒸汽冷凝装置连接，对产生的水蒸气进行冷凝；
④辐照60min后，关闭微波辐照设备，将密闭反应容器中的溶液倒入砂芯过滤器进行过滤，在滤出物中加入无水乙醇，终止水化反应；
⑤将滤出物置于50℃烘箱中干燥至恒重，得到α型高强石膏，如图1所示为本实施例所制得的短六棱柱状α型高强石膏晶体，其烘干抗压强度为32.7MPa。
实施例2：
①选取氯化钙19.46份、氢氧化钠0.34份、水80份配制介质溶液，质量分数为20%；
②取原状磷石膏15份，加入到介质溶液中，搅拌0.5h，静置0.5h，浮选去除溶液表面漂浮的有机物杂质；再加入马来酸0.084份、氯化铁1份与PH调节剂硫酸，将溶液PH值调节至5；
③将溶液倒入密闭反应容器，置于微波辐照装置中，启动设备开始微波辐照，升温至105℃，将密闭容器冷凝管与外部蒸汽冷凝装置连接，对产生的水蒸气进行冷凝；
④辐照90min后，关闭微波辐照设备，将密闭反应容器中的溶液倒入砂芯过滤器进行过滤，在滤出物中加入无水乙醇，终止水化反应；
⑤将滤出物置于50℃烘箱中干燥至恒重，得到α型高强石膏，如图2所示为本实施例所制备出的短六棱柱状α型高强石膏晶体，其烘干抗压强度为31.0MPa。
实施例3：
①选取氢氧化钙0.24份、氯化钠14.76份、水85份配制介质溶液，质量分数为15%；
②称取原状磷石膏10份，加入到介质溶液中，搅拌0.5h，静置0.5h，浮选去除溶液表面漂浮的有机物杂质；再加入丁二酸0.02份、氯化铁1份与PH调节剂盐酸，将溶液PH值调节至5；
③将溶液倒入密闭反应容器，置于微波辐照装置中，启动设备开始微波辐照，升温至100℃，将密闭容器冷凝管与外部蒸汽冷凝装置连接，对产生的水蒸气进行冷凝；
④辐照75min后，关闭微波辐照设备，将密闭反应容器中的溶液倒入砂芯过滤器进行过滤，在滤出物中加入无水乙醇，终止水化反应；
⑤将滤出物置于50℃烘箱中干燥至恒重，得到α型高强石膏，如图3所示为本实施例所制备出的短六棱柱状α型高强石膏晶体，其烘干抗压强度为29.6MPa。
上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (6)
1.一种常压下微波辐照磷石膏转晶制备α型高强石膏的方法，其特征在于：自氯化钙和氢氧化钙、氯化钙和氢氧化钠、氢氧化钙和氯化钠三组中任选一组配制所述介质溶液；在介质溶液中加入质量为其5％-15％的原状磷石膏，搅拌均匀形成混合溶液，静置0.5h，去除溶液表面漂浮的有机物杂质；再按照比例加入转晶剂和PH调节剂，将所述混合溶液的PH值调节至4～5；将混合溶液倒入密闭反应容器，置于微波辐照装置中，设置温度及时间参数，常压下启动微波辐照，升温至控制温度90-105℃后，将密闭容器冷凝管与外部蒸汽冷凝装置连接并启动外部蒸汽冷凝装置，对产生的水蒸气进行冷凝，避免高温下溶液中水分蒸发流失；辐照60min～90min后，关闭微波辐照设备，将混合溶液倒入砂芯过滤器进行过滤，取出滤出物加入无水乙醇中止反应；最后将滤出物置于烘箱中干燥至恒重，得到短六棱柱状α型高强石膏晶体成品。
2.根据权利要求1所述的常压下微波辐照磷石膏转晶制备α型高强石膏的方法，其特征在于：所述介质溶液质量分数为10％～20％。
3.根据权利要求1所述的常压下微波辐照磷石膏转晶制备α型高强石膏的方法，其特征在于：所述原状磷石膏为磷化工企业生产磷酸时产生的固体废弃物，附着水含量不大于5％。
4.根据权利要求1所述的常压下微波辐照磷石膏转晶制备α型高强石膏的方法，其特征在于：所述转晶剂为丁二酸、马来酸、硫酸铝、氯化铁中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的常压下微波辐照磷石膏转晶制备α型高强石膏的方法，其特征在于：所述PH调节剂为盐酸、硝酸、硫酸中的一种。
6.根据权利要求1所述的常压下微波辐照磷石膏转晶制备α型高强石膏的方法，其特征在于：所述微波辐照的频率为2.45GHz。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911029815.1A CN110818297B (zh) | 2019-10-28 | 2019-10-28 | 一种常压下微波辐照磷石膏转晶制备α型高强石膏的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911029815.1A CN110818297B (zh) | 2019-10-28 | 2019-10-28 | 一种常压下微波辐照磷石膏转晶制备α型高强石膏的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110818297A CN110818297A (zh) | 2020-02-21 |
| CN110818297B true CN110818297B (zh) | 2024-04-12 |
Family
ID=69550903
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201911029815.1A Active CN110818297B (zh) | 2019-10-28 | 2019-10-28 | 一种常压下微波辐照磷石膏转晶制备α型高强石膏的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110818297B (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112251813B (zh) * | 2020-10-30 | 2022-07-22 | 昆明理工大学 | 一种运用多物理场耦合辅助石膏制备硫酸钙晶须的方法 |
| CN112341057B (zh) * | 2020-11-19 | 2022-05-27 | 贵州好百年住宅工业有限公司 | 一种高性能石膏建材制品及其制造方法 |
| CN114538812B (zh) * | 2022-03-17 | 2023-02-03 | 四川龙蟒新材料有限公司 | 一种无水ii型石膏及其制备方法 |
| CN115448351A (zh) * | 2022-08-29 | 2022-12-09 | 浙江博明环保节能科技有限公司 | 一种α半水石膏的制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108314341A (zh) * | 2018-03-12 | 2018-07-24 | 湘潭大学 | 一种多种强度性能石膏粉体的生产工艺方法 |
| CN108483957A (zh) * | 2018-03-12 | 2018-09-04 | 湘潭大学 | 一种制取α-半水石膏的方法 |
| CN109133830A (zh) * | 2018-09-27 | 2019-01-04 | 佛山齐安建筑科技有限公司 | 一种磷石膏基自流平材料的制备方法 |
-
2019
- 2019-10-28 CN CN201911029815.1A patent/CN110818297B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108314341A (zh) * | 2018-03-12 | 2018-07-24 | 湘潭大学 | 一种多种强度性能石膏粉体的生产工艺方法 |
| CN108483957A (zh) * | 2018-03-12 | 2018-09-04 | 湘潭大学 | 一种制取α-半水石膏的方法 |
| CN109133830A (zh) * | 2018-09-27 | 2019-01-04 | 佛山齐安建筑科技有限公司 | 一种磷石膏基自流平材料的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110818297A (zh) | 2020-02-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110818297B (zh) | 一种常压下微波辐照磷石膏转晶制备α型高强石膏的方法 | |
| CN110747503B (zh) | 一种常压下微波辐照磷石膏制备半水硫酸钙晶须的方法 | |
| CN113336516A (zh) | 一种采用多元固废制备的胶凝材料及其协同调控方法 | |
| CN108585779B (zh) | 一种利用气化渣制备铝硅复合材料的方法 | |
| CN108314341B (zh) | 一种多种强度性能石膏粉体的生产工艺方法 | |
| CN110422869B (zh) | 一种联产α-超高强石膏和氯化钠的方法及超高强石膏 | |
| CN108675657B (zh) | 一种利用废渣制备硅酸盐-硫铝酸盐复合体系熟料的方法 | |
| CN112608047B (zh) | 一种改性硫铝酸盐水泥及其制备方法和应用 | |
| CN107056115A (zh) | 一种用于磷石膏基胶凝材料的促凝型早强剂及其制备方法 | |
| Fan et al. | Synthesis and microstructure analysis of autoclaved aerated concrete with carbide slag addition | |
| US12006268B2 (en) | Method for preparing ecological foamed ceramic from lepidolite filter mud whole waste | |
| CN105130221A (zh) | 综合利用废弃混凝土和污泥制生态熟料的方法 | |
| CN114315190A (zh) | 一种硫铝酸盐水泥生产方法 | |
| CN107059134A (zh) | 一种常压下制备石膏晶须的方法 | |
| Jia et al. | Effects of different gypsum varieties on the hydration and mechanical properties of red mud-based ferrite-rich sulfoaluminate cement | |
| CN109180131A (zh) | 一种石膏基自流平砂浆的制备方法 | |
| CN111559896A (zh) | 一种发泡磷石膏砌块及其制备方法 | |
| CN108910902B (zh) | 一种高铝粉煤灰合成托贝莫来石复合保温材料的方法 | |
| CN115432982B (zh) | 一种加气混凝土的制备方法 | |
| CN113939486A (zh) | 用于由水处理残余物制造水硬粘合剂的方法 | |
| EA002673B1 (ru) | Способ изготовления цемента, бетона на его основе и бетонных и железобетонных изделий и монолитных конструкций из полученного бетона | |
| CN116462437A (zh) | 一种改性再生骨料及其制备方法和应用 | |
| CN109734341A (zh) | 一种磷石膏物理化学增白及制备胶凝材料的方法 | |
| CN113060954B (zh) | 一种常温下利用碱激发固废微粉制备托贝莫来石基无机胶凝材料的方法及其产品 | |
| CN108395178A (zh) | 一种含铝土矿尾矿的非蒸压加气混凝土及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Guo Rongxin Inventor after: Feng Yan Inventor after: Lin Zhiwei Inventor after: Li Lishan Inventor after: Liu Guoqiang Inventor after: Yang Yang Inventor after: Yan Feng Inventor after: Xia Haiting Inventor before: Guo Rongxin Inventor before: Feng Yan Inventor before: Lin Zhiwei Inventor before: Yang Yang Inventor before: Yan Feng Inventor before: Xia Haiting |
|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |