CN113479924B - 一种用于工业副产物石膏制备α高强石膏的转晶剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于工业副产物石膏制备α高强石膏的转晶剂，由柠檬酸、1，2‑环己烷二胺四乙酸、酒石酸钠钾、十二烷基苯磺酸钠组成；其中1，2‑环己烷二胺四乙酸可以降低α高强石膏的长径比。该转晶剂能够有效控制石膏晶体的生长，制备出长径比在(1～3):1范围的短六棱柱状α型高强石膏晶型。得到的α高强石膏具有5.5～7MPa的2h抗折强度、65～70MPa的烘干抗压强度。该方法具有工艺简单、产品附加值高特点，能够有效地对工业副产石膏的资源再生，制备得到的α高强石膏可满足市场上对高强石膏的需求，有着广泛的应用和经济价值。
Description
技术领域
本发明属于高强石膏制备领域，具体涉及一种用于工业副产物石膏制备α高强石膏的转晶剂。
背景技术
α型高强石膏是二水石膏在加压水蒸汽或水热条件下溶解析晶形成的短柱状半水石膏晶体，具有低水膏比，强度大等优点，因而在工业上有着广泛的应用，例如三位打印制品、工艺品。行业中常见的制备α高强石膏的技术通常是利用工业副产物石膏作为原料进行蒸压法以及加压水热法，能够有效解决副产物石膏处理的问题。而加压水热法因制备方法简单、可控、成本低，而且能够制备得到良好晶体结构的α型高强石膏晶体，从而被广泛应用。但是，加压水热法过程中需要利用转晶剂促进石膏原料转化为α型高强石膏晶体，所以转晶剂是制约产品力学性能的关键因素之一。虽然现有技术中也有针对转晶剂的研究，但是转晶剂在反应中的机理在学术界也没有比较明确的理论，所以现有技术中对于转晶剂的研究和改进也就难以有确切的指导。也就是说各自的转晶剂中的成分在其整体环境中有其相应的作用，但是这并不意味着应用于其他具体体系也能够达到相同的作用。
中国专利CN 111533475 A公开了一种转晶剂；所述转晶剂为1,8-萘二甲酸，2,7-萘二甲酸，1,4-萘二甲酸，2,6-萘二甲酸，2,3-萘二甲酸，1,8-萘二酸酐，或氨基改性萘二酸中的至少一种；所述结晶习性稳定剂为硬脂酸钠，油酸钠中的至少一种；所述表面活性剂为石蜡，十二烷基磺酸钠，硬脂酸，脂肪酸甘油酯，或聚氧乙烯醇中的至少一种。
中国专利CN106044826 A公开了一种用于生产α型高强石膏的转晶剂，其特征在于：该转晶剂由邻苯二甲酸及其盐、邻苯二甲酸的衍生物、邻苯二甲酸盐的衍生物、邻苯二甲酸酐中的一种或多种组成。
现有技术中虽然有不少转晶剂，而且也取得了一定的效果，但是仍然需要开发晶体结构可控、2h抗折强度和烘干抗压强度性能优异的α高强石膏。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于工业副产物石膏制备α高强石膏的转晶剂，从而解决在制备α高强石膏过程中晶体结构可控、提高2h抗折强度和烘干抗压强度性能。
为实现上述发明目标，本发明采用的技术方案如下：
一种用于工业副产物石膏制备α高强石膏的转晶剂，所述转晶剂由柠檬酸、1，2-环己烷二胺四乙酸、酒石酸钠钾、十二烷基苯磺酸钠组成。
进一步地，按照重量份计，所述转晶剂由10～15份柠檬酸、20～30份1，2-环己烷二胺四乙酸、1～5份酒石酸钠钾、0.1～0.5份十二烷基苯磺酸钠组成。
进一步地，按照重量份计，所述转晶剂由12～13份柠檬酸、23～27份1，2-环己烷二胺四乙酸、2～4份酒石酸钠钾、0.2～0.4份十二烷基苯磺酸钠组成。
一种工业副产物石膏制备α高强石膏的制备方法，包括如下步骤：
(1)将工业副产物石膏进行研磨处理，过筛，得到粒度为80～100μm的石膏粉末；
(2)按照1份转晶剂配比5～10份水，将转晶剂溶解于水中并加热至40～60℃、搅拌2～5min使其均匀分散；
(3)将石膏粉末倒入高压反应釜中并加入3～5倍质量的水搅拌形成浆料，升高温度至60～80℃后加入50～60μm的α高强石膏粉末，继续搅拌；
(4)按照质量比加入20～30％的转晶剂水溶液，搅拌均匀后关闭进料口，继续升温至130～150℃、蒸汽压力0.5～0.8MPa后保持上述条件反应1～2h；
(5)反应完成后打开阀门进行降压、排液，固渣继续在反应釜中加热至90～120℃进行干燥处理，随后取出物料；
(6)将物料研磨处理并过筛得到70～90μm的α高强石膏。
进一步地，所述工业副产物石膏为脱硫石膏、柠檬酸石膏、芒硝石膏中的一种或多种。
进一步地，步骤(3)中α高强石膏粉末的加入量为石膏粉末质量的1.2～1.5％。
进一步地，步骤(5)还包括用50～60℃水进行淋洗步骤。
与现有技术相比，本发明具有以下有益技术效果：
1、本发明提供的转晶剂能够有效控制石膏晶体的生长，能够制备出长径比在(1～3):1范围的短六棱柱状α型高强石膏晶型。
2、在加压水热法中使用本发明转晶剂得到的α高强石膏具有5.5～7MPa的2h抗折强度、65～70MPa的烘干抗压强度。
3、本发明工艺简单、产品附加值高，能够有效地对工业副产石膏的资源再生，制备得到的α高强石膏可满足市场上对高强石膏的需求，有着广泛的应用和经济价值。
附图说明
图1为实施例1-3、对比例1-2得到的α高强石膏的扫描电镜图；其中(a)-(e)分别对应实施例1-3、对比例1-2。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明进行进一步说明：
实施例1
一种工业副产物石膏制备α高强石膏的转晶剂，按照重量份计，所述转晶剂由12份柠檬酸、23份1，2-环己烷二胺四乙酸、2份酒石酸钠钾、0.2份十二烷基苯磺酸钠组成。
一种工业副产物石膏制备α高强石膏的制备方法，包括如下步骤：
(1)将工业副产物脱硫石膏进行研磨处理，过筛，得到粒度为80μm的石膏粉末；
(2)按照1份转晶剂配比5份水，将转晶剂溶解于水中并加热至40℃、搅拌2min使其均匀分散。
(3)将石膏粉末倒入高压反应釜中并加入3倍质量的水搅拌形成浆料，升高温度至60℃后加入50μm的α高强石膏粉末，继续搅拌；α高强石膏粉末的加入量为石膏粉末质量的1.2％.
(4)按照质量比加入20％的转晶剂水溶液，搅拌均匀后关闭进料口，继续升温至130℃、蒸汽压力0.5MPa后保持上述条件反应2h。
(5)反应完成后打开阀门进行降压、排液，固渣继续在反应釜中加热至90℃进行干燥处理，随后取出物料。
(6)将物料研磨处理并过筛得到70μm的α高强石膏。
实施例2
一种工业副产物石膏制备α高强石膏的转晶剂，按照重量份计，所述转晶剂由13份柠檬酸、27份1，2-环己烷二胺四乙酸、4份酒石酸钠钾、0.4份十二烷基苯磺酸钠组成。
一种工业副产物石膏制备α高强石膏的制备方法，包括如下步骤：
(1)将工业副产物柠檬酸石膏进行研磨处理，过筛，得到粒度为100μm的石膏粉末；
(2)按照1份转晶剂配比10份水，将转晶剂溶解于水中并加热至60℃、搅拌5min使其均匀分散。
(3)将石膏粉末倒入高压反应釜中并加入5倍质量的水搅拌形成浆料，升高温度至80℃后加入60μm的α高强石膏粉末，继续搅拌；α高强石膏粉末的加入量为石膏粉末质量的1.5％.
(4)按照质量比加入20％的转晶剂水溶液，搅拌均匀后关闭进料口，继续升温至150℃、蒸汽压力0.8MPa后保持上述条件反应1h。
(5)反应完成后打开阀门进行降压、排液，固渣继续在反应釜中加热至120℃进行干燥处理，随后取出物料。
(6)将物料研磨处理并过筛得到90μm的α高强石膏。
实施例3
一种工业副产物石膏制备α高强石膏的转晶剂，按照重量份计，所述转晶剂由13份柠檬酸、25份1，2-环己烷二胺四乙酸、3份酒石酸钠钾、0.3份十二烷基苯磺酸钠组成。
一种工业副产物石膏制备α高强石膏的制备方法，包括如下步骤：
(1)将工业副产物芒硝石膏进行研磨处理，过筛，得到粒度为90μm的石膏粉末；
(2)按照1份转晶剂配比7份水，将转晶剂溶解于水中并加热至50℃、搅拌3min使其均匀分散。
(3)将石膏粉末倒入高压反应釜中并加入4倍质量的水搅拌形成浆料，升高温度至70℃后加入55μm的α高强石膏粉末，继续搅拌；α高强石膏粉末的加入量为石膏粉末质量的1.4％。
(4)按照质量比加入25％的转晶剂水溶液，搅拌均匀后关闭进料口，继续升温至140℃、蒸汽压力0.6MPa后保持上述条件反应1.5h。
(5)反应完成后打开阀门进行降压、排液，固渣继续在反应釜中加热至100℃进行干燥处理，随后取出物料。
(6)将物料研磨处理并过筛得到80μm的α高强石膏。
对比例1
对比例1与实施例1相同，差异在于对比例1不含1，2-环己烷二胺四乙酸，其他组分和制备步骤相同。
对比例2
对比例2与实施例1相同，差异在于对比例1采用乙二胺四乙酸替代实施例1中的1，2-环己烷二胺四乙酸，其他组分和制备步骤相同。
1、利用扫描电镜对实施例1-3、对比例1-2得到的产品进行形貌观察。
从电镜图可知，采用本发明转晶剂制备得到的α高强石膏为长径比在(1～3):1范围的短六棱柱状α型高强石膏晶型。在不含1，2-环己烷二胺四乙酸的情况下，虽然得到了六棱柱状α型高强石膏晶型，然而其长径比7.4:1，远高于本申请；而含乙二胺四乙酸的转晶剂也得到了六棱柱状α型高强石膏晶型，但是其长径比4.6:1，也明显高于本申请。
可见，1，2-环己烷二胺四乙酸在其体系中能够有效的降低α型高强石膏的长径比。
2、根据JC/T2038-2010测量实施例1-3、对比例1-2得到的产品的强度数据，数据结果记录于表1。
表1
| 2h抗折强度(MPa) | 烘干抗压强度(MPa) | 长径比 | |
| 实施例1 | 6.8 | 69.8 | 1.3:1 |
| 实施例2 | 6.1 | 67.3 | 2.1:1 |
| 实施例3 | 5.7 | 66.5 | 2.9:1 |
| 对比例1 | 2.4 | 51 | 7.4:1 |
| 对比例2 | 5.1 | 62 | 4.6:1 |
根据强度测试可知，对比例1中不含1，2-环己烷二胺四乙酸的情况下，产品的强度明显低于本申请，含乙二胺四乙酸的情况下，产品的强度高于不含1，2-环己烷二胺四乙酸的情况，然而仍低于本申请。这长径比的结果是一致的，即长径比越小，越有利于提高α型高强石膏的抗折强度和烘干抗压强度。
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 (3)
1.一种用于工业副产物石膏制备α高强石膏的转晶剂，其特征在于：所述转晶剂由10～15份柠檬酸、20～30份1，2-环己烷二胺四乙酸、1～5份酒石酸钠钾、0.1～0.5份十二烷基苯磺酸钠组成。
2.如权利要求1所述的一种用于工业副产物石膏制备α高强石膏的转晶剂，其特征在于：按照重量份计，所述转晶剂由12～13份柠檬酸、23～27份1，2-环己烷二胺四乙酸、2～4份酒石酸钠钾、0.2～0.4份十二烷基苯磺酸钠组成。
3.一种用于工业副产物石膏制备α高强石膏的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）将工业副产物石膏进行研磨处理，过筛，得到粒度为80～100μm的石膏粉末；
（2）按照1份权利要求1～2任一项所述的转晶剂配比5～10份水，将转晶剂溶解于水中并加热至40～60℃、搅拌2～5min使其均匀分散；
（3）将石膏粉末倒入高压反应釜中并加入3～5倍质量的水搅拌形成浆料，升高温度至60～80℃后加入50～60μm的α高强石膏粉末，继续搅拌；
（4）按照质量比加入20～30%的转晶剂水溶液，搅拌均匀后关闭进料口，继续升温至130～150℃、蒸汽压力0.5～0.8MPa后保持上述条件反应1～2h；
（5）反应完成后打开阀门进行降压、排液，固渣继续在反应釜中加热至90～120℃进行干燥处理，随后取出物料；
（6）将物料研磨处理并过筛得到70～90μm的α高强石膏；
所述工业副产物石膏为脱硫石膏、柠檬酸石膏、芒硝石膏中的一种或多种；
步骤（3）中α高强石膏粉末的加入量为石膏粉末质量的1.2～1.5%；
步骤（5）还包括用50～60℃水进行淋洗步骤。
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