CN113772709A - 一种利用磷石膏制备无水微米硫酸钙的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用磷石膏制备无水微米硫酸钙的方法，在磷石膏中加入水、酸、成核剂和晶型控制剂并加热反应，然后过滤干燥，即可获得微米级无水硫酸钙。本发明方法制得的无水硫酸钙具有晶粒尺寸小，且呈颗粒状的特点；本发明方法具有操作简单，能耗小，产品成本低的特点。

Description

一种利用磷石膏制备无水微米硫酸钙的方法
技术领域
本发明涉及一种无水硫酸钙的制备方法，特别是一种利用磷石膏制备无水微米硫酸钙的方法。
背景技术
带两个分子结晶水的硫酸钙叫二水硫酸钙，也称之为磷石膏或生石膏(CaSO4·2H2O)。将磷石膏加热到150-170℃时，大部分结晶水失去，变成熟石膏，即半水石膏(2CaSO4·H2O或CaSO4·1/2H2O)，而加热到400℃时则会变成无水硫酸钙(CaSO4)。
由前述工艺可以看出，传统的无水硫酸钙主要是通过将石膏加热脱水后获得。由于脱水需要在高温高压下进行，因此，传统无水硫酸钙的制备工艺存在设备要求高，且能耗高和成本高的缺陷。
公布号为CN110627103A的专利公开了一种低温条件下制备无水硫酸钙的方法，其通过将二水硫酸钙加入到无机酸中进行脱水和重结晶，从而在低温条件下制备出了无水硫酸钙产品，该工艺与传统的煅烧方法相比，具有能耗低、操作简单等优点。但是，其制备的无水硫酸钙产品的晶体形状未知。
现有工艺制备获得的无水硫酸钙基本上都是呈晶须状，而无水硫酸钙现目前的主要应用是作为高分子材料填料、磨光粉、纸张填充物和气体干燥剂等来使用，这些应用均要求无水硫酸钙的晶体尺寸越细越好，而晶须状显然不能满足其应用的要求，容易造成流动性差，与基体混合不均匀的问题。
而无水微米硫酸钙是指在硫酸钙晶体长宽高均处于微米级别的无水硫酸钙，其晶粒尺寸小且相对来说呈颗粒状，更容易均匀的分散在基体材料中。但是，现目前未见有报道制备出该种类型的无水微米硫酸钙。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种利用磷石膏制备无水微米硫酸钙的方法。本发明方法制得的无水硫酸钙具有晶粒尺寸小，且呈颗粒状的特点；本发明方法具有操作简单，能耗小，产品成本低的特点。
本发明的技术方案：一种利用磷石膏制备无水微米硫酸钙的方法，在磷石膏中加入水、酸、成核剂和晶型控制剂并加热反应，然后过滤干燥，即可获得微米级无水硫酸钙。
前述的利用磷石膏制备无水微米硫酸钙的方法，具体步骤如下：
1)在磷石膏中加入水、酸、成核剂和晶型控制剂，并混合均匀，得料浆；
2)将料浆加热至70-110℃反应0.5h-2h，反应结束后过滤干燥，得到微米级无水硫酸钙。
前述的利用磷石膏制备无水微米硫酸钙的方法，步骤1)所述的水和磷石膏液固比为0.5-5:1。
前述的利用磷石膏制备无水微米硫酸钙的方法，步骤1)所述酸为硫酸，或者硫酸与磷酸、盐酸和硝酸中的任一种的混合物。
前述的利用磷石膏制备无水微米硫酸钙的方法，步骤1)所述溶液中酸的浓度为15％-40％。
前述的利用磷石膏制备无水微米硫酸钙的方法，步骤1)所述成核剂为无水硫酸钙，所述晶型控制剂为水溶性醇。
前述的利用磷石膏制备无水微米硫酸钙的方法，所述水溶性醇为聚乙烯醇、乙醇或丙三醇中的一种或任意多种的任意比混合物。
前述的利用磷石膏制备无水微米硫酸钙的方法，所述成核剂的添加量为磷石膏质量的0.5-5％；所述晶型控制剂的添加量为磷石膏质量的0.05-4％。
前述的利用磷石膏制备无水微米硫酸钙的方法，将所述步骤2)过滤后的滤液加入步骤1)所述磷石膏，以滤液中的CaSO4微晶作为成核剂循环使用，并通过额外增减水、酸、成核剂和/或晶型控制剂的方式保持液固比在0.5-5:1、溶液中酸浓度为15-40％、成核剂浓度为0.5-5％和/或晶型控制剂浓度为0.05-4％。
一种前述方法制备的无水微米硫酸钙在在高分子材料填料、无机材料填料、纸张填充物、可降解材料填料、涂料以及建筑石膏中的应用。
本发明的有益效果
本发明以磷石膏为原料，通过在磷石膏中加入水、酸和外添加剂，制备出了呈颗粒状的微米级无水硫酸钙，整个工艺过程不需要高温高压的环境，且最后的干燥仅为去掉硫酸钙的表面水分，通过常规的干燥方式即可，因此，具有无水硫酸钙晶粒尺寸小，且呈颗粒状，方法操作简单，能耗小，产品成本低的优点。更加利于磷石膏在高分子材料填料、无机材料填料、纸张填充物、可降解材料填料、涂料以及建筑石膏中的应用。
附图说明
附图1为本发明实施例1制得的无水微米硫酸钙的SEM图。
附图2为对比例1制得的无水硫酸钙的SEM图。
附图3为对比例2制得的无水硫酸钙的SEM图。
通过对比图1和图2可以看出，图2在没有添加晶型控制剂时，无水硫酸钙呈晶须状，而本发明制得的无水微米硫酸钙如图1所示，呈颗粒状。通过对比图1和图3可以看出，图3在改变反应温度的情况下，无水硫酸钙呈板状，说明反应温度对于最终无水硫酸钙的晶体形状有着至关重要的影响。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
本发明的实施例
实施例1
以液固比3：1的比例分别量取水与称取磷石膏，将其搅拌成浆，加入磷石膏的质量的2％的聚乙烯醇和2％的无水硫酸钙，然后加入硫酸使溶液中酸的浓度为22％，将混合液加热至90℃反应0.5h，过滤干燥后得到微米级无水硫酸钙，其SEM图如图1。
实施例2
以液固比1：1的比例分别量取水与称取磷石膏，将其搅拌成浆，加入磷石膏的质量的0.05％的聚乙烯醇和0.5％的无水硫酸钙，然后加入硫酸和硝酸使溶液中酸的浓度为15％，将混合液加热至70℃反应2h，过滤干燥后得到微米级无水硫酸钙。
实施例3
以液固比2：1的比例分别量取水与称取磷石膏，将其搅拌成浆，加入磷石膏的质量的4％的聚乙烯醇和5％的无水硫酸钙，然后加入硫酸和盐酸使溶液中酸的浓度为40％，将混合液加热至80℃反应1h，过滤干燥后得到微米级无水硫酸钙。
实施例4
以液固比3：1的比例分别量取水与称取磷石膏，将其搅拌成浆，加入磷石膏的质量的2％的丙三醇和2％的无水硫酸钙，然后加入硫酸和磷酸使溶液中酸的浓度为36％，将混合液加热至90℃反应1h，过滤干燥后得到微米级无水硫酸钙。
实施例5
以液固比5：1的比例分别量取水与称取磷石膏，将其搅拌成浆，加入磷石膏的质量的2％的丙三醇和2％的无水硫酸钙，然后加入硫酸使溶液中酸的浓度为36％，将混合液加热至90℃反应1h，过滤干燥后得到微米级无水硫酸钙。
实施例6
以液固比5：1的比例分别量取水与称取磷石膏，将其搅拌成浆，加入磷石膏的质量的3％的乙醇和3％的无水硫酸钙，然后加入硫酸使溶液中酸的浓度为25％，将混合液加热至90℃反应1h，过滤干燥后得到微米级无水硫酸钙。
实施例7
以液固比3：1的比例分别量取水与称取磷石膏，将其搅拌成浆，加入磷石膏的质量的1％的乙醇和5％的无水硫酸钙，然后加入硫酸使溶液中酸的浓度为35％，将混合液加热至80℃反应1h，过滤干燥后得到微米级无水硫酸钙。
实施例8
以液固比3：1的比例分别量取水与称取磷石膏，将其搅拌成浆，加入磷石膏的质量的4％的乙醇和1％的无水硫酸钙，然后加入硫酸使溶液中酸的浓度为35％，将混合液加热至75℃反应1.5h，过滤干燥后得到微米级无水硫酸钙。
实施例9
将实例4的母液二次循环，往循环液中加入磷石膏直接加热反应，过滤干燥后得到无水硫酸钙。
对比例1
以液固比3：1的比例分别量取水与称取磷石膏，将其搅拌成浆，，然后加入硫酸使溶液中酸的浓度为22％，将混合液加热至90℃反应0.5h，过滤干燥后得到晶须状的无水硫酸钙，其SEM图如图2。
对比例2
以液固比3：1的比例分别量取水与称取磷石膏，将其搅拌成浆，加入磷石膏的质量的2％的聚乙烯醇和2％的无水硫酸钙，然后加入硫酸使溶液中酸的浓度为22％，将混合液加热至110℃反应0.5h，过滤干燥后得到板状无水硫酸钙，其SEM图如图3。
以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明创造揭露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用磷石膏制备无水微米硫酸钙的方法，其特征在于：在磷石膏中加入水、酸、成核剂和晶型控制剂并加热反应，然后过滤干燥，即可获得无水微米硫酸钙。
2.根据权利要求1所述的利用磷石膏制备无水微米硫酸钙的方法，其特征在于，具体步骤如下：
1)在磷石膏中加入水、酸、成核剂和晶型控制剂，并混合均匀，得料浆；
2)将料浆加热至70-110℃反应0.5h-2h，反应结束后过滤干燥，得到无水微米硫酸钙。
3.根据权利要求2所述的利用磷石膏制备无水微米硫酸钙的方法，其特征在于：步骤1)所述的水和磷石膏液固比为0.5-5:1。
4.根据权利要求2所述的利用磷石膏制备无水微米硫酸钙的方法，其特征在于：步骤1)所述酸为硫酸，或者硫酸与磷酸、盐酸和硝酸中的任一种的混合物。
5.根据权利要求2所述的利用磷石膏制备无水微米硫酸钙的方法，其特征在于：步骤1)所述溶液中酸的浓度为15％-40％。
6.根据权利要求2所述的利用磷石膏制备无水微米硫酸钙的方法，其特征在于：步骤1)所述成核剂为无水硫酸钙，所述晶型控制剂为水溶性醇。
7.根据权利要求6所述的利用磷石膏制备无水微米硫酸钙的方法，其特征在于：所述水溶性醇为聚乙烯醇、乙醇或丙三醇中的一种或任意多种的任意比混合物。
8.根据权利要求6所述的利用磷石膏制备无水微米硫酸钙的方法，其特征在于：所述成核剂的添加量为磷石膏质量的0.5-5％；所述晶型控制剂的添加量为磷石膏质量的0.05-4％。
9.根据权利要求2所述的利用磷石膏制备无水微米硫酸钙的方法，其特征在于：将所述步骤2)过滤后的滤液加入步骤1)所述磷石膏中，以滤液中的CaSO4微晶作为成核剂循环使用。
10.一种根据权利要求1-9任一项所述方法制备的无水微米硫酸钙在高分子材料填料、无机材料填料、纸张填充物、可降解材料填料、涂料以及建筑石膏中的应用。
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