一种利用磷石膏快速制备半水石膏晶须与无水石膏晶须的方法与流程

本发明涉及磷石膏，尤其是利用含有各种杂质的工业副产石膏制备石膏晶须的方法。

背景技术：

磷石膏为湿法磷酸工业副产，每生产1吨p2o5约产生4-5吨磷石膏，目前磷石膏的主要用途有制硫酸并联产水泥、纸面石膏板、建筑石膏粉、石膏墙板、抹灰石膏砂浆和制硫酸铵联产石灰等，其中磷石膏在建筑行业的消耗量最大。磷石膏晶须具有优良的力学性能、耐高温、耐酸碱和性价比高等特点，在复合材料的增强与改性上具有较为广泛的用途，磷石膏代替天然石膏制备晶须，可以实现废弃物磷石膏的高附加值化。磷石膏晶须有三种形态，二水石膏晶须、半水石膏晶须和无水石膏晶须，其中半水和无水石膏晶须是常用的两种形式，无水石膏晶须最稳定。

磷石膏晶须为白色纤维状单晶体，在显微镜下为针状晶体，长径比大于

10，磷石膏晶须的制备过程的实质为将磷石膏中的粒状二水硫酸钙转化为纤维状的二水或半水硫酸钙晶须。中国专利cn105603505a公布了“一种磷石膏水热制备高长径比硫酸钙晶须的方法”，该专利配置的磷石膏浓度1%～7%，在高压水热下进行晶型转化，转化温度110～170℃，时间4～10h，该方法工艺流程长，生产条件苛刻且生产能力低，工业上难以应用。常压溶液法无需高压条件即可实现磷石膏晶型由片状向晶须状转化，中国专利cn104562180a公布了“一种用磷石膏制备硫酸钙晶须的方法”，该方法采用稀酸加热溶解磷石膏后过滤，采用滤液结晶析出的方式制备二水石膏晶须，由于硫酸钙在稀酸中溶解度很低，为了使硫酸钙完全溶解，所需的液固比非常高，生产能力很低，经济性较差。本发明工艺技术从原料易得、生产能力大、工艺流程短、生产成本低等目标入手，对料浆浓度与稀磷酸浓度的选择、硫酸用量、转化温度与时间等对制备的石膏晶须长径比的影响都进行过反复的摸索、优化与验证，得到了一种磷石膏低成本快速制备石膏晶须的方法，经查阅相关文献，目前还没有类似生产方法在相关文献和专利中报道。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种利用磷石膏快速制备半水晶须与无水晶须的方法，通过该方法制得的石膏晶须长径比达到30～50。

本发明的技术方案：一种利用磷石膏快速制备半水石膏晶须与无水石膏晶须的方法，其特征在于其制备步骤如下：

(1)称取一定量的稀磷酸加入至反应器中，稀磷酸质量浓度为15%～25%，开启搅拌装置，转速300～350r/min，升温至95～100℃后逐渐加入磷石膏与浓硫酸，稀磷酸与磷石膏(干基)的液固比为2.5～5:1，控制液相so4^2-浓度为9%～15%，加入晶型转化剂，用量为磷酸质量的0.3%～2%；

(2)将料浆继续升温至105～120℃，维持在该温度下转化3～10min，将料浆转移至陈化槽中室温陈化10～30min后减压过滤；

(3)将过滤后的滤饼置于预先升温至150～200℃的干燥箱中快速脱水，烘干后即可得到半水石膏晶须产品，过滤后的母液可循环利用；将半水石膏晶须在550～700℃的高温炉中煅烧，可得到无水石膏晶须产品。

上述利用磷石膏快速制备半水晶须与无水晶须的方法，步骤(1)中所述稀磷酸为工业磷酸、肥料磷酸或者磷酸净化过程副产萃余酸中的一种。

上述利用磷石膏快速制备半水晶须与无水晶须的方法，步骤(1)中稀磷酸与磷石膏的液固比范围为3～3.5:1；液相so4^2-浓度为11%～12%。

上述利用磷石膏快速制备半水晶须与无水晶须的方法，步骤(1)中晶型转化剂为氯化镁和硫酸镁中的一种。

上述利用磷石膏快速制备半水晶须与无水晶须的方法，步骤(2)中料浆温度为110～115℃，所用的加热方式为导热油电加热，转化时间为5～6min。

上述利用磷石膏快速制备半水晶须与无水晶须的方法，步骤(3)中滤饼快速脱水干燥，干燥温度为180℃，母液的循环次数为3～5次。

上述利用磷石膏快速制备半水晶须与无水晶须的方法，步骤(3)中制备无水石膏晶须时的煅烧温度为600～650℃。

本发明的关键在于硫酸的加入量，液相硫酸浓度小于9%时得不到半水石膏晶须，其次为转化温度，温度低于95℃时得不到半水石膏晶须，转化温度为95℃～100℃时晶须长径比小且转化时间需达到2h以上，时间大大的延长，转化温度105℃以上时，转化10min以下即可得到长径比较大的石膏晶须。相比现有磷石膏制备石膏晶须工艺，本发明具有如下优势：

a).采用稀磷酸作为晶型转化介质，硫酸作为晶型转化剂。稀磷酸与硫酸为常用工业原料，来源广泛，成本低；

b).磷石膏料浆浓度大于20%，生产能力大，过滤后的滤饼全部为半水石膏晶须，产率为100%；

c).整个转化过程在常压下进行，转化时间只需3～10min，工艺流程短，极大程度的提高了生产能力；

d).制备的石膏晶须纯度达到了93.5%以上，半水石膏晶须长径比30～50，白度大于85，无水石膏晶须长径比30～50，白度大于92。

说明书附图

图1为本发明得到的半水石膏晶须光学显微结构图；图2为本发明得到的无水石膏晶须光学显微结构图。

具体实施方式

实施例1

结晶转化介质采用湿法磷酸净化过程副产萃余酸，p2o5起始浓度为47.2%，mgo含量3.5%，加水稀释至16.5%，称取稀释后的萃余酸3000g，加入到6l不锈钢圆柱形夹套反应器中，反应器与搅拌桨为非标制作，反应器内有折流挡板，加热装置采用导热油加热器，将萃余酸升温至95℃，开启搅拌，搅拌转速为350r/min。

称取磷石膏原料1500g、98%工业硫酸420g，在10min内将磷石膏与浓硫酸同时加入到萃余酸中，加入晶型改良剂七水硫酸镁11g。加料结束后将料浆升温至110℃，搅拌转速调至280r/min，转化8min后将料浆转移至5l的反应槽中，转速250r/min，室温下陈化15min，减压过滤。

过滤后的母液可作为磷石膏晶型转化介质循环利用，滤饼在200℃下的干燥箱中快速脱水干燥，冷却后得到半水石膏晶须产品，平均长径比42，半水硫酸钙纯度94.1%，白度85.1。将得到的半水石膏晶须在550℃下的高温炉中高温煅烧1.5h，冷却后得到无水石膏晶须，平均长径比40，无水石膏晶须纯度93.6%，白度92。

实施例2

萃余酸p2o5起始浓度为47.2%，mgo含量3.5%，加水稀释至20%，称取稀释后的萃余酸3000g，加入到6l不锈钢圆柱形夹套反应器中，将萃余酸升温至100℃，开启搅拌，搅拌转速为350r/min，称取磷石膏原料1250g，98%工业硫酸400g，在10min内将磷石膏与浓硫酸同时加入到萃余酸中。加入晶型改良剂氯化镁10g。

加料结束后将料浆升温至105℃，搅拌转速调至280r/min，转化10min后将料浆转移至5l的反应槽中，转速250r/min，室温下陈化30min，减压过滤。

过滤后的母液可作为磷石膏晶型转化介质循环利用，滤饼在150℃下的干燥箱中快速脱水干燥，冷却后得到半水石膏晶须产品，平均长径比38，半水硫酸钙纯度94.2%，白度86.5。将得到的半水石膏晶须在700℃下的高温炉中高温煅烧1.5h，冷却后得到无水石膏晶须，平均长径比37，无水石膏晶须纯度93.7%，白度94.2。

实施例3

结晶转化介质采用肥料磷酸，p2o5起始浓度为26.1%，mgo含量0.82%，加水稀释至18%，称取稀释后的肥料磷酸3000g，加入到6l不锈钢圆柱形夹套反应器中，将肥料磷酸升温至97℃，开启搅拌，搅拌转速为350r/min，称取磷石膏原料1350g，98%工业硫酸435g，在10min内将磷石膏与浓硫酸同时加入到肥料磷酸中。加入晶型改良剂七水硫酸镁30g。

加料结束后将料浆升温至120℃，搅拌转速调至280r/min，转化4min后将料浆转移至5l的反应槽中，转速250r/min，室温下陈化20min，减压过滤。

过滤后的母液可作为磷石膏晶型转化介质循环利用，滤饼在180℃下的干燥箱中快速脱水干燥，冷却后得到半水石膏晶须产品，平均长径比46，半水硫酸钙纯度94.5%，白度86.6。将得到的半水石膏晶须在650℃下的高温炉中高温煅烧1.5h，冷却后得到无水石膏晶须，平均长径比44，无水石膏晶须纯度93.9%，白度94.3。

实施例4

结晶转化介质采用工业磷酸，p2o5起始浓度为61.2%，mgo含量0.02%，加水稀释至18%，称取稀释后的工业磷酸3000g，加入到6l不锈钢圆柱形夹套反应器中，将工业磷酸升温至97℃，开启搅拌，搅拌转速为350r/min，称取磷石膏原料1350g，98%工业硫酸435g，在10min内将磷石膏与浓硫酸同时加入到肥料磷酸中。加入晶型改良剂七水硫酸镁30g。

加料结束后将料浆升温至120℃，搅拌转速调至280r/min，转化4min后将料浆转移至5l的反应槽中，转速250r/min，室温下陈化20min，减压过滤。

过滤后的母液可作为磷石膏晶型转化介质循环利用，滤饼在180℃下的干燥箱中快速脱水干燥，冷却后得到半水石膏晶须产品，平均长径比46，半水硫酸钙纯度95.6%，白度88.2。将得到的半水石膏晶须在650℃下的高温炉中高温煅烧1.5h，冷却后得到无水石膏晶须，平均长径比44，无水石膏晶须纯度96.4%，白度96.2。