一种半透膜法生产二水硫酸钙晶须的方法与流程

本发明涉及无机非金属材料技术领域,更具体的说是涉及一种半透膜法生产二水硫酸钙晶须的方法。

背景技术：

我国每年有大量的工业副产石膏产生，包括磷石膏、脱硫石膏、氟石膏等，这些工业副厂石膏大量堆存，对资源环境造成了巨大的不利影响。利用工业副产石膏生产建筑石膏使消纳它们的主要手段。但是生产的建筑石膏强度低、附加值低。

硫酸钙晶须是无水硫酸钙的纤维状单晶体,具有耐高温、抗化学腐蚀、韧性好、强度高、易进行表面处理、与橡胶塑料等聚合物的亲和力强等优点，既能用作塑料、尼龙、聚氨酯、橡胶等材料的增强组元，显著提高材料的抗拉强度和弹性模量，可用于摩擦材料、建筑材料、密封材料、保温材料等方面。而价格相较碳化硅等晶须要低廉很多，是一种性能优良、价格低廉的绿色环保材料。

目前利用天然石膏制备硫酸钙晶须的方法主要有水压热法和常压酸化法。水压热法是将质量分数小的二水石膏悬浮液加到水压热容器中处理，在饱和蒸汽压下，二水石膏变为细小针状的半水石膏，再经晶形稳定化处理,得到半水硫酸钙晶须。该方法生产成本高。常压酸化法是指在一定温度下，高浓度二水石膏悬浮液在酸性溶液中可以转变成针状或纤维状半水硫酸钙晶须

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种半透膜法生产二水硫酸钙晶须的方法，该方法利用普通工业副产石膏生产二水硫酸钙晶须，对工业副产石膏进行提纯，并提高其附加价值。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

具体包括如下步骤：

(1)将工业副产石膏原料和铵盐溶液投入溶解池中搅拌溶解；

(2)将溶解池中的溶液放入结晶池中，并投入转晶剂；

(3)向结晶池中的半透膜管道中通入自来水，等待结晶池中的硫酸钙结晶、沉淀；

(4)取出结晶池中的二水硫酸钙沉淀，干燥，可得二水硫酸钙晶须；

(5)将半透膜中的溶液在调整铵盐浓度后放入溶解池中；

(6)将干燥器中产生的水蒸气冷凝后，通入半透膜管道中。

优选的，所述生产原料可以是硫酸钙、脱硫石膏等工业副厂石膏。

优选的，所述铵盐为氯化铵、柠檬酸三铵或碳酸氢铵，且铵盐中铵根离子的浓度为1.5～2mol/l。

优选的，所投入的转晶剂为柠檬酸、柠檬酸钠等。

优选的，结晶时间为0.5-1h。

优选的，半透膜可通过孔径为0.3-0.5nm。

优选的，干燥温度为45-50℃，干燥时间为1-2h。

优选的，结晶器半透膜管道中产生的低浓度铵盐溶液可循环使用。

优选的，所述干燥器中产生的水蒸气冷凝后用于结晶池的半透膜管道中。

优选的，本发明方法所用设备核心为结晶池：结晶池分为池体和半透膜管道，半透膜管道为可通过孔径为0.3-0.5nm的半透膜，允许铵根离子通过，而截留钙离子。

本发明方法反应原理为：

(1)在高浓度铵盐溶液环境下，硫酸钙溶解度较大，工业副产石膏原料大量溶解至饱和状态；

(2)硫酸钙饱和溶液在结晶池中，在浓度梯度作用下，铵根离子向半透膜管道内部移动，而钙离子无法通过，溶液中铵盐浓度下降导致硫酸钙溶解度迅速下降，二水硫酸钙开始结晶沉淀；

(3)利用转晶剂对二水硫酸钙结晶进行干预，使晶体发育晶须状方向进。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明利用工业副产石膏生产二水硫酸钙晶须，原料为固体废弃物，廉价易得，且有利于环境保护，提高工业副产石膏的附加价值。

(2)本发明工艺中的铵盐溶液和水可重复利用，可节约水和铵盐的用量。

(3)本发明工艺简单，成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明的工艺流程图。

图2附图为本发明结晶池的结构示意图。

图3附图为本发明结晶池的立体结构示意图。

图4附图为本发明成品图1。

图5附图为本发明成品图2。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：取云天化集团磷石膏10kg，采用半透膜法制备高强石膏，具体步骤如下：

(1)将磷石膏石膏原料和铵盐溶液(柠檬酸三铵溶液，铵盐中铵根离子的浓度为1.5mol/l)投入溶解池中搅拌溶解；

(2)将溶解池中的溶液放入结晶池中，并投入转晶剂(柠檬酸，10g)；

(3)向结晶池中的半透膜管道中通入自来水，等待结晶池中的硫酸钙结晶、沉淀；

(4)1h后取出结晶池中的二水硫酸钙沉淀，50℃下干燥脱水1h，得二水硫酸钙晶须。

所得二水硫酸晶须产品ⅰ中，二水硫酸钙品位为91％，如附图4所示，晶须直径在5～25μm，长度在100～500μm，长径比在10～100。

实施例2：取云天化集团磷石膏10kg，采用半透膜法制备高强石膏，具体步骤如下：

(1)将磷石膏石膏原料和铵盐溶液(氯化铵溶液，铵盐中铵根离子的浓度为2mol/l)投入溶解池中搅拌溶解；

(2)将溶解池中的溶液放入结晶池中，并投入转晶剂(柠檬酸，10g)；

(3)向结晶池中的半透膜管道中通入自来水，等待结晶池中的硫酸钙结晶、沉淀；

(4)1h后取出结晶池中的二水硫酸钙沉淀，45℃下干燥脱水2h，得二水硫酸钙晶须。

所得二水硫酸钙晶须产品ⅱ中，二水硫酸钙品位为97％，如附图5所示，晶须直径在5～20μm，长度在100～1000μm，长径比在10～200。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：

1.一种半透膜法生产二水硫酸钙晶须的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

(1)将工业副产石膏原料和铵盐溶液投入溶解池中搅拌溶解；

(2)将溶解池中的溶液放入结晶池中，并投入转晶剂；

(3)向结晶池中的半透膜管道中通入自来水，等待结晶池中的硫酸钙结晶、沉淀；

(4)取出结晶池中的二水硫酸钙沉淀，干燥，可得二水硫酸钙晶须；

(5)将半透膜中的溶液在调整铵盐浓度后放入溶解池中；

(6)将干燥器中产生的水蒸气冷凝后，通入半透膜管道中。

2.根据权利要求1所述的一种半透膜法生产二水硫酸钙晶须的方法，其特征在于，所述生产原料可以是硫酸钙、脱硫石膏等工业副厂石膏。

3.根据权利要求1所述的一种半透膜法生产二水硫酸钙晶须的方法，其特征在于，所述铵盐为氯化铵、柠檬酸三铵或碳酸氢铵，且铵盐中铵根离子的浓度为1.5～2mol/l。

4.根据权利要求1所述的一种半透膜法生产二水硫酸钙晶须的方法，其特征在于，所投入的转晶剂为柠檬酸、柠檬酸钠等。

5.根据权利要求1所述的一种半透膜法生产二水硫酸钙晶须的方法，其特征在于，结晶时间为0.5-1h。

6.根据权利要求1所述的一种半透膜法生产二水硫酸钙晶须的方法，其特征在于，半透膜可通过孔径为0.3-0.5nm。

7.根据权利要求1所述的一种半透膜法生产二水硫酸钙晶须的方法，其特征在于，干燥温度为45-50℃，干燥时间为1-2h。

8.根据权利要求1所述的一种半透膜法生产二水硫酸钙晶须的方法，其特征在于，结晶器半透膜管道中产生的低浓度铵盐溶液可循环使用。

9.根据权利要求1所述的一种半透膜法生产二水硫酸钙晶须的方法，其特征在于，所述干燥器中产生的水蒸气冷凝后用于结晶池的半透膜管道中。

技术总结
本发明公开了一种半透膜法生产二水硫酸钙晶须的方法，属于无机非金属材料领域。该方法利用工业副厂石膏生产二水硫酸钙晶须，主要是利用铵盐增大工业副厂石膏的溶解度使之溶解，再通过半透膜结构降低铵盐浓度，进而降低硫酸钙溶解度，使二水硫酸钙结晶析出，并利用转晶剂控制二水硫酸钙的结晶向着纤维状发展，最后干燥得到二水硫酸钙晶须。本方法原料为工业固废，产品附加价值高，工艺简单，铵盐溶液和水可循环利用，经济环保。

技术研发人员：吴磊;赵志曼;李丹;全思臣;刘卓;王存
受保护的技术使用者：云南凝创环保科技有限公司
技术研发日：2019.09.18
技术公布日：2019.11.15