专利名称：在常压KCl溶液中将脱硫石膏转化为α-半水石膏的方法
技术领域：
本发明涉及以脱硫石膏为原料制备a-半水石膏的方法，尤其是涉及在 常压KC1溶液中的脱硫石膏转化为a-半水石膏的相态控制与结晶转化方法。
背景技术：
钙基湿法脱硫工艺作为 一种经济实用的工艺在国内外得到广泛的应 用，烟气脱硫副产物——脱硫石膏(二水石膏为主要成分)的产生量也逐 渐增大。在我国，脱硫石膏的产量达2-3千万吨/年， 一般作为低廉材料使 用，如用于水泥添加剂、土壤改性、制砖，制备建筑石膏((3-半水石膏为 主要成分)、粉刷石膏和石膏纸面板等，但也不乏大量弃置，造成环境污 染和资源浪费，因此研发脱硫石膏的利用技术尤其是制备高附加值产品的 技术，具有广阔的商业前景和社会意义。利用脱硫石膏制备高强度 a-半水石膏是一种高附加值的资源化利用途径，成为脱硫石膏资源化利用的 研究热点。
a-半水石膏具有需水量小、强度大、硬度高、可操作性好、应用范围 广等优点，广泛用于陶瓷模具、高级装饰材料、精密铸造、高强建材以及 医学等领域。其制备工艺主要有固相蒸压法、液相蒸压法、常压盐溶液法 等。(1)固相蒸压法的流程是将块状二水石膏置于蒸压釜内，通入饱和 蒸汽，在一定压力下，经过一段时间的脱水反应，转变为a-半水石膏。(2) 液相蒸压法流程为二水石膏经粉碎后，加到含有一定浓度转晶剂的水溶 液中，然后将配制好的浆料置于密闭的反应器内，加压并处于饱和水蒸气 状态，维持一定温度，搅拌至浆液转化为a-半水石膏。(3)常压盐溶液法 制备oc-半水石膏是近十年发展起来的，其工艺流程为将粉末状二水石膏 置于某些盐类的溶液中，在一定温度下加热一段时间，转化为a-半水石膏。
盐溶液中，二水石膏转化为a-半水石膏的机理是溶解-结晶过程在
一定的盐溶液中，二水石膏首先发生溶解，随着温度的升高，二水石膏和
a-半水石膏的溶解度均呈下降趋势，但a-半水石膏的溶解度下降幅度较二 水石膏大，因此在一定的条件下，二水石膏的溶解度大于a-半水石膏的溶 解度，在该浆料中a-半水石膏处于相对过饱和状态，导致以晶体形态析出。 并且随着盐浓度的升高，二水石膏转化为a-半水石膏的临界温度通常也会 下降。因此在常压的盐溶液中，可以利用脱碌u石膏制备a-半水石膏。
常压盐溶液法与固相蒸压法和液相蒸压法相比，无需蒸汽，无需压力 设备，工艺条件温和，可大大降低工业生产成本。但是常压盐溶液法制备 a-半水石膏过程，易出现产品含有二水石膏或者无水石膏的情况，甚至过 分脱水导致大量粘稠的无水石膏生成，从而恶化工况。其原因在于没有很 好地将关键工艺参数控制在a-半水石膏亚稳态相区间内。
发明内容
本发明提供一种在常压氯化钾溶液中，利用粉末状脱硫石膏制备a-半水石膏的方法。通过确定KC1盐溶液中脱硫石膏相态转化的规律，严格 控制KC1浓度、反应温度和反应时间等条件，将脱硫石膏转化产物控制在 a-半水石膏区间，对工业生产具有重要指导意义。
一种在常压KC1溶液中将脱硫石膏转化为a-半水石膏的方法，包括， 在质量百分浓度为0.2% 8.0%的氯化钾溶液中加入脱硫石膏，搅拌均匀， 形成反应浆料，脱硫石膏在反应浆料中的质量百分含量为5% 50%, 80 105i:恒温反应l~10h;将反应浆料进行固液分离，用热水洗涤分离后 的固相，干燥后即得到a-半水石膏。
所述的脱硫石膏为钓基湿法烟气脱硫副产物，呈粉末状，二水石膏含 量在90%左右。
所述的用于洗涤的热水温度为50-100。C。温度过低(<50°0,半水石 膏会发生水化现象，生成二水石膏，导致产品质量下降。
所述的干燥温度为50-130。C,温度过高有可能导致a-半水石膏部分脱 水为无水石膏；温度太低则导致干燥时间很长，工业生产效率低下。
其相态控制过程为配制氯化钾水溶液，浓度控制在a-半水石膏的亚 稳态区间；氯化钾溶液输入常压结晶反应器，投加粉末状脱石克石膏，控制
反应温度在a-半水石膏亚稳态区间；恒温反应，控制反应时间在脱硫石膏 全部转化为a-半水石膏和未转化为无水石膏之间。
为了得到高纯度的a-半水石膏，必须严格控制氯化钾浓度、反应温度 和反应时间等条件。随着氯化钾浓度的升高，脱硫石膏向ot-半水石膏转化 所需的临界温度呈下降趋势。 一定条件下，若反应温度过低(例如，当KCi 为2.0wt。/。，温度70.0。C时)，则脱硫石膏不会转化，没有a-半水石膏生成； 若反应温度过高(例如，KC1为7.0 wt %，温度为11 (TC时)，则脱硫石膏会 发生脱水过度现象，转化为无水石膏，得不到a-半水石膏产品。
随着反应温度的升高，脱硫石膏转化为a-半水石膏所需的氯化钾浓度 同样呈降低趋势，若氯化钾浓度过低(例如，KCl为O.l wt % )，则最终反 应产物仍为脱硫石膏，没有a-半水石膏生成；若氯化钾浓度(例如，KC1 为9.0wt。/。)过高，则会发生脱^^石膏脱水过度现象，转化无水石膏，同样 得不到a-半水石膏产品。
温度和氯化钾浓度是脱硫石膏转化为a-半水石膏相态控制的关键因 素，除此之外，反应时间也是影响脱硫石膏转化为a-半水石膏相态变化的 必要条件。所述步骤中反应浆料要有l 10h的转化才适合生成a-半水石膏， 即使反应温度和氯化钾浓度都在合适的相控范围内，反应时间太短 (<1.0h),则有可能a-半水石膏的生成还处于诱导期，因而结晶转化不完 全，只有部分a-半水石膏生成，导致产品质量差，达不到应用要求；反应 时间太长(>10.0h),脱硫石膏会过分脱水，转化为无水石膏，导致产品 中部分甚至大部分为无水石膏，达不到产品质量要求。
该相态控制方法有效地控制了脱石克石膏向a-半水石膏的转化，通过温 度、氯化钾浓度、反应时间等条件的控制，可以得到高纯度的a-半水石膏， 具有如下优点
(1) 保证了脱硫石膏的充分转化，可以得到高纯度的半水石膏。
(2) 反应条件温和，大大降低了工业生产条件要求。
(3 )将脱硫石膏转化精确控制在a-半水石膏亚稳区间，避免了脱水 过度生成无水石膏或者转化不彻底的现象。
(4 )生产原料仅需要氯化钾和钙基湿法烟气脱硫副产物——脱硫石 膏，工艺条件简单、经济。
具体实施方式
实施例l
配制浓度为2.0。/。的KCl水溶液，输至常压结晶反应器中，投加一定量 粉末状烟气脱硫副产物——脱硫石膏，使反应浆料中脱硫石膏的含量为 15.0%，开启搅拌装置将反应浆液搅拌均匀，浆料升温至97.0。C,恒温反 应5.0h,将反应浆料固液分离，用温度为60。C的热水洗涤滤饼，然后放入 到温度为60。C的烘箱中干燥，装袋后保存。产品纯度为98.7%。
实施例2
配制浓度为2.0。/。的KCl水溶液，输至常压结晶反应器中，投加一定量 粉末状烟气脱硫副产物——脱硫石膏，使反应浆料中脱硫石膏的含量为 15.0%，开启搅拌装置将反应浆液搅拌均匀，浆料升温至95.0。C,恒温反 应6.0h,将反应浆料固液分离，用温度为80。C的热水洗涂滤饼，然后放入 到温度为72。C的烘箱中干燥，装袋后保存。产品纯度为98.8%。
实施例3
配制浓度为2.0o/。的KCl水溶液，输至常压结晶反应器中，才殳加一定量 粉末状烟气脱硫副产物——脱硫石膏，使反应浆料中脱硫石膏的含量为 20.0%,开启搅拌装置将反应浆液搅拌均匀，浆料升温至102.0。C,恒温反 应7.0h,将反应浆料固液分离，用温度约为90。C的热水洗涤滤饼，然后放 入到温度为55。C的烘箱中干燥，装袋后保存。产品纯度为99.7%。
实施例4
配制浓度为2.5。/。的KCl水溶液，输至常压结晶反应器中，^:加一定量 粉末状烟气脱硫副产物——脱硫石膏，使反应浆料中脱硫石膏的含量为 11.0%，开启搅拌装置将反应浆液搅拌均匀，浆料升温至92.0。C,恒温反 应6.0h,将反应浆料固液分离，用温度约为95。C的热水洗涤滤饼，然后放 入到温度为77.0。C的烘箱中干燥，装袋后保存。产品纯度为98.9%。
实施例5
配制浓度为0.2。/。的KCl水溶液，输至常压结晶反应器中，投加一定量 粉末状烟气脱石克副产物——脱硫石膏，使反应浆料中脱石克石膏的含量为 20.0%,开启搅拌装置将反应浆液搅拌均匀，浆料升温至102.0。C,恒温反 应5.5h,将反应浆料固液分离，用温度约为7(TC的热水洗涤滤饼，然后放 入到温度为80。C的烘箱中干燥，装袋后保存。产品纯度为98.5%。
实施例6
配制浓度为1.0。/。的KC1水溶液，输至常压结晶反应器中，投加一定量 粉末状烟气脱硫副产物——脱硫石膏，使反应浆料中脱硫石膏的含量为 20.0%，开启搅拌装置将反应浆液搅拌均匀，浆料升温至100.0。C,恒温反 应5.0h,将反应浆料固液分离，用温度约为9(TC的热水洗涤滤饼，然后放 入到温度为69。C的烘箱中干燥，装袋后保存。产品纯度为99.0%.
实施例7
配制浓度为4.5。/。的KCl水溶液，输至常压结晶反应器中，投加一定量 粉末状烟气脱硫副产物——脱硫石膏，使反应浆料中脱硫石膏的含量为 30.0%,开启搅拌装置将反应浆液搅拌均匀，浆料升温至105.0。C,恒温反 应7.0h,将反应浆料固液分离，用温度约为92。C的热水洗涤滤饼，然后放 入到温度为71。C的烘箱中干燥，装袋后保存。产品纯度为98.7%。
实施例8
配制浓度为7.5。/。的KCl水溶液，输至常压结晶反应器中，投加一定量 粉末状烟气脱硫副产物——脱硫石膏，使反应浆料中脱硫石膏的含量为 30.0%,开启搅拌装置将反应浆液搅拌均匀，浆料升温至82.0。C,恒温反 应7.0h,将反应浆料固液分离，用温度约为98。C的热水洗涤滤饼，然后放 入到温度为90。C的烘箱中干燥，装袋后保存。产品纯度为99.2%。
实施例9
配制浓度为1.0。/。的KC1水溶液，输至常压结晶反应器中，投加一定量
粉末状烟气脱硫副产物——脱石克石膏，使反应浆料中脱碌^石膏的含量为 40.0%，开启搅拌装置将反应浆液搅拌均匀，浆料升温至90.0。C,恒温反
应1.5h,将反应浆料固液分离，用温度约为85"的热水洗涤滤饼，然后通 过96。C的气流干燥，装袋后保存。产品纯度为97.9%。
实施例IO
配制浓度为1.5。/。的KC1水溶液，输至常压结晶反应器中，投加一定量 粉末状烟气脱硫副产物——脱硫石膏，使反应浆料中脱硫石膏的含量为 20.0%，开启搅拌装置将反应浆液搅拌均匀，浆料升温至90.0。C,恒温反 应3.0h,将反应浆料固液分离，用温度约为75X:的热水洗涤滤饼，然后通 过100。C的气流干燥，装袋后保存。产品纯度为98.7%。
实施例ll
配制浓度为1.5。/。的KC1水溶液，输至常压结晶反应器中，投加一定量 粉末状烟气脱硫副产物——脱硫石膏，使反应浆料中脱碌u石膏的含量为 15.0%,开启搅拌装置将反应浆液搅拌均匀，浆料升温至95.0。C,恒温反 应5.5h,将反应浆料固液分离，用温度约为90.0。C的热水洗涤滤饼，然后 通过气流干燥塔在105。C条件下干燥，装袋后保存。产品纯度为99.0%
实施例12
配制浓度为2.0。/。的KCl水溶液，输至常压结晶反应器中，投加一定量 粉末状烟气脱硫副产物——脱硫石膏，使反应浆料中脱硫石膏的含量为 12.0%，开启搅拌装置将反应浆液搅拌均匀，浆料升温至兆.0。C,恒温反 应9.5h,将反应浆料固液分离，用温度约为95.0。C的热水洗涤滤饼，然后 通过气流干燥塔在120。C条件下干燥，装袋后保存。产品纯度为99.0%。
权利要求
1、一种在常压KCl溶液中将脱硫石膏转化为α-半水石膏的方法，包括，在质量百分浓度为0.2％～8.0％的氯化钾溶液中加入脱硫石膏，搅拌均匀，形成反应浆料，80～105℃恒温反应1～10h；将反应浆料进行固液分离，用热水洗涤分离后的固相，干燥后即得到α-半水石膏。
2、 如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的脱硫石膏在反应 浆料中的质量百分含量为5%~50%。
3、 如权利要求l所述的方法，其特征在于所述的热水的温度为 50 100°C。
4、 如权利要求l所述的方法，其特征在于所述的干燥的温度为 50 130°C。
全文摘要
本发明公开了一种在常压KCl溶液利用脱硫石膏制备高纯度α-半水石膏的方法在质量百分浓度为0.2％～8.0％的氯化钾溶液中加入脱硫石膏，搅拌均匀，形成反应浆料，脱硫石膏在反应浆料中的质量百分含量为5％～50％，80～105℃恒温反应1～10h；将反应浆料进行固液分离，用热水洗涤过滤后得到的滤饼，干燥后即得到α-半水石膏。本发明能在温和条件下有效地控制脱硫石膏制备α-半水石膏的相态变化，从而保证了高纯α-半水石膏的生成，而且经济、能耗低、操作简单。
文档编号C04B11/26GK101381209SQ200810121470
公开日2009年3月11日 申请日期2008年9月28日 优先权日2008年9月28日
发明者付海陆, 叶青青, 吴忠标, 官宝红, 杨柳春, 马宪法 申请人:浙江大学