一种低成本制备α型半水石膏的方法及所制备的α型半水石膏及石膏砌块的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种低成本制备α型半水石膏的方法，包括以下步骤：（1）磷石膏的预处理；（2）废盐酸溶液的预处理；（3）电石泥的预处理；（4）活度剂的制备；（5）常压水热法制备α型半水石膏。该方法以三种工业废弃物为主要原料，采用简单工艺制备出α型半水石膏，不仅减少了有害废弃物的排放，实现了工业废物再利用，而且所制备的α型半水石膏性能良好、成本低，可广泛应用于建筑行业。
【专利说明】一种低成本制备α型半水石膏的方法及所制备的α型半水石膏及石膏棚块
【技术领域】
[0001]本发 明属于建筑材料【技术领域】，具体涉及一种石膏建筑材料，更具体地，涉及一种低成本制备α型半水石膏的方法及所制备的α型半水石膏及石膏砌块。
【背景技术】
[0002]磷石膏是湿法生产磷酸过程中排出的以硫酸钙为主要成分的固体废弃物，常以二水硫酸钙的形式存在，每生产I吨Ρ205约排放4.5 — 5.5吨磷石膏。据统计，2011年我国磷石膏的排放量接近7千万吨，累计堆放量已经超过3亿吨，而利用率不到20%。固体废弃物不仅占用大量的土地、浪费资源，而且对周围的空气、土壤、植被和水系造成了严重的污染。
[0003]一些发达国家以废弃磷石膏为主要原料生产建筑用石膏砌块，方法主要有两种，一种是磷石膏先进行炒制，然后再按一定的比例加入砂或钢渣等工业废料压制成型；另一种是将磷石膏与水泥、砂等混合后模压成型。采用这两种技术制作的石膏砌块，以β型半水石膏为胶凝材料，由于杂质组分的存在，石膏砌块的力学性能不佳，抗压强度都比较低，一般仅达4.5 — 7.5MPa，很难适应现代建筑对石膏砌块材料的要求。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种低成本制备α型半水石膏的方法及所制备的α型半水石膏及石膏制品，工艺简单，所制备的α型半水石膏充分利用工业废弃物，缓解环境压力，成本低廉，可用于制备石膏制品如石膏砌块、自流平石膏材料等，由此α型半水石膏制备的石膏砌块凝固时间适宜，抗压强度高。
[0005]解决本发明技术问题所采用的技术方案是该低成本制备α型半水石膏的方法，包括以下步骤:
[0006](I)磷石膏的预处理:将改性剂按比例加入磷石膏中，经搅拌、洗涤、脱水得到磷石膏浆体；
[0007](2)废盐酸溶液的预处理:将无机絮凝剂加入到浓度≥20wt%的废盐酸溶液中，搅拌均匀，控制废盐酸溶液中铁、镁摩尔浓度不大于0.005mol/L，处理后得到纯化的盐酸溶液；
[0008](3)电石泥的预处理:将碱性水溶液加入电石泥中，经洗涤、脱水得到电石泥浆体；
[0009](4)活度剂的制备:将步骤(3)所得电石泥浆体加入步骤(2)所得纯化的盐酸溶液中，电石泥浆体与纯化的盐酸溶液质量比为1:4.0 — 6.0，混合均匀后经过滤、浓缩滤液制备浓度为30 - 45wt%的活度剂溶液；
[0010](5)常压水热法制备α型半水石膏:将步骤(1)所得磷石膏浆体加入步骤(4)所得活度剂溶液中，磷石膏浆体与活度剂溶液质量比为1:1 - 5，在常压水热条件下，还向活度剂溶液中添加转晶剂，控制反应温度和反应时间及溶液PH值，得到α型半水石膏。用本发明所述方法制备得到的是纯度>85%的α型半水石膏。
[0011]本发明所用电石泥是电石水解获取乙炔气后的固体废弃物，主要成分为氢氧化钙(纯度80 - 90wt%)，每年排放量达数千万吨。而废盐酸是化工行业常见的副产品，来源广泛，这些废弃物处理不当或任意排放会对环境造成严重的污染。因此，利用废盐酸、电石泥、磷石膏制备α型半水石膏同时回收了三种工业废弃物，节省了有限的矿产资源。
[0012]优选的是，步骤(1)所述改性剂为柠檬酸溶液或石灰，改性剂用量为磷石膏中硫酸钙质量的0.1 — 1.0%，所述磷石膏浆体中可溶磷含量< 0.6wt%、可溶氟含量< 0.5wt%,且有机物含量< 0.4wt%。
[0013]优选的是，步骤(2)所述无机絮凝剂为氯化铝，加入量为废盐酸溶液质量的0.05 — 0.3%ο
[0014]优选的是，步骤(3)所述碱性水溶液为浓度为30 - 40wt%的碳酸钠溶液，加入量为电石泥质量的0.05 — 0.15%,所述电石泥衆体中可溶磷含量< 0.6wt%,有机物含量^ 0.3wt%。
[0015]将步骤(3)所得电石泥浆体加入步骤(2)所得纯化的盐酸溶液中，混合均匀后经过滤、浓缩滤液制备浓度为30 - 45wt%的活度剂溶液，活度剂溶液中有效成分是CaC12。
[0016]优选的是，步骤(5)所述转晶剂为乙二胺四乙酸(EDTA);转晶剂加入量为步骤(1)所得磷石膏浆体的0.1 — 0.2wt% ;所述反应温度为75 - 90°C，反应时间为2.5 — 4.5h，pH值为2 — 5。
[0017]本发明还提供上述方法所制备的α型半水石膏。α型半水石膏具有较高的密实度和机械强度，因而用途十分广泛。
[0018]本发明还提供由上述α型`半水石膏制备的石膏制品。以及由上述α型半水石膏制备的高强石膏砌块。以α型半水石膏为底料，添加适宜的复合组分(如水泥、纤维等)及适量外加剂(如减水剂、引气剂等)和水，经搅拌并放入砌块模具内成型，即可得到高强石骨砌块。该闻强石骨砌块初凝时间4.5 — 5.5min,终凝时间11.0 一 13.0min, 2h抗压强度
4.0 - 4.3MPa,绝干抗压强度 30.5 — 33.0MPa0
[0019]本发明的有益效果是:同时利用三种工业废弃物制备性能良好、用途广泛的α型半水石膏，减少了磷石膏、废盐酸、电石泥等废弃物的排放，同时降低了 α型半水石膏的生产成本。由该α型半水石膏制备的石膏砌块凝固时间适中(初凝时间4.5 — 5.5min，终凝时间11.0 — 13.0min),抗压强度闻(2h抗压强度4.0 — 4.3MPa,绝干抗压强度30.5 一33.0MPa)。
【具体实施方式】
[0020]为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。
[0021]本发明实施例提供一种低成本制备α型半水石膏的方法。
[0022]实施例一
[0023]称取5kg磷石膏加入5g浓度为40wt%的柠檬酸溶液，经搅拌、洗涤、脱水处理，得到磷石膏浆体，其可溶性磷含量不大于0.6wt%、可溶性氟含量不大于0.4wt%、有机物含量不大于0.3wt% ;称取29wt%的废盐酸16.4kg,加入5g氯化招,均匀慢速搅拌，至溶液中铁、镁摩尔浓度不大于0.005mol/L,得到纯化的盐酸溶液；取6kg的电石泥(其含水率为40wt%，氢氧化钙含量为85wt%)，加入3.6g30wt%碳酸钠溶液(0.lwt%)，经洗涤、脱水得到电石泥浆体，其可溶磷含量不大于0.6wt%，有机物含量不大于0.3wt% ;将上述电石泥浆体加入上述纯化的盐酸溶液中，均匀搅拌，过滤，滤液经蒸发提浓，制备得到浓度为35wt%的活度剂溶液；将上述磷石膏浆体加入到上述活度剂溶液中，加入lgEDTA，采用常压水热法技术在pH为2.0，80°C反应4h制备得到α型半水石膏。
[0024]将所得α型半水石膏经温度为90°C的热水洗涤3 — 5遍，在负压为0.2 — 0.3MPa条件下抽滤，得到石膏浆体(含水率约为12%);将石膏浆体直接输送至砌块磨具内压制成型，得到石膏砌块。经测试，所制备的石膏砌块初凝时间为5.0min，终凝时间为12.0min, 2h抗压强度为4.1MPa，绝干抗压强度为32.5MPa。性能指标满足JC/T2038-2010《α型高强石膏》标准中α 30型石膏的要求。
[0025]实施例二
[0026]称取5kg磷石膏加入25g石灰(含氧化钙80wt%)，搅拌均匀，陈化24h，经搅拌、洗涤、脱水处理，得到磷石膏浆体，其可溶性磷含量不大于0.6wt%、可溶性氟含量不大于0.4wt%、有机物含量不大于0.3wt% ;称取32wt%的废盐酸15.0kg,加入4.5g氯化铝，均匀慢速搅拌，至溶液中铁、镁摩尔浓度不大于0.005mol/L，得到纯化的盐酸溶液；取6kg的电石泥(其含水率为40wt%，氢氧化钙含量为85wt%)，加入2.8g35wt%碳酸钠溶液(0.08wt%),经洗涤、脱水得到电石泥浆体，其可溶磷含量不大于0.6wt%，有机物含量不大于0.3wt% ;将上述电石泥浆体加入上述纯化的盐酸溶液中，均匀搅拌，过滤，滤液经蒸发提浓，制备得到浓度为40wt%的活度剂溶液；将上述磷石膏浆体加入到上述活度剂溶液中，加入lgEDTA，采用常压水热法技术在pH为2.0，85°C反应3.8h制备得到α型半水石膏。
[0027]采用与实施例一相同的方法制得高强石膏砌块。经测试，所制备的高强石膏砌块初凝时间为4.5min,终凝时间为11.0min, 2h抗压强度为4.3MPa，绝干抗压强度为33.0MPa0性能指标满足JC/T2038-2010《α型高强石膏》标准中α 30型石膏的要求。
[0028]实施例三
[0029]称取5kg磷石膏加入25g石灰(含氧化钙80wt%)，搅拌均匀，陈化24h，经搅拌、洗涤、脱水处理，得到磷石膏浆体，其可溶性磷含量不大于0.6wt%、可溶性氟含量不大于0.4wt%、有机物含量不大于0.3wt% ;称取26wt%的废盐酸18kg，加入5.5g氯化铝，均匀慢速搅拌，至溶液中铁、镁摩尔浓度不大于0.005mol/L，得到纯化的盐酸溶液；取6kg的电石泥(其含水率为40wt%，氢氧化钙含量为85wt%)，加入1.8g45wt%碳酸钠溶液(0.05wt%),经洗涤、脱水得到电石泥浆体，其可溶磷含量不大于0.6wt%，有机物含量不大于0.3wt% ;将上述电石泥浆体加入上述纯化的盐酸溶液中，均匀搅拌，过滤，滤液经蒸发提浓，制备得到浓度为45wt%的活度剂溶液；将上述磷石膏浆体加入到上述活度剂溶液中，加入lgEDTA，采用常压水热法技术在pH为2.0，90°C反应3.5h制备得到α型半水石膏。
[0030]采用与实施例一相同的方法制得高强石膏砌块。经测试，所制备的高强石膏砌块初凝时间为5.5min,终凝时间为13.0min,此抗压强度为4.0MPa,绝干抗压强度为30.5MPa。性能指标满足JC/T2038-2010《α型高强石膏》标准中α 30型石膏的要求。
[0031]实施例四[0032]称取5kg磷石膏加入25g石灰(含氧化钙80wt%)，搅拌均匀，陈化24h，经搅拌、洗涤、脱水处理，得到磷石膏浆体，其可溶性磷含量不大于0.6wt%、可溶性氟含量不大于
0.4wt%、有机物含量不大于0.3wt% ;称取26wt%的废盐酸18kg，加入5.5g氯化铝，均匀慢速搅拌，至溶液中铁、镁摩尔浓度不大于0.005mol/L，得到纯化的盐酸溶液；取6kg的电石泥(其含水率为40wt%，氢氧化钙含量为85wt%)，加入2.8g45wt%碳酸钠溶液(0.08wt%),经洗涤、脱水得到电石泥浆体，其可溶磷含量不大于0.6wt%，有机物含量不大于0.3wt% ;将上述电石泥浆体加入上述纯化的盐酸溶液中，均匀搅拌，过滤，滤液经蒸发提浓，制备得到浓度为40wt%的活度剂溶液；将上述磷石膏浆体加入到上述活度剂溶液中，加入lgEDTA，采用常压水热法技术在pH为2.0，85°C反应3.5h制备得到α型半水石膏。
[0033]采用与实施例一相同的方法制得高强石膏砌块。经测试，所制备的高强石膏砌块初凝时间为5.0min,终凝时间为13.5min, 2h抗压强度为4.1MPa,绝干抗压强度为31.5MPa。性能指标满足JC/T2038-2010《α型高强石膏》标准中α 30型石膏的要求。
[0034]由以上对本发明实施例的详细描述，可以了解本发明解决了化工行业大量磷石膏、废盐酸、电石泥排放造成环境污染的问题。并且所制备的α型半水石膏性能良好，可替代石膏粉，用该α型半水石膏制备的高强石膏砌块初凝时间4.5 — 5.5min，终凝时间11.0 - 13.0min, 2h 抗压强度 4.0 - 4.3MPa，绝干抗压强度 30.5 — 33.0MPa0
[0035]可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种低成本制备α型半水石膏的方法，其特征在于包括以下步骤: (1)磷石膏的预处理:将改性剂按比例加入磷石膏中，经搅拌、洗涤、脱水得到磷石膏浆体； (2)废盐酸溶液的预处理:将无机絮凝剂加入到浓度>20wt%的废盐酸溶液中，搅拌均匀，控制废盐酸溶液中铁、镁摩尔浓度不大于0.005mol/L，处理后得到纯化的盐酸溶液； (3)电石泥的预处理:将碱性水溶液加入电石泥中，经洗涤、脱水得到电石泥浆体； (4)活度剂的制备:将步骤(3)所得电石泥浆体加入步骤(2)所得纯化的盐酸溶液中，电石泥浆体与纯化的盐酸溶液质量比为1:4.0 — 6.0，混合均匀后经过滤、浓缩滤液制备浓度为30 - 45wt%的活度剂溶液； (5)常压水热法制备α型半水石膏:将步骤(1)所得磷石膏浆体加入步骤(4)所得活度剂溶液中，磷石膏浆体与活度剂溶液质量比为1:1 - 5，在常压水热条件下，还向活度剂溶液中添加转晶剂，控制反应温度和反应时间及溶液PH值，得到α型半水石膏。
2.根据权利要求1所述的低成本制备α型半水石膏的方法，其特征在于:步骤(1)所述改性剂为柠檬酸溶液或石灰，改性剂用量为磷石骨中硫酸钙质量的0.1 — 1.0%,所述磷石骨楽体中可溶憐含量< 0.6wt%、可溶氟含量< 0.5wt%,且有机物含量< 0.4wt%。
3.根据权利要求1所述的低成本制备α型半水石膏的方法，其特征在于:步骤(2)所述无机絮凝剂为氯化铝，加入量为废盐酸溶液质量的0.05 - 0.3%。
4.根据权利要求1所述的低成本制备α型半水石膏的方法，其特征在于:步骤(3)所述碱性水溶液为浓度为30 - 40wt%的碳酸钠溶液，加入量为电石泥质量的0.05 - 0.15%，所述电石泥浆体中可溶磷含量< 0.6wt%，有机物含量< 0.3wt%。
5.根据权利要求1所述的低成本制备α型半水石膏的方法，其特征在于:步骤(5)所述转晶剂为乙二胺四乙酸，转晶剂加入量为步骤(1)所得磷石膏浆体的0.1-0.2wt% ;所述反应温度为75 — 90°C，反应时间为2.5 — 4.5h，pH值为2 — 5。
6.一种α型半水石膏，其特征在于:根据权利要求1 一 5任一所述方法制备得到的α型半水石膏。
7.一种石膏砌块，其特征在于:根据权利要求6所述α型半水石膏制备得到的石膏砌块，初凝时间4.5 - 5.5min,终凝时间11.0 - 13.0min, 2h抗压强度4.0 - 4.3MPa，绝干抗压强度 30.5 — 33.0MPa0
【文档编号】C04B11/26GK103508689SQ201310429900
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年9月18日 优先权日:2013年9月18日
【发明者】马保国, 李玉博, 卢斯文, 郅真真, 苏英, 蹇守卫 申请人:武汉理工大学