专利名称：在磷酸中制造石膏晶须的方法
技术领域：
本发明属于石膏晶须制造技术领域，更明确地说涉及在磷酸中制造石膏晶须的方法的改进。
背景技术：
石膏晶须是指直径为1-4微米，长度为10-200微米的棒状(无水、半水或二水)硫酸钙晶体。
目前，石膏晶须的生产方法主要有如下两种(1)水压热法 将质量分数小于2％的二水石膏加到水压热器中、在饱和水蒸气的作用下，经过一定时间转化生成针状石膏晶体，然后过滤、烘干而成。由于投料固液比少，又使用加压设备，水压热法令石膏晶须的生产成本居高不下。因而实际上很难工业化。
(2)硫酸与可溶性钙盐反应法 有用水溶性钙盐或钙离子与硫酸进行反应生成石膏晶须的。硫酸的使用，不仅增加了生产成本，加大对环境的污染，同时又使经济化大规模生产受到限制。
以往石膏晶须的制造方法，大部分以天然石膏为原料，在加压、100℃以上的操作状态下，经过较长的时间转化生成石膏晶须。生产速度慢、生产设备复杂。在以往的湿法磷酸制造过程中，加入硫酸与磷矿生成磷酸和磷石膏。副产物磷石膏中磷含量一般在1.5％以上，磷含量高于0.5％以上的磷石膏无论是作为化学原料、还是作为建筑材料，都受到许多限制。不少企业磷石膏已经堆积如山，成为社会公害。磷石膏问题已经成为技术难题，成为磷化工行业能否可持续发展的制约因素。
发明内容
本发明的目的，就在于克服上述缺点和不足，对湿法磷酸生产过程进行改造，使磷石膏中的磷含量降低到0.5％以下，能全面满足建筑行业对环保指标的要求；将磷石膏转变成石膏晶须，石膏晶须的力学性能和应用范围远远超过普通石膏；以磷酸或硫磷混酸为工作介质，降低晶须的生成温度、缩短生长时间，使晶须生长整齐，同时使石膏晶须的生产成本大幅度下降。
为了达到上述目的，本发明包括磷酸浸取液的制取步骤、石膏晶须悬浮液的制取步骤和半水或无水石膏晶须的制取步骤。磷酸浸取液的制取步骤是使用过量的浓度为30～40％的磷酸与磷矿进行浸取化学反应，控制温度为50-95℃，经过2-4小时的反应，分出液相并加以过滤，得到含H3PO43-4mol/L，Ca2+0.8-1.2mol/L的磷酸浸取液。石膏晶须悬浮液的制取步骤是在搅拌作用下，将磷酸浸取液逐渐加入浓度为30-35％的硫酸溶液中，在50～100℃的条件下搅拌反应120～150分钟，生成石膏晶须悬浮在磷酸或硫磷混酸中。半水或无水石膏晶须的制取步骤是将上述石膏晶须悬浮液过滤、用沸水洗涤后，在120～200℃的温度下干燥而成。
上述磷酸浸取液的制取步骤是使用过量的浓度为35％的磷酸与磷矿进行浸取化学反应。使用过量的浓度为35％的磷酸反应速度快，生产效率高，生产成本也较低。
石膏晶须悬浮液的制取步骤是在搅拌作用下，将磷酸浸取液逐渐加入浓度为30-35％的硫酸溶液中，在90～95℃的条件下搅拌反应120～150分钟。90～95℃的反应条件同样可使石膏晶须悬浮液的制取速度快、效率高、成本低，效果好。
本发明以磷酸或硫磷混酸做介质，用硫酸、硫酸根离子和钙的化合物(如氧化钙、氢氧化钙、碳酸钙、氯化钙、硝酸钙)制造硫酸钙晶须；或在湿法磷酸生产过程中制造硫酸钙晶须。
本发明将磷矿的酸浸反应与磷石膏的生成反应分开进行。首先使用过量的磷酸与磷矿进行浸取化学反应，控制温度为50-95℃，经过2-4小时的反应，分出液相并加以过滤，得到含H3PO43-4mol/L，Ca2+0.8-1.2mol/L的磷酸浸取液。在搅拌作用下，将磷酸浸取液逐渐加入20-40％的硫酸溶液中，生成石膏晶须悬浮在磷酸或硫磷混酸中。将石膏晶须滤出、洗涤、烘干，控制烘干温度，得到半水或无水石膏晶须，其中磷含量在0.5％以下。
本发明的另一种在磷酸中制造石膏晶须的方法，它包括磷酸浸取液的制取步骤、石膏晶须悬浮液的制取步骤和半水或无水石膏晶须的制取步骤。磷酸浸取液的制取步骤是使用过量的浓度为35％的磷酸与碳酸钙进行浸取化学反应，搅拌，分出液相并加以过滤，得到磷酸浸取液。石膏晶须悬浮液的制取步骤是在搅拌作用下，将磷酸浸取液逐渐加入浓度为35％的硫酸溶液中，在95℃的条件下搅拌反应120分钟，生成石膏晶须悬浮在磷酸或硫磷混酸中。半水或无水石膏晶须的制取步骤是将上述石膏晶须悬浮液过滤、用沸水洗涤后，在120℃的温度下干燥而成。
本发明可以降低晶须的生成温度、缩短生长时间，使晶须生长整齐，同时使石膏晶须的生产成本大幅度下降。与现有的湿法磷酸生产过程相比，本发明的生产过程只增加一道过滤工序和石膏烘干工序，就能生产出性能优良、外观雪白、用途广泛的石膏晶须，其力学性能远远超过普通石膏。其低廉的生产成本，是迄今为止任何生产方法都不能相比的。
具体实施例方式
实施例1。一种在磷酸中制造石膏晶须的方法。它包括磷酸浸取液的制取步骤、石膏晶须悬浮液的制取步骤和半水或无水石膏晶须的制取等步骤。磷酸浸取液的制取步骤是使用过量的浓度为35％的磷酸与磷矿进行浸取化学反应，控制温度为95℃，经过2小时的反应，分出液相并加以过滤，得到含H3PO43-4mol/L，Ca2+0.8-1.2mol/L的磷酸浸取液。石膏晶须悬浮液的制取步骤是在搅拌作用下，将磷酸浸取液逐渐加入浓度为32％的硫酸溶液中，在100℃的条件下搅拌反应120分钟，生成石膏晶须悬浮在磷酸或硫磷混酸中。半水或无水石膏晶须的制取步骤是将上述石膏晶须悬浮液过滤、用沸水洗涤后，在200℃的温度下干燥而成。
实施例2。一种在磷酸中制造石膏晶须的方法。它包括磷酸浸取液的制取步骤、石膏晶须悬浮液的制取步骤和半水或无水石膏晶须的制取等步骤。磷酸浸取液的制取步骤是使用过量的浓度为40％的磷酸与磷矿进行浸取化学反应，控制温度为50℃，经过3小时的反应，分出液相并加以过滤，得到含H3PO43-4mol/L，Ca2+0.8-1.2mol/L的磷酸浸取液。石膏晶须悬浮液的制取步骤是在搅拌作用下，将磷酸浸取液逐渐加入浓度为35％的硫酸溶液中，在50℃的条件下搅拌反应130分钟，生成石膏晶须悬浮在磷酸或硫磷混酸中。半水石膏晶须的制取步骤是将上述石膏晶须悬浮液过滤、用沸水洗涤后，在120℃的温度下干燥而成。
实施例3。一种在磷酸中制造石膏晶须的方法。它包括磷酸浸取液的制取步骤、石膏晶须悬浮液的制取步骤和半水或无水石膏晶须的制取等步骤。磷酸浸取液的制取步骤是使用过量的浓度为30％的磷酸与磷矿进行浸取化学反应，控制温度为90℃，经过3小时的反应，分出液相并加以过滤，得到含H3PO43-4mol/L，Ca2+0.8-1.2mol/L的磷酸浸取液。石膏晶须悬浮液的制取步骤是在搅拌作用下，将磷酸浸取液逐渐加入浓度为30％的硫酸溶液中，在90℃的条件下搅拌反应150分钟，生成石膏晶须悬浮在磷酸或硫磷混酸中。半水石膏晶须的制取步骤是将上述石膏晶须悬浮液过滤、用沸水洗涤后，在130℃的温度下干燥而成。
实施例4。一种在磷酸中制造石膏晶须的方法。它包括磷酸浸取液的制取步骤、石膏晶须悬浮液的制取步骤和半水或无水石膏晶须的制取等步骤。磷酸浸取液的制取步骤是使用过量的浓度为35％的磷酸与磷矿进行浸取化学反应，控制温度为90℃，经过2小时的反应，分出液相并加以过滤，得到含H3PO43-4mol/L，Ca2+0.8-1.2mol/L的磷酸浸取液。石膏晶须悬浮液的制取步骤是在搅拌作用下，将磷酸浸取液逐渐加入浓度为30％的硫酸溶液中，在95℃的条件下搅拌反应60分钟，生成石膏晶须悬浮在磷酸或硫磷混酸中。半水或无水石膏晶须的制取步骤是将上述石膏晶须悬浮液过滤、用沸水洗涤后，在120℃的温度下干燥而成。实施例4降低了晶须的生成温度，大大缩短了其生长时间，提高了其生产效率，生产成本则大幅度下降。
实施例5。一种在磷酸中制造石膏晶须的方法。取35％的磷酸500毫升，加入碳酸钙50克，搅拌，溶解完毕，过滤；将滤液慢慢加入140毫升35％的硫酸中，在95℃的条件下搅拌反应120分钟，得到白色沉淀物，过滤，用沸水洗涤，在120℃时干燥，得半水石膏晶须70.0克。石膏晶须直径2-4μm，长度30-150μm。
实施例6。一种在磷酸中制造石膏晶须的方法。取P2O5 31％、CaO 55％的国产磷矿25克，逐步投入300毫升35％的磷酸中，90℃下反应2小时之后，过滤；取澄清液体250毫升，其中Ca2+48克/升、H3PO432％，逐步加入浓度为30％的100毫升硫酸中，在90℃的条件下搅拌反应2小时，得到白色沉淀物，过滤，用沸水洗涤，200℃干燥，得无水石膏晶须38克。石膏晶须直径2-4μm，长度50-200μm。
实施例7。一种在磷酸中制造石膏晶须的方法。取钙含量Ca2+36g/L、磷酸30％的溶液200毫升，加入60毫升30％的硫酸中，在50-100℃的条件下搅拌反应150分钟，得到白色沉淀物，过滤，用沸水洗涤，120℃干燥，得半水石膏晶须25克。石膏晶须直径2-4μm，长度30-200μm。
实施例1～7可以降低晶须的生成温度、缩短生长时间，使晶须生长整齐，使生产成本大幅度下降。本实施例生产的石膏晶须性能优良，其力学性能远远超过普通石膏。它有着广泛的用途可作为塑料、尼龙、聚氨酯、橡胶等材料的增强组元，显著提高材料的抗张强度和弹性模量；在沥青中加入石膏晶须，可使沥青的软化温度提高10-20℃，大大提高沥青制品的性能和使用寿命；用于轻质建材、隔热材料、涂料、油漆、难燃纸张等方面，可以改善纸张的可塑性、透明性、阻燃性和印刷性；含石膏晶须的摩擦材料性能稳定，摩擦系数在100-200℃之间变化不大，可代替石棉生产新型摩擦材料。
权利要求
1.一种在磷酸中制造石膏晶须的方法，它包括磷酸浸取液的制取步骤、石膏晶须悬浮液的制取步骤和半水或无水石膏晶须的制取步骤，其特征在于磷酸浸取液的制取步骤是使用过量的浓度为30～40％的磷酸与磷矿进行浸取化学反应，控制温度为50-95℃，经过2-4小时的反应，分出液相并加以过滤，得到含H3PO43-4mol/L，Ca2+0.8-1.2mol/L的磷酸浸取液；石膏晶须悬浮液的制取步骤是在搅拌作用下，将磷酸浸取液逐渐加入浓度为30-35％的硫酸溶液中，在50～100℃的条件下搅拌反应120～150分钟，生成石膏晶须悬浮在磷酸或硫磷混酸中；半水或无水石膏晶须的制取步骤是将上述石膏晶须悬浮液过滤、用沸水洗涤后，在120～200℃的温度下干燥而成。
2.按照权利要求1所述的在磷酸中制造石膏晶须的方法，其特征在于所说的磷酸浸取液的制取步骤是使用过量的浓度为35％的磷酸与磷矿进行浸取化学反应。
3.按照权利要求1或2所述的在磷酸中制造石膏晶须的方法，其特征在于所说的石膏晶须悬浮液的制取步骤是在搅拌作用下，将磷酸浸取液逐渐加入浓度为30-35％的硫酸溶液中，在90～95℃的条件下搅拌反应120～150分钟。
4.一种在磷酸中制造石膏晶须的方法，它包括磷酸浸取液的制取步骤、石膏晶须悬浮液的制取步骤和半水或无水石膏晶须的制取步骤，其特征在于磷酸浸取液的制取步骤是使用过量的浓度为35％的磷酸与碳酸钙进行浸取化学反应，搅拌，分出液相并加以过滤，得到磷酸浸取液；石膏晶须悬浮液的制取步骤是在搅拌作用下，将磷酸浸取液逐渐加入浓度为35％的硫酸溶液中，在95℃的条件下搅拌反应120分钟，生成石膏晶须悬浮在磷酸或硫磷混酸中；半水或无水石膏晶须的制取步骤是将上述石膏晶须悬浮液过滤、用沸水洗涤后，在120℃的温度下干燥而成。
全文摘要
一种在磷酸中制造石膏晶须的方法。包括磷酸浸取液、石膏晶须悬浮液和石膏晶须的制取等步骤。磷酸浸取液的制取是使用过量的浓度为30～40％的磷酸与磷矿进行浸取化学反应，控制温度为50－95℃，经过2－4小时的反应，分出液相并加以过滤，得到含H
文档编号C01F11/00GK1584130SQ200410024348
公开日2005年2月23日 申请日期2004年6月14日 优先权日2004年6月14日
发明者陈学玺 申请人:青岛科技大学