一种常压下制备石膏晶须的方法与流程

所属技术领域：本发明属于矿物加工、土木工程材料，工业固体废弃物的资源化利用领域，具体为一种常压下制备石膏晶须的方法。

背景技术：

1、利用二水石膏制备性能优良的石膏晶须的重要性

钙基湿法烟气脱硫(fgd)是世界上应用最广泛的烟气脱硫技术。采用该工艺每处理1t二氧化硫会产生2.7t脱硫石膏。脱硫石膏可用于建材、水泥等行业，但用量有限。目前，脱硫石膏堆积现象越来越严重。因此，将脱硫石膏变废为宝显得尤为迫切，利用脱硫石膏制备石膏晶须，对拓展脱硫石膏的应用领域具有重要意义。

磷石膏是湿法磷酸生产过程中产生的副产物，每生产1t湿法磷酸就会产生4.5～5t磷石膏。全球副产磷石膏约1.5亿吨，利用率仅为4.3％～4.6％，目前，我国磷石膏年排放量超过5500万t，累计量估计超过2.5亿t，居中国工业副产石膏产量之首。因此，磷石膏的开发和利用已经是一个急需解决的事情。

柠檬酸石膏是用钙盐沉淀法生产柠檬酸时产生的以二水硫酸钙为主的工业废渣。2008年，我国柠檬酸石膏排放量居世界第一位；少数柠檬酸石膏被用作水泥缓凝剂、炒制建筑石膏、配置粉刷石膏等，但是，大部分柠檬酸石膏未被使用，堆积现象严重。

钛石膏是采用硫酸酸解钛铁矿生产钛白粉时，加入石灰或电渣石中和大量的酸性废水所产生的以二水石膏为主要成分的废渣。全世界每年的钛石膏的排放量约为1775万t；我国每年约为715万t。同样，大部分钛石膏未被使用，堆积现象严重。

我国的天然石膏主要用于水泥生产作缓凝剂，其次用于制造石膏墙板、胶凝材料等。随着我国经济增速进入新常态和淘汰落后产能政策的实施，全国的水泥产量大幅度的降低，天然石膏的需求量也受到影响。因此，利用天然石膏制备石膏晶须具有重要意义。

2、实现常压下制备石膏晶须的重要意义

石膏晶须是硫酸钙的纤维状单晶体，石膏晶须是硫酸钙的纤维状单晶体，是一种高品质的石膏产品，主要用作复合材料中的增强组分，其生产成本是所有晶须中最低的。目前制备硫酸钙晶须的方法主要有蒸压法和常压酸化法。蒸压法是将料浆加入反应釜，在高温高压条件下，将二水硫酸钙转变为细小针状的半水石膏的工艺过程，目前已有研究人员分别以天然石膏、分析纯硫酸钙、磷石膏和脱硫石膏为原料，在120～180℃的反应温度下，采用蒸压法制得硫酸钙晶须。但是，蒸压法制备脱硫石膏晶须是以高压釜为反应设备，在较高的温度和压力下转化结晶，过程能耗较大。常压酸化法是在一定温度的酸性溶液中，将高浓度的二水石膏悬浮液转化成针状或纤维状半水硫酸钙晶须。与蒸压法相比，此方法不需要压热器，制备工艺简单，但是由于反应体系中酸的用量很大，且通常具有强酸性，对反应设备腐蚀严重，工业化生产困难。因此，在常温常压下制备性能良好的石膏晶须且生产过程不具腐蚀性，绿色环保具有重要的社会价值。

3、利用常压法制备石膏晶须的研究现状及局限性

专利cn104928752a中在常压下以白云石或石灰石为原料，用酸浸出含有钙离子的水溶液，利用含有金属铜离子的晶型助长剂、液相有机催化剂制备出二水硫酸钙晶须。专利cn104846440中使用重结晶法在常压下制备石膏晶须。采用0.5mol/l～5mol/l酸溶液中加入0.5wt％～5wt％的无机盐制得含盐酸溶液，在含盐酸溶液中制浆，在60℃～90℃反应1h～4h后加入媒晶剂结晶制得石膏晶须。专利cn101550602采用常压盐溶液结晶法制备caso4晶须，但是反应温度达到100℃～128℃。

研究人员关于常压下制备硫酸钙晶须的工艺已经有了一定的探索，但是采用常压下无机盐与有机溶剂复配达到较低温度生成石膏晶须的工作还鲜有报导，而且常用的常压酸化法制备硫酸钙晶须还存在工艺较复杂，操作繁琐，生产过程中酸腐蚀设备、污染环境等问题。

技术实现要素：

技术问题：本发明的提供了一种常压下制备石膏晶须的方法，将无机氯盐与有机溶剂复合配置溶液，在较低温度下制备出石膏晶须，所用设备仪器少，生产操作过程简单易控，绿色环保，制得的晶须形貌完整，性能良好，且临界反应温度可降至65℃，生产成本大大降低，具有广泛的市场价值。

技术方案：本发明的一种常压下制备石膏晶须的方法，其具体工艺步骤如下：

1)选料：原材料选择二水石膏；

2)配制浆体：将与水重量比为5％～30％的无机氯盐，与水重量比为20％～80％的有机溶剂，与水重量比为5％～30％的二水石膏和水混合搅拌形成悬浮液，并将溶液ph调至5～11；

3)水热反应：将配置好的料浆移入反应装置，在反应温度下，保持恒温4～6h，整个反应过程使用搅拌机搅拌浆体，转速为100～350r/min；

4)洗涤、脱水干燥：在石膏晶须浆体中加入质量为干基石膏晶须质量的0.3～1％石膏晶须稳定剂，搅拌数分钟后，保温静置3～60min；用热水洗涤石膏晶须1～3遍后，脱水干燥，放入60～200℃烘箱中干燥1～8h。

其中：

所述的原材料为二水石膏，是脱硫石膏、柠檬酸石膏、磷石膏、钛石膏或天然石膏中的一种或多种。

所述的无机氯盐为氯化钠；有机溶剂为丙三醇和无水乙醇的任一种或两种混合。

所述的料浆ph调节，使用的试剂为盐酸和氢氧化钠。

所述的反应温度为65～80℃。

所述的脱水干燥，用真空皮带脱水机或离心机进行脱水。

有益效果：本发明的制备工艺为选料、配制浆体、水热反应、洗涤、脱水干燥。以二水石膏为原料，采用无机氯盐与有机溶剂复合配置的溶液，在较低温度下制备出石膏晶须，其生产过程中，所用设备仪器简单且数量少，生产操作简单易控，过程绿色环保。采用复配溶液浆体的临界反应温度大大降低，达到65℃，且制得的晶须形貌完整均匀，性能良好。克服了原有常压盐溶液法制备石膏晶须时，制备形貌均匀完整晶须通常需t≥85℃的热能损耗问题，该石膏晶须可以广泛地应用于橡胶、塑料、建材制品等，石膏晶须生产成本大大降低，具有广泛的市场价值。同时，解决了工业固体废弃物副产石膏堆积严重、污染环境等问题，积极响应国家节能减排的号召，所制备的石膏晶须拥有广泛的应用市场和社会价值。

附图说明

图1为该方法制备的石膏晶须xrd衍射图谱，该xrd检测的物相组成为pdf83-0438caso4·0.5h2o；

图2为实施例1的1000倍sem照片；

图3为实施例2的1000倍sem照片；

图4为实施例3的1000倍sem照片。

具体实施方式

该以下是结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

工艺步骤如下：

(1)选料：原材料选择脱硫石膏。

(2)配制浆体：将与水重量比为5％的氯化钠，与水重量比为60％的丙三醇，与水重量比为10％的脱硫石膏和水混合搅拌形成悬浮液，并将溶液ph调至9。

(3)水热反应：将配置好的料浆移入反应装置，在所需温度下，保持恒温6h，整个反应过程使用搅拌机搅拌浆体，转速为200r/min。

(4)洗涤、脱水干燥：在石膏晶须浆体中加入质量为干基石膏晶须质量的1％石膏晶须稳定剂，搅拌数分钟后，保温静置10min。离心脱水后，用热水洗涤石膏晶须3遍后，脱水干燥，放入80℃烘箱中干燥6h。

实施例1所述反应温度为73℃。

实施例2

工艺步骤如下：

(1)选料：原材料为脱硫石膏和磷石膏按1:1混合。

(2)配制浆体：将与水重量比为10％的氯化钠，与水重量比为80％的丙三醇，与水重量比为5％的原材料(脱硫石膏：磷石膏＝1:1)，和水混合搅拌形成悬浮液，并将溶液ph调至11。

(3)水热反应：将配置好的料浆移入反应装置，在所需温度下，保持恒温4h，整个反应过程使用搅拌机搅拌浆体，转速为100r/min。

(4)洗涤、脱水干燥：在石膏晶须浆体中加入质量为干基石膏晶须质量的0.3％石膏晶须稳定剂，搅拌数分钟后，保温静置3min。用热水洗涤石膏晶须2遍后，脱水干燥，放入60℃烘箱中干燥8h。

实施例2所述反应温度为69℃。

实施例3

工艺步骤如下：

(1)选料：原材料选择柠檬酸石膏。

(2)配制浆体：将与水重量比为20％的氯化钠，与水重量比为80％的无水乙醇，与水重量比为20％的柠檬酸石膏和水混合搅拌形成悬浮液，并将溶液ph调至5。

(3)水热反应：将配置好的料浆移入反应装置，在所需温度下，保持恒温5h，整个反应过程使用搅拌机搅拌浆体，转速为300r/min。

(4)洗涤、脱水干燥：在石膏晶须浆体中加入质量为干基石膏晶须质量的0.7％石膏晶须稳定剂，搅拌数分钟后，保温静置30min。用热水洗涤石膏晶须1遍，脱水干燥，放入200℃烘箱中干燥1h。

实施例3所述的反应温度为65℃。

实施例4

工艺步骤如下：

(1)选料：原材料选择磷石膏。

(2)配制浆体：将与水重量比为30％的氯化钠，与水重量比为10％的无水乙醇，与水重量比为50％的丙三醇，与水重量比为30％的磷石膏和水混合搅拌形成悬浮液，并将溶液ph调至7。

(3)水热反应：将配置好的料浆移入反应装置，在所需温度下，保持恒温3h，整个反应过程使用搅拌机搅拌浆体，转速为350r/min。

(4)洗涤、脱水干燥：在石膏晶须浆体中加入质量为干基石膏晶须质量的1％石膏晶须稳定剂，搅拌数分钟后，保温静置60min。用热水洗涤石膏晶须3遍后，脱水干燥，放入150℃烘箱中干燥4h。

实施例4所述的反应温度为70℃。

实施例5

工艺步骤如下：

(1)选料：原材料选择钛石膏。

(2)配制浆体：将与水重量比为15％的氯化钠，与水重量比为60％的丙三醇，与水重量比为5％的无水乙醇，与水重量比为13％的钛石膏和水混合搅拌形成悬浮液，并将溶液ph调至9。

(3)水热反应：将配置好的料浆移入反应装置，在所需温度下，保持恒温6h，整个反应过程使用搅拌机搅拌浆体，转速为250r/min。

(4)洗涤、脱水干燥：在石膏晶须浆体中加入质量为干基石膏晶须质量的1％石膏晶须稳定剂，搅拌数分钟后，保温静置15min。用热水洗涤石膏晶须3遍后，脱水干燥，放入120℃烘箱中干燥5h。

实施例5所述的反应温度为76℃。

实施例6

工艺步骤如下：

(1)选料：原材料选择天然石膏。

(2)配制浆体：将与水重量比为20％的氯化钠，与水重量比为70％的丙三醇，与水重量比为20％的天然石膏和水混合搅拌形成悬浮液，并将溶液ph调至9。

(3)水热反应：将配置好的料浆移入反应装置，在所需温度下，保持恒温4h，整个反应过程使用搅拌机搅拌浆体，转速为150r/min。

(4)洗涤、脱水干燥：在石膏晶须浆体中加入质量为干基石膏晶须质量的1％石膏晶须稳定剂，搅拌数分钟后，保温静置15min。用热水洗涤石膏晶须2遍后，脱水干燥，放入180℃烘箱中干燥2h。

实施例5所述的反应温度为80℃。