本发明涉及环保技术领域，尤其是离子液体溶剂体系处理脱硫石膏生产硫酸钙晶须的方法。
背景技术：
随着工业革命的发展，燃煤过程中产生的so2对环境造成严重污染。为了有效去除so2，开发出了现在世界上应用最多也最广泛的是湿法脱硫技术，其中湿法中的石灰/石灰石―石膏法已经处于主导地位，脱硫石膏正是由燃煤电厂进行湿法石灰/石灰石―石膏法脱硫而产生的以caso4・2h2o为主要成分的工业副产物。
但是，脱硫石膏处理困难，大量堆放，这些脱硫石膏无论纯度、抗压抗拉强度、含水率均无法与天然石膏竞争，不得不占用大量的土地堆存作为废料处理。脱硫石膏长期大量堆积，特别是渗出液严重污染地表水和地下水，特别是对堆积土壤及周边植物产生恶劣影响，更给人类健康带来危害。此外，在阳光持续暴晒下脱硫石膏的分解释放出so2气体造成二次污染，因此如不及时处理，脱硫石膏遗患必将成为继二氧化硫、氮氧化物后的又一大污染源。为此，脱硫石膏的无害化、减量化和资源化利用成为当务之急。
然而，脱硫石膏中常含有ni、cu、pb等重金属元素，上述元素随着脱硫石膏的资源化利用进行迁移，存在于资源化产品中，严重影响产品的品质。因此，为了提高资源化产品的品质，重金属的去除至关重要。
离子液体具有挥发性低、电化学窗口宽、导电性强、离子迁移率高、容易回收以及结构特性可调等特点成为当前国内外的研究热点。由于离子液体在室温下呈现出阴阳离子形态，在与金属阳离子接触过程中可发生离子交换反应，因此可将离子液体用于金属萃取领域。
硫酸钙晶须是一种以单晶形式生长的新型针状、具有均匀横截面、完整外形、内部结构完善的纤维亚纳米材料。因硫酸钙晶须具有高强度、高模量、高韧性、高绝缘性、耐磨耗、耐高温、耐酸碱、抗腐蚀、红外线反射性良好、易于表面处理、易与聚合物复合、无毒等诸多优良的理化性能，可用于树脂、塑料、橡胶、涂料、油漆、造纸、沥青、摩擦和密封材料中作补强增韧剂或功能型填料；又可直接作为过滤材料、保温材料、耐火隔热材料、红外线反射材料和包覆电线的高绝缘材料。因此将离子液体溶剂体系用于脱硫石膏预处理，进而转化为硫酸钙晶须，将有效的消减脱硫石膏对环境的污染，同时获得高附加值产品。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供离子液体溶剂体系处理脱硫石膏生产硫酸钙晶须的方法，通过离子液体溶剂体系预处理、水热处理、重结晶技术，有效提高了硫酸钙晶须的纯度和生产效率，实现废弃物循环再利用，节约土地资源，消除环境和健康隐患。
本发明的技术方案：
离子液体溶剂体系处理脱硫石膏生产硫酸钙晶须的方法包括如下步骤：
1）将10g脱硫石膏与1l水进行混合并连续搅拌，搅拌转速为150-200rpm，搅拌时间为20-30min，搅拌结束构成脱硫石膏浑浊液i；
2）将上述浑浊液与离子液体溶剂体系按1500-3000:1，在室温条件下进行混合并搅拌萃取（转速为100-150rpm），利用稀硫酸调节体系ph=3-5，萃取时间为30-70min；
3）将上述溶液进行过滤并水洗3次获得离子液体溶剂体系提取液、水溶液及残余固体，将残余固体10g与1l水进行混合并连续搅拌，搅拌转速为150-200rpm，搅拌时间为20-30min，搅拌结束构成脱硫石膏浑浊液ii；
4）将上述浑浊液与离子液体溶剂体系按1500-3000:1，在室温条件下进行混合并搅拌萃取（转速为100-150rpm），利用稀硫酸调节体系ph=5-7，萃取时间为40-100min；
5）将上述溶液进行过滤并水洗3次获得离子液体溶剂体系提取液、水溶液及残余固体，将残余固体置于马弗炉中于300-350℃焚烧3h，取出备用；
6）将上述预处理后的脱硫石膏研磨至100-200目；
7）将10g预处理后的脱硫石膏原料投入反应釜进行反应，同时加入300-400ml蒸馏水；
8）按照4-7℃/min升温速率升高至120-140℃，维持反应时间4h，同时通过200目粒径的ca(oh)2固体来调节体系ph=6.5-7.5；
9）反应结束后自然降压至常压状态（1atm），在80-100℃下趁热过滤可获得长径比为100-200:1的硫酸钙晶须前体；
10）向滤液中加入0.1-0.5gcaso4·0.5h2o，在10-50rpm转速搅拌下快速降温至50-55℃，待不再产生沉淀后恒温过滤，滤渣即为长径比为100-200:1的硫酸钙晶须。
所述的离子液体溶剂体系是将[bmim][pf6]（1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐）离子液体与dmi溶剂按10:1进行混合后构成的；
所述的离子液体溶剂体系提取液与去离子水按1:10混合后获得离子液体溶剂体系水溶液及重金属沉淀经过滤分离后，对离子液体溶剂体系水溶液进行减压浓缩至不再有液体蒸发即可获得离子液体溶剂体系，可循环使用，实现了离子液体溶剂体系的再生。
本发明的优点和有益效果是：
本发明采用离子液体溶剂体系对脱硫石膏原料中的重金属进行预处理，可将原料中残存的ni、cu、pb进行高效萃取，提高了脱硫石膏的纯度；离子液体溶剂体系具有室温下流动性好，经分离提纯再生后可循环使用，大幅降低生产成本，与此同时可有效去除脱硫石膏中ni、cu、pb等重金属的含量达70%以上；利用ca(oh)2固体来调节体系的ph，不但增加体系内ca2+浓度，有利于晶须的生长，而且不引入杂质离子，保证了体系纯度。
本发明所需设备简单，工艺简便，且不会造成附加的环境危害，实现了脱硫石膏废弃物的资源化利用，解决了脱硫石膏对环境的污染问题，同时本发明生产的硫酸钙晶须具有尺寸均匀、成本低、附加值高等特点，具有极其深远的社会意义和经济价值。
具体实施方式
本发明通过以下实施例进一步详述，但本实施例所叙述的技术内容是说明性的，而不是限定性的，不应依此来局限本发明的保护范围。
实施例1：
离子液体溶剂体系处理脱硫石膏生产硫酸钙晶须的方法包括如下步骤：
1）将10g脱硫石膏与1l去离子水进行混合并连续搅拌，搅拌转速为150rpm，搅拌时间为30min，搅拌结束构成脱硫石膏浑浊液i；
2）将上述浑浊液与离子液体溶剂体系按2800:1，在室温条件下进行混合并搅拌萃取（转速为100rpm），利用稀硫酸调节体系ph=3，萃取时间为30min；
3）将上述溶液进行过滤并水洗3次获得离子液体溶剂体系提取液、水溶液及残余固体，将残余固体10g与1l去离子进行混合并连续搅拌，搅拌转速为150rpm，搅拌时间为30min，搅拌结束构成脱硫石膏浑浊液ii；
4）将上述浑浊液与离子液体溶剂体系按2800:1，在室温条件下进行混合并搅拌萃取（转速为100rpm），利用稀硫酸调节体系ph=5，萃取时间为30min；
5）将上述溶液进行过滤并水洗3次获得离子液体提取液、水溶液及残余固体，将残余固体置于马弗炉中于300℃焚烧3h，取出备用；
6）将上述预处理后的脱硫石膏研磨至100目；
7）将10g预处理后的脱硫石膏原料投入反应釜进行反应，同时加入300ml蒸馏水；
8）按照5℃/min升温速率升高至125℃，维持反应时间4h，同时通过200目粒径的ca(oh)2固体来调节体系ph=6.5；
9）反应结束后自然降压至常压状态（1atm），在80℃下趁热过滤可获得长径比为100:1的硫酸钙晶须前体；
10）向滤液中加入0.1gcaso4·0.5h2o，在25rpm转速搅拌下快速降温至50℃，待不再产生沉淀后恒温过滤，滤渣即为长径比为110:1的硫酸钙晶须。
将上述离子液体提取液与去离子水按1:10混合后获得离子液体水溶液及重金属沉淀经过滤分离后，对离子液体水溶液进行减压浓缩至不再有液体蒸发即可获得离子液体，可循环使用，实现了离子液体的再生。
经离子液体预处理后的脱硫石膏中ni的去除率为80%，cu的去除率为95%、pb的去除率为70%。
实施例2：
离子液体溶剂体系处理脱硫石膏生产硫酸钙晶须的方法包括如下步骤：
1）将10g脱硫石膏与1l水进行混合并连续搅拌，搅拌转速为180rpm，搅拌时间为25min，搅拌结束构成脱硫石膏浑浊液i；
2）将上述浑浊液与离子液体溶剂体系按2000:1，在室温条件下进行混合并搅拌萃取（转速为130rpm），利用稀硫酸调节体系ph=4.5，萃取时间为50min；
3）将上述溶液进行过滤并水洗3次获得离子液体提取液、水溶液及残余固体，将残余固体10g与1l水进行混合并连续搅拌，搅拌转速为180rpm，搅拌时间为25min，搅拌结束构成脱硫石膏浑浊液ii；
4）将上述浑浊液与离子液体溶剂体系按2000:1，在室温条件下进行混合并搅拌萃取（转速为130rpm），利用稀硫酸调节体系ph=5.5，萃取时间为100min；
5）将上述溶液进行过滤并水洗3次获得离子液体提取液、水溶液及残余固体，将残余固体置于马弗炉中于350℃焚烧3h，取出备用；
6）将上述预处理后的脱硫石膏研磨至200目；
7）将10g预处理后的脱硫石膏原料投入反应釜进行反应，同时加入400ml蒸馏水；
8）按照6℃/min升温速率升高至130℃，维持反应时间4h，同时通过200目粒径的ca(oh)2固体来调节体系ph=7.1；
9）反应结束后自然降压至常压状态（1atm），在95℃下趁热过滤可获得长径比为180:1的硫酸钙晶须前体；
10）向滤液中加入0.3gcaso4·0.5h2o，在10-50rpm转速搅拌下快速降温至50℃，待不再产生沉淀后恒温过滤，滤渣即为长径比为180:1的硫酸钙晶须。
将上述离子液体提取液与去离子水按1:10混合后获得离子液体水溶液及重金属沉淀经过滤分离后，对离子液体水溶液进行减压浓缩至不再有液体蒸发即可获得离子液体，可循环使用，实现了离子液体的再生。
经离子液体预处理后的脱硫石膏中ni的去除率为98%，cu的去除率为100%、pb的去除率为85%。
实施例3：
离子液体溶剂体系处理脱硫石膏生产硫酸钙晶须的方法包括如下步骤：
1）将10g脱硫石膏与1l水进行混合并连续搅拌，搅拌转速为200rpm，搅拌时间为30min，搅拌结束构成脱硫石膏浑浊液i；
2）将上述浑浊液与离子液体溶剂体系按1500:1，在室温条件下进行混合并搅拌萃取（转速为150rpm），利用稀硫酸调节体系ph=5，萃取时间为60min；
3）将上述溶液进行过滤并水洗3次获得离子液体提取液、水溶液及残余固体，将残余固体10g与1l水进行混合并连续搅拌，搅拌转速为200rpm，搅拌时间为30min，搅拌结束构成脱硫石膏浑浊液ii；
4）将上述浑浊液与离子液体溶剂体系按1500:1，在室温条件下进行混合并搅拌萃取（转速为150rpm），利用稀硫酸调节体系ph=7，萃取时间为50min；
5）将上述溶液进行过滤并水洗3次获得离子液体提取液、水溶液及残余固体，将残余固体置于马弗炉中于350℃焚烧3h，取出备用；
6）将上述预处理后的脱硫石膏研磨至150目；
7）将10g预处理后的脱硫石膏原料投入反应釜进行反应，同时加入400ml蒸馏水；
8）按照7℃/min升温速率升高至140℃，维持反应时间4h，同时通过200目粒径的ca(oh)2固体来调节体系ph=7.4；
9）反应结束后自然降压至常压状态（1atm），在100℃下趁热过滤可获得长径比为170:1的硫酸钙晶须前体；
10）向滤液中加入0.5gcaso4·0.5h2o，在50rpm转速搅拌下快速降温至55℃，待不再产生沉淀后恒温过滤，滤渣即为长径比为160:1的硫酸钙晶须。
将上述离子液体提取液与去离子水按1:10混合后获得离子液体水溶液及重金属沉淀经过滤分离后，对离子液体水溶液进行减压浓缩至不再有液体蒸发即可获得离子液体，可循环使用，实现了离子液体的再生。
经离子液体预处理后的脱硫石膏中ni的去除率为90%，cu的去除率为100%、pb的去除率为80%。