一种磷石膏滤筒及其制备方法与流程

本发明涉及磷复肥生成中的副产品磷石膏的利用，具体涉及一种通过磷石膏制备的磷石膏滤筒及其制备方法。

背景技术：

目前，我国累计堆存的磷石膏约2亿吨，随着高效复合肥的发展，每年新增磷石膏约8000万t，利用率约20％，磷石膏的高值有效利用成为亟待解决的技术难题，用磷石膏制备硫酸钙晶须是磷石膏资源化、高值利用出路之一。

磷石膏石膏晶须是指半水或无水硫酸钙的纤维状单晶体，是一种性能优良、价格低廉的新型功能材料。它具有极高的抗拉强度和弹性模量，可作为工业材料，且价格低，可用于树脂、橡胶、涂料中作增强剂或功能型填料，又可以用于磨擦材料、建筑材料、密封材料、保温及阻燃材料等，有着极为广阔的发展前景。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提供一种磷石膏滤筒及其制备方法，旨在解决的问题是：提供一种磷石膏的新的使用途径，同时降低现有技术中陶瓷滤筒的制造成本。

本发明提供一种磷石膏滤筒的制备方法，该磷石膏滤筒的制备方法包括如下步骤：

s101：获取磷石膏晶须粉末和纸浆；

s102：向所述含有石膏晶须的粉末添加纸浆，并搅拌均匀，获得混合料；

s103：通过模具将所述混合料制成滤筒状的滤筒坯；

s104：干燥所述滤筒坯，获得磷石膏滤筒。

优选的，上述磷石膏晶须通过以下方法制得：

第一步：将去离子水、生产磷复肥时产生的工业副产品磷石膏和丙三醇放入反应罐内，通过搅拌棒搅拌均匀获得混合浆体；

第二步：将所述含有混合浆体的反应罐放入加热器内，在加热器内反应1.5h至2.5h；

第三步：过滤反应后的混合浆体，过滤所述混合浆体后得到滤泥；

第四步：在100℃至140℃环境中烘干所述滤泥，获得含有石膏晶须的粉末。

优选的，所述混合浆体还包括晶型助长剂，所述晶型助长剂包括氯化镁或无水乙醇。

优选的，在第二步和第三步之间，还包括有晶须改性工艺；所述晶须改性工艺包括以下步骤：

s201：向反应后的混合浆体添加改性剂，所述改性剂包括硬脂酸钠、硬脂酸、硬脂酸胺、硅烷偶联剂kh-550和钛酸酯偶联剂jn114；所述混合浆体的料浆浓度为13％；所述改性剂的体积占混合浆体体积的4％；

s202：将温度调整至45℃至65℃，并通过超声波振荡器震荡添加有改性剂的混合浆体；所述超声震荡功率为60w；

s203：保持改性时间15至25min后，进入所述第三步。

优选的，在第三步中，反应罐中的混合浆体通过以下方式过滤：在高速离心机中以5000r/min转速洗涤并离心分离3次，5min/次。

优选的，所述蒸馏水和丙三醇的体积比为20-30:8-15；所述磷石膏和蒸馏水的重量比为2：20-30。

优选的，所述加热器为烘箱，在第二步中，所述烘箱内温度为130℃至140℃。

优选的，所述磷石膏中含有生成磷复肥时残留的磷酸盐，在所述磷石膏中，硫酸钙与磷酸根的摩尔比大于100；所述磷石膏中还掺杂有铝盐。

本发明还提供一种磷石膏滤筒，该磷石膏滤筒是通过上述磷石膏滤筒的制备方法制成的。

本发明提供的磷石膏滤筒及其制备方法，与现有技术相比，具有以下有益效果：

上述磷石膏滤筒及其制备方法，通过生成磷复肥时产生的工业副产品磷石膏作为主要原料，将难以处理的磷石膏制备成磷石膏晶须，将晶须制备形成滤筒。与现有技术中的陶瓷滤筒相比，磷石膏滤筒的原料磷石膏晶须易得，通过待处理的工业污染物磷石膏制得，降低了生产成本，有效处理磷复肥生成过程中产生的工业污染物，废物利用，降低了环保压力。另外，上述磷石膏滤筒的制备工艺相对简单，无需高温烧结，降低了生产难度。

上述磷石膏滤筒制备方法中，纸浆作为粘接剂，同时还用于湿润上述粉末，便于滤筒坯的成型；滤筒坯制备后，磷石膏之间掺杂纸浆中的纤维，浆料，能够提高滤筒坯的强度；纤维也便于在磷石膏滤筒中形成空气通道。

上述磷石膏滤筒，滤筒的制备材料包括磷石膏晶须粉末，上述含有石膏晶须的粉末，滤筒坯在干燥过程中首先将纸浆中的水蒸发，产生大孔洞；继续干燥时，磷石膏脱水产生细小的孔洞，大小孔洞配合能够提高滤筒的过滤效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些具体实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1是本发明实施例2中一种磷石膏晶须的制备方法的工艺流程图。

图2是本发明实施例2中晶须改性的工艺流程图。

图3是本发明实施例1中磷石膏滤筒的制备工艺流程图。

图4是本发明实施例3中磷石膏滤筒的制备工艺流程图。

图5为本发明实施例1中两个环状板和两个环状板之间的绳索的立体结构示意图。

图6为本发明实施例1中滤筒支架的立体结构示意图。

其中：1上部的环状板；2下部的环状板；3绳索；4填料口；5内铁网；6外铁网。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

实施例1

本实施例提供一种上石膏晶须粉末的利用方式，即一种磷石膏滤筒的制备方法，在本实施例提供的磷石膏滤筒的制备方法中，具体步骤如下：

s101：获取含有石膏晶须的粉末；

s102：向所述含有石膏晶须的粉末添加纸浆，并搅拌均匀，获得混合料；

s103：通过模具将所述混合料制成滤筒状的滤筒坯；

s104：干燥所述滤筒坯，获得磷石膏滤筒。

其中，上述纸浆作为粘接剂，同时还用于湿润上述粉末，便于滤筒坯的成型；滤筒坯制备后，磷石膏之间掺杂纸浆中的纤维，浆料，能够提高滤筒坯的强度。本实施例中，在滤筒的制备材料中添加有通过上述磷石膏晶须的制备方法制备的粉末，上述含有石膏晶须的粉末，制造成本低，且在干燥过程中产生细小的孔洞，能够提高滤筒的过滤效果，便于过滤细小的灰尘等杂质。

需要说明的是，在本实施例中，上述滤筒坯制备完成后，需要在烘干箱内干燥上述滤筒坯，为了防止干燥过快导致滤筒坯开裂或孔洞过大，上述烘干箱内先通入热的水蒸汽，在干燥过程中逐渐降低空气中水蒸气的浓度。向保温箱内导入水蒸气，上述水蒸气的导入，首先能够加热滤筒坯，便于石膏晶须的继续生长，也能防止磷石膏吸水过多溶解于纸浆的水中；再则，上述水蒸气也能够提高湿度，减缓水蒸气的挥发过程，防止过大孔洞的出现。

具体的，上述磷石膏筒坯的制备过程中，需要用到呈环状的填充铁丝网，所述混合料粘附在填充铁丝网上，形成环状的滤筒坯。上述填充铁丝网的设置，能够提高磷石膏滤筒的强度。

具体的，本实施例还提供了滤筒坯的具体制备方法，上述滤筒坯的制备过程中还需滤筒支架，所述滤筒支架包括呈环筒状的内铁网5和呈环筒状的外铁网，所述内铁网5和所述外铁网的两端分别通过环状板连接，其中一个环状板上设置有填料口4；

在所述s103中，还包括以下步骤：

a：制备滤筒支架，将所述外铁网套在所述内铁网5上，所述内铁网5和所述内铁网5之间留有空腔；

b：通过两个所述环状板分别密封所述空腔两端的开口；

c：将滤泥通过填料口4填充入所述内铁网5、所述外铁网和两个环状板围成的空腔内。

通过上述内铁网5、外铁网和两个环状板形成筒状的滤筒支架，以起到限制滤筒坯的作用，上其中一个环状板上还设置有填料口4，用于向内铁网5和外铁网之间的环状空腔灌浇滤泥。

具体的，为了提高滤泥的透气性，在本实施例中，两个所述环状板之间还设置有多根绳索3，所述环状板上设置有通孔，所述绳索3的两端分别穿过两个环状板的通孔。在将滤泥填充至所述筒状空腔后，抽出所述绳索3，并将抽出绳索3所产生的绳孔封堵，在具体实施中，可通过橡胶泥封堵绳孔。上述绳索3分布在内铁网55和外铁网6之间的环状空腔内，形成作为空气流通通道的绳孔，在具体使用时，上述耐高温磷石膏滤筒的一端封堵，另一端进入待处理的废气，废气首先经过滤进入各绳索3形成的绳孔内，然后再经过滤排出耐高温磷石膏滤筒外部；上述绳孔的设置，能够起到布风的作用，使各位置初步过滤的废气进入绳孔内，然后在耐高温磷石膏滤筒高度方向上均匀分布并过滤至耐高温磷石膏滤筒外部。

实施例2

本实施例提供一种磷石膏晶须的制备方法，在本实施例中，需要用到的原料包括磷石膏、丙三醇和去离子水，上述磷石膏是在生产磷复肥时产生的一种工业副产石膏，磷石膏内还有残存的磷酸盐等盐类物质。在本实施例中，制备的磷石膏晶须粉末用于制造如实施例1所述的磷石膏滤筒。

如图1所示，磷石膏晶须通过以下步骤制备：

第一步：将去离子水、磷石膏和丙三醇放入反应罐内，通过搅拌棒搅拌均匀获得混合浆体；

第二步：将所述含有混合浆体的反应罐放入加热器内，在加热器内反应1.5h至2.5h；

第三步：过滤反应后的混合浆体，过滤所述混合浆体后得到滤泥；

第四步：在100℃至140℃环境中烘干所述滤泥，获得含有石膏晶须的粉末。

在本实施例中，上述磷石膏晶须的制备方法，通过生成磷复肥时产生的工业副产品磷石膏作为主要原料，将难以处理的磷石膏制备成磷石膏晶须，能够有效降低处理磷复肥生成过程中产生的垃圾，废物利用，降低环保压力；另外，上述磷石膏中掺杂有部分磷酸盐，磷酸根的存在使混合浆体中硫酸根和钙离子的浓度增加，对应过饱和度变化，有利于直径细小的晶须生长。

另外，本发明中，通过丙三醇作为溶剂之一以及晶型助长剂的一种，在第二步中，能够促进硫酸钙的析出，促进磷石膏晶须的生长；最后，在第三步中，丙三醇作为有机物，便于通过离心或清洗的方式去除。

具体的，在本实施例中，所述混合浆体还包括晶型助长剂，所述晶型助长剂包括氯化镁或无水乙醇。上述氯化镁能够使得使得晶核某些表面的表面能增大，在此表面上晶核吸收的晶体较多，使晶体沿着该表面单向生长，形成晶须。上述无水乙醇的存在，能够降低混合浆体的料浆浓度，便于搅拌；且添加有无水乙醇后的上述混合浆体，生成的磷石膏晶须更均匀细长。

具体的，为了提高磷石膏晶须的活化性能，在第二步和第三步之间，还包括有晶须改性工艺；如图2所示，所述晶须改性工艺包括以下步骤：

s1：向反应后的混合浆体添加改性剂，所述改性剂包括硬脂酸钠、硬脂酸、硬脂酸胺、硅烷偶联剂kh-550和钛酸酯偶联剂jn114；

s2：将温度调整至45℃至65℃，并通过超声波振荡器震荡添加有改性剂的混合浆体；

s3：保持改性时间15至25min后，进入所述第三步。

其中，所述改性剂的体积占混合浆体体积的4％；所述混合浆体的料浆浓度为13％；所述超声震荡功率为60w。通过上述改性工艺，改性后的硫酸钙晶须活化指数更高。

具体的，所述反应罐为聚四氟乙烯反应罐，在第一步中，通过玻璃棒搅拌所述混合浆体。

具体的，在第三步中，反应罐中的混合浆体通过以下方式过滤：高速离心机以5000r/min转速洗涤3次，5min/次。在本实施例中，上述混合浆体内包括丙三醇，在磷石膏晶须制备完成后，需要将丙三醇去除，在本实施例中，通过高速离心机去除并洗涤丙三醇。

具体的，本实施例还提供了混合浆体的其中一种配比方式，在本实施例中，所述蒸馏水和丙三醇的体积比为20-30:8-15；所述磷石膏和蒸馏水的重量比为2：20-30。

具体的，在本实施例中，所述加热器为烘箱，在第二步中，所述烘箱内温度为130℃至140℃。

具体的，所述磷石膏中含有生成磷复肥时残留的磷酸盐，在所述磷石膏中，硫酸钙与磷酸根的摩尔比大于100；所述磷石膏中还掺杂有铝盐。需要注意的是，在本实施例中，上述磷石膏中，是在生产磷复肥时的副产品，其中含有残留的磷酸盐。磷酸根的存在能提高硫酸钙的溶解度；且上述磷石膏中，当磷酸盐的摩尔占比大于≥1.0％时，且还含有铝离子时，由于磷酸盐和铝离子的存在，上述磷石膏中，溶液中硫酸根的摩尔量大于钙离子的摩尔量，能够抑制晶须变宽，使磷石膏晶须细长。

实施例3

本实施例提供磷石膏滤筒的另一种制备方法，在本发明提供的磷石膏滤筒的制备方法中，选用通过上述实施例2中磷石膏晶须的制备方法的中间产物滤泥，具体步骤如下：

s201：获取上述实施例2中磷石膏晶须的制备方法制备获得的滤泥；

s202：将所述滤泥制备成滤筒状的滤筒坯；

s203：干燥所述滤筒坯，获得磷石膏滤筒。

本实施例提供的上述磷石膏滤筒的制备方法，通过滤泥制备滤筒坯，滤泥有一定的湿度，且含有残存的丙三醇，工作人员可以通过模具方便的将滤泥制备成滤筒坯，然后通过干燥的方式获得磷石膏滤筒；上述干燥的过程中，滤筒坯中的水分蒸发形成孔洞，在滤筒中二水硫酸钙脱水过程中，也产生一定的水蒸气，便于磷石膏滤筒中细小孔洞的产生，且二水硫酸钙脱水的过程中石膏晶须生长，脱水的二水硫酸钙继续在原石膏晶须的基础上继续生长。而且，滤筒坯脱去掺杂的水分时，水蒸气产生速度快，生产的水蒸气较多，便于在磷石膏滤筒中产生较大的孔洞，在二水硫酸钙脱水过程中，水蒸气产生速度慢，但分布均匀，便于形成均匀分布的较小的孔洞。通过上述方式制备的磷石膏滤筒，无需制备出粉末状的磷石膏晶须，能够降低工作量；同时，磷石膏滤筒制备过程中，对材料的要求较低，当磷石膏中晶须转化量较小，或含有杂质时，对磷石膏滤筒的性能影响较小。

当然，以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内，理应受到本发明的保护。