利用石膏製備高純度亞穩態球霰石碳酸鈣的方法
2023-06-01 14:57:26
利用石膏製備高純度亞穩態球霰石碳酸鈣的方法
【專利摘要】本發明涉及利用石膏製備高純度亞穩態球霰石碳酸鈣的方法，其具體步驟為：(1)將硫酸銨溶液介入反應器中恆溫至反應溫度，向其中加入石膏，開啟攪拌製漿25～35min；(2)向反應器中加入碳酸銨溶液；(3)稱取佔石膏質量分數為0.1～5％的陰離子表面活性劑加入步驟(1)中的反應器中；(4)調節攪拌槳轉速，恆溫反應；(5)將步驟(4)中的產物以常規方式過濾，洗滌，乾燥，得到產品。本方法生產的球霰石型碳酸鈣，以石膏為原料，可以為解決工業固廢廢石膏的資源化利用問題提供技術支持，實現變廢為寶；球霰石碳酸鈣晶型純度高，製備工藝簡單，高濃度碳銨濃度反應提高了球霰石碳酸鈣的產率，可以大大減小球霰石碳酸鈣的生產成本。
【專利說明】利用石膏製備高純度亞穩態球霰石碳酸鈣的方法
【【技術領域】】
[0001]本發明涉及一種高純單一晶型球霰石型碳酸鈣【技術領域】，具體涉及一種利用石膏製備高純度亞穩態球霰石碳酸鈣的方法。
【【背景技術】】
[0002]我國每年需要排放大量廢石膏，如磷石膏、脫硫石膏、氟石膏等，且成逐年增長的趨勢，成為我國主要工業固廢之一。目前以堆砌為主，既汙染環境又佔用土地資源，如何實現廢石膏的資源化利用是亟需解決的問題。廢石膏主要成分為二水硫酸鈣，硫酸鈣與碳酸銨反應製備碳酸鈣和硫酸銨可以變廢為寶，有效利用硫資源。
[0003]碳酸鈣是一種傳統的無機鹽化工產品，可以人工調控色澤、粒徑、表面特性、分散度、流變性、觸變性以及晶型等，化學純度高，惰性強，熱穩定性好，具有吸油率低、硬度低、磨耗值小、無毒、無臭、無味，分散性好等優點，廣泛地應用於工農業領域，如橡膠、塑料、造紙、塗料、油漆、油墨、電纜、製藥、化肥、飼料、食品、製糖、紡織、玻璃、陶瓷、衛生用品、密封劑、膠粘劑、殺蟲劑和農藥載體以及煙道除硫、水處理等環保方面。 [0004]碳酸鈣常見的晶型有3種:方解石，文石，球霰石。方解石屬三斜晶系，自然界常見為菱面立方體，熱力學穩定性最強，文石屬正交晶系，通常呈針狀或柱狀，熱力學穩定性較差，球霰石是熱力學最不穩定的碳酸鈣的晶型，在溶液中非常容易轉變為穩定的方解石晶型。球霰石屬六方晶系，多呈現球狀。相比於其他兩種晶型，球霰石因其高表面積、高溶解性、高分散性、比重小等特點，有望在工農業領域有著更廣泛的應用。
[0005]中國公開專利CN101045544給出了一種以石膏為原料製備超細輕質碳酸鈣的方法，以石膏為原料加水製漿後與碳酸銨或碳酸氫銨反應同時加入氨水調節的方式製備碳酸鈣，該方法沒有對碳酸鈣的晶型進行純化說明；目前工業上合成球霰石碳酸鈣主要通過添加有機結晶調節劑來控制球霰石碳酸鈣的合成。CN1631792公開了一種單分散的微米短纖維狀球霰石碳酸鈣製備方法，在加有有機溶劑的水溶液中，低碳酸根濃度和鈣離子濃度條件下沉澱製備碳酸鈣，球霰石型碳酸鈣含量大於90%;CN102515236公開了一種球霰石相尺寸均一碳酸鈣微球的製備方法，以雙親水型超支化聚合物分子為模板，通過水溶性鈣鹽和碳酸鹽的沉澱反應來製得；日本專利H5-434011以胺基酸和胺基酸鹽作為添加劑，通過控制添加劑量和碳化時間限制以獲得純的球霰石；中國專利CN102583485給出了一種單分散球霰石型碳酸鈣微米球的製備方法，該方法使用低濃度可溶鈣鹽與碳酸鹽或碳酸氫鹽反應後向其中加入功能化超支化聚縮水甘油醚溶液得到粒徑均一晶型穩定具有工業應用價值的球霰石碳酸鈣；CN102249281給出了一種透鏡狀高純球霰石碳酸鈣的製備方法。該方法在加入了離子液體型表面活性劑的水環境中通過碳酸鈉與氯化鈣反應製得。
[0006]已報導的球霰石型碳酸鈣晶體的製備或需要添加有機溶劑，或需要製備工藝複雜的有機結晶劑，在製備的過程中還會引入有機溶劑。有機溶劑的引入，增加了求霰石碳酸鈣的合成成本；有機結晶劑的複雜合成工藝，增大了實驗的難度，同時有毒有機物質的引入也給環境帶來了汙染。因此採用簡單高效的實驗方法和溫和的條件合成具有工業價值的球霰石型碳酸鈣具有重要的實際意義。
【
【發明內容】
】
[0007]本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種利用石膏製備高純度亞穩態球霰石碳酸鈣的方法。
[0008]本發明的目的是通過以下技術方案來實現的:
[0009]一種利用石膏製備高純度亞穩態球霰石碳酸鈣的方法，碳酸鈣晶型為單一晶型的亞穩態球霰石，碳酸鈣產品的純度較高，最高可以達到99.9%，該方法按如下步驟進行:其具體步驟為:
[0010](I)將硫酸銨溶液介入反應器中恆溫至反應溫度，向其中加入石膏，開啟攪拌製漿25 ~35min ；
[0011]所述的硫酸銨溶液濃度範圍為1.0~3.5mol/l，反應溫度為25~65°C。
[0012](2)向反應器中加入碳酸銨溶液；
[0013]所述的碳酸銨溶液摩爾濃度和步驟(1)中的硫酸銨濃度相等，且碳酸銨的摩爾量和步驟(1)中石膏的物料比為1.05~1.2: I ；
[0014](3)稱取佔石膏質量分數為0.1~5%的陰離子表面活性劑加入步驟⑴中的反應器中；
[0015]所述陰離子表面活性劑為:硬脂酸鈉，油酸鈉，十二烷基苯磺酸鈉，正矽酸乙酯中的任意一種，表面活性劑質量不超過石膏總重的5%。
[0016](4)調節攪拌槳轉速，恆溫反應；
[0017]所述攪拌轉速為:0.4~1.5m.s_S反應時間為1.5~2.5h ;
[0018](5)將步驟(4)中的產物以常規方式過濾，洗滌，乾燥，得到產品。
[0019]所述乾燥溫度為30~80°C。
[0020]與現有技術相比，本發明的積極效果是:
[0021](I)以非可溶性鈣鹽為原料，突破可溶鈣鹽製備球霰石碳酸鈣的極限，有效解決了國內石膏低品質利用的問題；
[0022](2)本發明在常溫常壓下即可製備高質量易於控制的球霰石型碳酸鈣，工藝簡單，成本低廉，易於工業化生產；
[0023](3)本研究生產的球霰石型碳酸鈣，以石膏為原料，可以為解決工業固廢廢石膏的資源化利用問題提供技術支持，實現變廢為寶；本方法製備的球霰石碳酸鈣晶型純度高，製備工藝簡單，高濃度碳銨濃度反應提高了求霰石碳酸鈣的產率，可以大大減小球霰石碳酸鈣的生產成本。
【【專利附圖】
【附圖說明】】
[0024]圖1為本發明的工藝流程圖；
[0025]圖2為本發明中亞穩態球霰石的XRD圖；
[0026]圖3為本發明的中亞穩態球霰石的SEM圖
【【具體實施方式】】[0027]以下提供本發明利用石膏製備高純度亞穩態球霰石碳酸鈣的方法的【具體實施方式】。
[0028]實施例1:
[0029]請參見附圖1-3，向反應器中加入3mol/l的硫酸銨溶液，恆溫至25°C，向反應器中加入石膏，開啟攪拌速度為1.0m.s—1，製漿半小時；向漿料中加入3mol/l的碳酸銨溶液，所加碳酸銨和石膏的物料比為1.1 ;向眾料中加入石膏質量2.5%的硬脂酸鈉,恆溫反應2h。反應結束後，抽濾，濾餅用去離子水洗滌5次，在80°C烘箱內乾燥12h。
[0030]實施例2:
[0031]向反應器中加入2mol/l的硫酸銨溶液，恆溫至45°C，向反應器中加入石膏，開啟攪拌速度為0.7m.s—1，製漿半小時；向漿料中加入2mol/l的碳酸銨溶液，所加碳酸銨和石膏的物料比為1.05 ;恆溫反應2h。反應結束後，抽濾，濾餅用去離子水洗滌5次，在80°C烘箱內乾燥12h。
[0032]實施例3:
[0033]向反應器中加入2mol/l的硫酸銨溶液,恆溫至55°C,向反應器中加入石膏，開啟攪拌速度為1.0m.s—1，製漿半小時；向漿料中加入2mol/l的碳酸銨溶液，所加碳酸銨和石膏的物料比為1.1 ;向漿料中加入石膏質量3%的正矽酸已酯，恆溫反應2h。反應結束後，抽濾，濾餅用去離子水洗滌5次，在80°C烘箱內乾燥12h。
[0034]實施例4:
[0035]向反應器中加入3.5mol/l的硫酸銨溶液，恆溫至25°C，向反應器中加入石膏，開啟攪拌速度為1.8m.s—1，製漿半小時；向漿料中加入3.5mol/l的碳酸銨溶液，所加碳酸銨和石骨的物料比為1.2 ;向眾料中加入石骨質量2%的油酸納,恆溫反應2h。反應結束後，抽濾，濾餅用去離子水洗滌5次，在80°C烘箱內乾燥12h。
[0036]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本【技術領域】的普通技術人員，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種利用石膏製備高純度亞穩態球霰石碳酸鈣的方法，其特徵在於，其具體步驟為: (1)將硫酸銨溶液介入反應器中恆溫至反應溫度，向其中加入石膏，開啟攪拌製漿25 ~35min ； (2)向反應器中加入碳酸銨溶液； (3)稱取佔石膏質量分數為0.1~5%的陰離子表面活性劑加入步驟(1)中的反應器中； (4)調節攪拌槳轉速，恆溫反應； (5)將步驟(4)中的產物以常規方式過濾，洗滌，乾燥，得到產品。
2.如權利要求1所述的一種利用石膏製備高純度亞穩態球霰石碳酸鈣的方法，其特徵在於，在所述的步驟(1)中，所述的硫酸銨溶液濃度為1.0~3.5mol/l，反應溫度為25~65℃
3.如權利要求1所述的一種利用石膏製備高純度亞穩態球霰石碳酸鈣的方法，其特徵在於，在所述的步驟(2)中，所述的碳酸銨溶液摩爾濃度和步驟(1)中的硫酸銨濃度相等，且碳酸銨的摩爾量和步驟(1)中石膏的物料比為1.05~1.2: 1。
4.如權利要求1所述的一種利用石膏製備高純度亞穩態球霰石碳酸鈣的方法，其特徵在於，在所述的步驟(3)中，所述陰離子表面活性劑為:硬脂酸鈉，油酸鈉，十二烷基苯磺酸鈉，正矽酸乙酯中的任意一種。
5.如權利要求1所述的一種利用石膏製備高純度亞穩態球霰石碳酸鈣的方法，其特徵在於，在所述的步驟⑷中，所述攪拌轉速為:0.4~1.5m.s_S反應時間為1.5~2.5h。
6.如權利要求1所述的一種利用石膏製備高純度亞穩態球霰石碳酸鈣的方法，其特徵在於，在所述的步驟(5)中，所述乾燥溫度為30~80°C。
7.如權利要求1所述的一種利用石膏製備高純度亞穩態球霰石碳酸鈣的方法製備的碳酸鈣，其特徵在於，碳酸鈣晶型為單一晶型的亞穩態球霰石。
8.如權利要求1所述的一種利用石膏製備高純度亞穩態球霰石碳酸鈣的方法製備的碳酸鈣，其特徵在於，碳酸鈣產品的純度為99.9 %。
【文檔編號】C01F11/18GK103922378SQ201410161345
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月22日 優先權日:2014年4月22日
【發明者】宋興福, 於建國, 許妍霞, 趙精彩, 孫玉柱, 孫澤, 孫淑英 申請人:華東理工大學