一種柱狀半水石膏的製備及濾液處理方法與流程
2023-05-07 09:59:56 2
本發明涉及石膏，特別涉及可以用作建築、塑料、橡膠、塗料中的半水石膏的製備。
背景技術：
石膏是硫酸鹽礦物，其化學分子式為CaSO4·2H2O。石膏可以脫水形成硬石膏，在自然界中他們都呈一種亞穩定狀態，在一定條件下可互相轉化。天然石膏主要價值是它在不同溫度條件下加熱,其煅燒產物具有不同的特徵。如將天然石膏加熱到65～70℃時開始脫水,變成半水石膏；加熱到200℃以內逐漸脫水,半水石膏部分變為無水石膏,但與水接觸很快凝結變為二水石膏；加熱到200～300℃,主要成為無水石膏,凝結變慢,但強度增大；加熱到300～450℃時的產物為無水石膏,凝結變快,但強度較低；加熱到400～700℃之間,化學成分不變,成為一種新變種——「燒死」石膏,其極難溶於水,加水後也不凝結；繼續加熱到800℃時,無水石膏變得凝結緩慢和硬化；加熱到800～1000℃時,生成游離石灰,獲得正常的極有價值的普通煅燒石膏；半水石膏主要作石膏的預製品,如石膏板、牆體構件、隔熱筒瓦、建築裝飾品等。石膏建築製品具有防火、隔熱、吸音、收縮率小和可釘、可鋸、可粘結及體重輕、抗震性能好等特點[石膏的特徵及用途[J].山東國土資源，2005，21B：46]。磷石膏是溼法磷酸生產過程中排放的工業廢渣，由於生產流程的不同而會含有二水石膏(CaSO4·2H2O)和半水石膏(CaSO4·0.5H2O)以二水石膏為主要成份。此外還含有少量未分解的磷礦粉、游離磷酸、磷酸鐵、磷酸鋁和氟矽酸鹽等雜質；全世界磷石膏的年排放量接近2億噸，我國磷石膏的年排放量也超過1000萬噸。這不僅佔用大量土地,而且嚴重地汙染了環境[席美雲.磷石膏的綜合利用[J].環境科學與技術，2001，(3)：10～13]。何花在利用磷石膏時，對其進行水洗預處理，以除去渣中的雜質，避免雜質對石膏形貌的影響[何花.磷石膏基醇-水熱法製備大長徑比改性硫酸鈣晶須研究[J].西南科技大學，2014:17]。用水對磷石膏進行處理，產生的廢水將汙染環境。孫紅娟等人將獲得的磷石膏粉與稀酸混合，獲得含鈣和硫酸根離子及不溶物的酸性混合液，過濾，得到酸性濾液，將獲得的酸性濾液晶化結晶，獲得硫酸鈣晶須[孫紅娟，梁亞琴，彭同江，等.一種用磷石膏製備硫酸鈣晶須的方法[P]，中國，201510007196.1]。該工藝用酸(硝酸或鹽酸)對磷石膏中的有用物質進行提取，酸將腐蝕設備，容易揮發，對環境造成汙染。綜上所述，利用現有技術所製備的柱狀石膏(硫酸鈣晶須)，將產生環境汙染，工藝複雜，不能適應社會的需要。
技術實現要素：
本發明的目的是針對已有技術方案的不足，提供一種低成本、高效率的半水石膏的製備方法，不但使製得的半水石膏為柱狀，而且能解決其生產過程中對環境的汙染問題。本發明的技術方案是：一種柱狀半水石膏的製備方法，其特徵在於，依次包括下述步驟：A、磷石膏預處理：將磷石膏裝入陶瓷球磨機中，加入雜質穩定劑，加入水，進行球磨2h；其中雜質穩定劑為石灰、石灰石、電石渣中的一種，加入量為磷石膏質量的1～10％；水的加入量為磷石膏質量的500-1000％；B、柱狀半水石膏的製備：在步驟A得到的預處理石膏倒入帶冷凝回流裝置的燒瓶中，加入雜質難溶劑，形狀調節劑，混合均勻後，用油浴進行加熱反應，反應溫度為90-120℃；反應時間為1～3小時；反應結束後、冷卻、過濾、將固體烘乾，得到柱狀半水石膏；其中雜質難容劑為甘油、三羥甲基丙烷、三乙二醇中的一種，加入量為磷石膏質量500～1000％；形狀調節劑為溴化十六烷基三甲銨、丁二酸、十二烷基磺酸鈉中的一種，加入量為磷石膏質量1～10％；C、濾液處理：濾液中加入絮凝劑，對濾液中的雜質進行沉澱，過濾後的濾液可循環利用，沉澱物可用於製備磷酸；其中絮凝劑為澱粉、明膠、羥甲基纖維素中的一種，加入量為溶液質量的1％。本發明用雜質穩定劑與雜質進行反應生成難容的物質(磷酸鈣、氟化鈣)對雜質進行穩定，避免雜質元素在溶液中溶解，避免雜質對半水石膏形貌的影響；用雜質難容溶劑為溶液，進一步避免雜質溶解，對石膏形貌產生影響；通過加入形貌調控劑，控制石膏的形貌生長，從而實現半水石膏形貌可控，得到柱狀的半水石膏。由於在濾液中加入了絮凝劑，能對濾液中的雜質進行快速沉澱，以便於除去，避免雜質在體系中循環影響產品質量。本方法用磷化工產生的廢渣製備半水石膏，對其形貌進行調控，得到柱狀半水石膏，該石膏具有強度高的特點，作為塑料、橡膠、塗料的填料，可提高其強度；作為石膏板材，也可得到較高的強度。本方法具有工藝簡單，成本低的特點，適合工業化生產。具體實施方式以下結合具體實施例對本發明作進一步詳細說明。表1列出了編號為1～13的13個實施例第一步工藝：根據表1不同的實施例確定石灰、石灰石、電石渣、水的加入量，對磷石膏進行預處理。表1：磷石膏預處理(單位：g)B、柱狀半水石膏的製備在步驟A得到的預處理石膏倒入帶冷凝回流裝置的燒瓶中，加入雜質難溶劑，形狀調節劑，混合均勻後，加熱反應，反應結束後、冷卻、過濾、將固體烘乾，得到半水石膏；確定雜質難溶劑、形狀調節劑的種類和加入量，確定反應溫度和時間。表2：柱狀半水石膏的製備(單位：g)(3)濾液的處理在步驟B得到的濾液中，加入絮凝劑，對濾液中的雜質進行沉澱，過濾後的濾液可循環利用，沉澱物可用於製備磷酸；其中絮凝劑為澱粉、明膠、羥甲基纖維素中的一種，加入量為溶液質量的1％。實施例1～4，絮凝劑為澱粉；實施例5～9絮凝劑為明膠；實施例10～13絮凝劑為羥甲基纖維素，均能將雜質進行除去。本專利實施例1～13均可實施，並能達到發明目的，得到結晶較好的柱狀半水石膏。濾液經本發明方法處理後能循環利用。