一种由工业副产石膏二次水热制备高长径比硫酸钙晶须的方法

1.本发明涉及一种硫酸钙晶须的制备工艺，特别涉及一种以工业副产石膏为原料，采用二次水热无酸工艺制备高长径比硫酸钙晶须。


背景技术：

2.工业副产石膏是在工业产品生产中由化学反应生成的以硫酸钙为主要成分的副产品，主含量在80％以上，其中占主要地位的是磷石膏，其次为脱硫石膏和氟石膏，还有少量的钛石膏、盐石膏、柠檬酸石膏等。工业副产石膏在生产过程中含有多种杂质，须经过一定处理后才能得到较好的利用。
3.采用工业副产石膏制备硫酸钙晶须，既有利于减少工业副产石膏的堆存，促进相关企业的发展，又有利于对天然石膏资源的保护。硫酸钙晶须在工业上可广泛应用于造纸、复合材料增强、摩擦材料、环境工程、沥青改性等方面。
4.采用工业副产石膏制备半水硫酸钙晶须，对固废资源化利用具有重要意义，但生产过程中使用硫酸或转晶剂等易造成环境污染，增加了废水处理成本。


技术实现要素：

5.为解决上述问题，本发明旨在提供一种由工业副产石膏二次水热制备高长径比硫酸钙晶须的方法，所得硫酸钙晶须具有高长径比，且制备简单，无需化学添加剂，绿色环保。
6.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
7.一种由工业副产石膏二次水热制备高长径比硫酸钙晶须的方法，具体步骤如下：
8.1)将工业副产石膏研磨筛分后，与水配置成浆液a，放入水热合成釜中，然后置于均相反应器中进行水热反应得到硫酸钙晶须；
9.2)将步骤1)所得产物于重力分级器中分离除杂；
10.3)将步骤2)除杂后的硫酸钙晶须与水配置成浆液b，放入水热合成釜中，然后置于均相反应器中进行二次水热反应，得到高长径比硫酸钙晶须。
11.按上述方案，步骤1)所述工业副产石膏是在工业产品生产中由化学反应生成的以硫酸钙为主要成分的副产品，主含量在80％以上。
12.按上述方案，步骤1)所述工业副产石膏为磷石膏、脱硫石膏、氟石膏、钛石膏、盐石膏或柠檬酸石膏。
13.按上述方案，步骤1)所述浆液a的固含量为3％～7％。
14.按上述方案，步骤1)所述水热反应温度为120～150℃，反应时间为4～6h，均相反应器转速为20～40rpm。
15.按上述方案，步骤2)所述重力分级器中液体为饱和硫酸钙溶液，液体流速为3.50
×
10-4
～8.71
×
10-3
m/s。
16.按上述方案，步骤3)所述浆液b的固含量为3％～7％。
17.按上述方案，步骤3)所述二次水热反应温度120～150℃，反应时间4～6h，均相反应器转速20～40rpm。
18.按上述方案，步骤3)所得高长径比硫酸钙晶须的直径为5～9μm，长径比为100～170。
19.本发明的有益效果在于：
20.1.本发明提供一种制备高长径比硫酸钙晶须的方法，以工业副产石膏为原料，通过一次水热-重力分级-二次水热制备得到高长径比的硫酸钙晶须；其中一次水热过程中，二水硫酸钙失去部分结晶水转化为半水硫酸钙，提高了一次水热产物溶解活性，有利于后续水热转化；重力分级过程有效去除工业副产石膏中难溶固体杂质，降低杂质对晶须形貌的影响；以除杂后一次水热晶须为原料进行二次水热，促进了二次水热过程中溶液过饱和度的提高，加速溶液中溶解结晶过程，制得硫酸钙晶须形貌均匀，分散性好，有较高长径比。
21.2.与现有硫酸钙晶须的制备方法相比，本发明方法只需以水为溶剂，操作简单，无化学添加剂，绿色环保。
附图说明
22.构成本发明的一部分附图用于对本发明的进一步说明，但本发明的保护范围并不局限于以下所述内容。
23.图1为本发明实施例中脱硫石膏二次水热制备硫酸钙晶须的工艺流程图。
24.图2为本发明实施例中重力分级器示意图。
25.图3为本发明实施例1制备的硫酸钙晶须的显微镜图。
具体实施方式
26.为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
27.实施例1：
28.由脱硫石膏二次水热制备高长径比硫酸钙晶须的方法实施步骤如下：
29.1)将脱硫石膏原料进行研磨筛分，脱硫石膏组成如表1所示，与水配置成固含量5wt％的浆液，放入水热合成釜中，于均相反应器中进行120℃水热反应4h，均相反应器转速为35rpm。
30.2)将一次水热产物于重力分级器中分离除杂。其中重力分级器中液体为饱和硫酸钙溶液，液体流速为3.90
×
10-4
m/s，晶须回收率90.00％，杂质去除率79.67％。
31.3)将除杂后晶须与水配置成固含量3wt％浆液，放入水热合成釜中，于均相反应器中120℃水热反应4h，均相反应器转速为35rpm。将二次水热反应后产品进行过滤、干燥，制得硫酸钙晶须直径为7.4μm，长径比为164。
32.实施例2：
33.由脱硫石膏二次水热制备高长径比硫酸钙晶须的方法实施步骤如下：
34.1)将脱硫石膏原料进行研磨筛分，脱硫石膏组成如表1所示，与水配置成固含量3wt％的浆液，放入水热合成釜中，于均相反应器中进行120℃水热反应4h，均相反应器转速为35rpm。
35.2)将一次水热产物于重力分级器中分离除杂。其中重力分级器中液体为饱和硫酸钙溶液，液体流速为5.60
×
10-4
m/s，晶须回收率86.03％，杂质去除率83.53％。
36.3)将除杂后晶须与水配置成固含量3wt％浆液，放入水热合成釜中，于均相反应器中120℃水热反应4h，均相反应器转速为35rpm。将二次水热反应后产品进行过滤、干燥，制得硫酸钙晶须直径为7.1μm，长径比为170。
37.实施例3：
38.由脱硫石膏二次水热制备高长径比硫酸钙晶须的方法实施步骤如下：
39.1)将脱硫石膏原料进行研磨筛分，脱硫石膏组成如表1所示，与水配置成固含量4wt％的浆液，放入水热合成釜中，于均相反应器中进行135℃水热反应5h，均相反应器转速为40rpm。
40.2)将一次水热产物于重力分级器中分离除杂。其中重力分级器中液体为饱和硫酸钙溶液，液体流速为4.50
×
10-4
m/s，晶须回收率91.00％，杂质去除率78.50％。
41.3)将除杂后晶须与水配置成固含量4wt％浆液，放入水热合成釜中，于均相反应器中135℃水热反应5h，均相反应器转速为40rpm。将二次水热反应后产品进行过滤、干燥，制得硫酸钙晶须直径为9.0μm，长径比为156。
42.表1脱硫石膏原料x-射线荧光光谱分析组成
[0043][0044]
实施例4：
[0045]
由磷石膏二次水热制备高长径比硫酸钙晶须的方法实施步骤如下：
[0046]
1)将磷石膏原料进行研磨筛分，磷石膏组成如表2所示，与水配置成固含量5wt％的浆液，放入水热合成釜中，于均相反应器中进行150℃水热反应6h，均相反应器转速为35rpm。
[0047]
2)将一次水热产物于重力分级器中分离除杂。其中重力分级器中液体为饱和硫酸钙溶液，液体流速为7.40
×
10-4
m/s，晶须回收率83.77％，杂质去除率87.10％。
[0048]
3)将除杂后晶须与水配置成固含量5wt％浆液，放入水热合成釜中，于均相反应器中150℃水热反应6h，均相反应器转速为35rpm。将二次水热反应后产品进行过滤、干燥，制得硫酸钙晶须直径为8.9μm，长径比为148。
[0049]
实施例5：
[0050]
由磷石膏二次水热制备高长径比硫酸钙晶须的方法实施步骤如下：
[0051]
1)将磷石膏原料进行研磨筛分，磷石膏组成如表2所示，与水配置成固含量5wt％的浆液，放入水热合成釜中，于均相反应器中进行135℃水热反应4h，均相反应器转速为20rpm。
[0052]
2)将一次水热产物于重力分级器中分离除杂。其中重力分级器中液体为饱和硫酸钙溶液，液体流速为1.72
×
10-3
m/s，晶须回收率76.55％，杂质去除率96.85％。
[0053]
3)将除杂后晶须与水配置成固含量5wt％浆液，放入水热合成釜中，于均相反应器中135℃水热反应4h，均相反应器转速为20rpm。将二次水热反应后产品进行过滤、干燥，制得硫酸钙晶须直径为7.6μm，长径比为159。
[0054]
表2磷石膏原料x-射线荧光光谱分析组成
[0055][0056]
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种由工业副产石膏二次水热制备高长径比硫酸钙晶须的方法，其特征在于，具体步骤如下：1)将工业副产石膏研磨筛分后，与水配置成浆液a，放入水热合成釜中，然后置于均相反应器中进行水热反应得到硫酸钙晶须；2)将步骤1)所得产物于重力分级器中分离除杂；3)将步骤2)除杂后的硫酸钙晶须与水配置成浆液b，放入水热合成釜中，然后置于均相反应器中进行二次水热反应，得到高长径比硫酸钙晶须。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)所述浆液a的固含量为3％～7％。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)所述水热反应温度为120～150℃，反应时间为4～6h，均相反应器转速为20～40rpm。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)所述重力分级器中液体为饱和硫酸钙溶液，液体流速为3.50
×
10-4
～8.71
×
10-3
m/s。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)所述浆液b的固含量为3％～7％。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)所述二次水热反应温度120～150℃，反应时间4～6h，均相反应器转速20～40rpm。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)所得高长径比硫酸钙晶须的直径为5～9μm，长径比为100～170。

技术总结
本发明公开了一种由工业副产石膏二次水热制备高长径比硫酸钙晶须的方法。首先对工业副产石膏进行研磨筛分，采用一次水热-重力分级-二次水热的无酸工艺制备得到了高长径比硫酸钙晶须。该方法制得的硫酸钙晶须形貌均匀、分散性好，有较高长径比。本发明在不使用其他化学添加剂的前提下，实现了工业副产石膏的除杂，并制备了高长径比的硫酸钙晶须，操作简单，绿色环保。绿色环保。


技术研发人员：吕仁亮 朱淼 严超 朱君燕 彭秋桂 徐彩丽 李萍
受保护的技术使用者：武汉工程大学
技术研发日：2023.04.27
技术公布日：2023/8/21