一种磷石膏高温高压法制备硫酸钙晶须的方法与流程

1.本发明涉及废弃物资源化利用技术领域，特别涉及一种磷石膏高温高压法制备硫酸钙晶须的方法。


背景技术：

2.磷石膏是硫酸分解磷矿石制备磷酸所产生的一种工业固体废弃物。据不完全统计，全球磷石膏累积堆存量已高达56亿t，且以每年2亿～3亿t的速度增加。我国磷石膏年产量约7500万t，累计堆存量已超过6亿t。磷石膏的大量堆存，不仅侵占土地资源，而且造成大气、土壤和水资源的污染，已产生了严重的环境危害。目前，磷石膏主要应用于制备农业肥料、建筑材料和硫酸钙晶须等方面。然而，只有约15％的少量磷石膏被回收，由于对磷石膏利用所涉及的技术和工艺发展仍不完善。所以，目前对磷石膏的处理主要以堆存为主。因此，为保证磷化工企业的健康发展，探索一条经济可行的磷石膏资源化利用的新途径，是磷化工企业亟待解决的技术难题。
3.我国硅藻土资源丰富，储量居全球第二。硅藻土属于生物成因沉积岩，由于其生物成因，硅藻土具有发育较好的微孔结构，其具有质轻，保温性能优良，可塑性强等特性，因而在轻质保温墙体材料中被广泛使用。研究表明，硅藻土也是制备高性能水泥的活性掺合料，其作用机理为：硅藻土中的活性sio2可以与水泥水化产物ca(oh)2反应，生成大量的絮状水化硅酸钙凝胶(c
‑
s
‑
h)，使水泥—硅藻土混合材料体系更加均匀密实，提高其浆体的力学性能。
4.硫酸钙晶须是无水硫酸钙的纤维状单晶体，又称石膏晶须，是一种针状白色纤维。硫酸钙晶须具有高强度、抗化学腐蚀、耐高温、韧性好、和橡胶等聚合物的亲和力强等优点，可广泛应用于橡胶、塑料、摩擦材料、涂料、油漆、造纸、催化、导电粉等新型材料领域。但目前国内外的生产方法不仅生产成本高、程序复杂，而且污染重，发展前景令人担忧。因此，利用工业废渣磷石膏制备石膏晶须，研究石膏晶须的廉价且简易的制备方法不仅可以保护环境，更能极大地发展社会经济。


技术实现要素：

5.为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提出了一种磷石膏高温高压法制备硫酸钙晶须的方法。
6.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
7.一种磷石膏高温高压法制备硫酸钙晶须的方法，包括以下步骤：
8.s1：对原料磷石膏和硅藻土进行预处理；
9.s2：称取一定量的原料，搅拌一段时间t1并混合均匀，得到复合体系a；
10.s3：复合体系a加入水，搅拌一段时间t2，得到塑状复合体系b；
11.s4：将塑状复合体系b填充进小型聚四氟乙烯帽中，后用大型聚四氟乙烯帽套接密封，得到样品c；
12.s5：将样品c放入反应釜中高温高压反应一段时间t3，卸压取样，干燥，得到硫酸钙晶须。
13.可选的，步骤s1中，原料预处理的方法为：将磷石膏在(45
±
3)℃烘箱内干燥至恒重后过80目筛；将块状硅藻土破碎磨粉后过200目筛。
14.可选的，步骤s2中，磷石膏的加入量为复合体系a的质量的85％～95％，硅藻土的加入量为复合体系a的质量的5％～15％。
15.可选的，步骤s2中，搅拌时间t1为30～60min。
16.可选的，步骤s3中，塑状复合体系b的固液比为10∶1。
17.可选的，步骤s3中，搅拌时间t2为5～10min。
18.可选的，步骤s4中，小型聚四氟乙烯帽尺寸为：内径10mm，外径12mm，高度12mm；大型聚四氟乙烯帽尺寸为：内径12mm，外径14mm，高度12mm。
19.可选的，步骤s5中，反应的条件为：反应温度为200℃～300℃，反应压力为200mpa～300mpa，反应时间t3为24h。
20.可选的，步骤s5中，干燥时的干燥温度为60～80℃。
21.与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)本发明先将磷石膏、硅藻土预处理，再加入一定量的去离子水，最后，通过高温高压法制得硫酸钙晶须，制得的硫酸钙晶须分布均匀，平均长度在20～30μm之间，平均长径比在3～10之间，为磷石膏的综合利用及磷石膏晶须的进一步工业化发展提供新思路，有效解决了磷石膏环境污染问题，极大改善了生态环境，对社会具有极大地经济、环境效益；(2)本发明以磷石膏、硅藻土为实验原料，来制备磷石膏晶须，在整个实验过程中未掺加任何化学类助晶剂，使整个实验流程绿色环保，清洁无污染；(3)本发明实验原料所用的硅藻土，我国储量丰富，且磷石膏属工业废弃物，使得硫酸钙晶须的制备成本大大降低，企业可以获取低成本的原料来生产高效益的硫酸钙晶须。
附图说明
22.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
23.图1为本发明磷石膏高温高压法制备硫酸钙晶须的工艺流程图；
24.图2为本发明实施例2制备的硫酸钙晶须的sem图片。
具体实施方式
25.下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
26.实施例一
27.结合图1所示，本实施例的磷石膏高温高压法制备硫酸钙晶须的方法，具体包括以下步骤：
28.s1：对原料磷石膏和硅藻土进行预处理；
29.s2：称取预处理过的粉状磷石膏4.5g，硅藻土粉末0.5g，置于玛瑙研钵中，搅拌30min,使其充分混合均匀，配成质量为5g的复合体系a；
30.s3：量取0.5m l的去离子水倒入到步骤s2中的复合体系a中，搅拌5min，搅拌结束后，得到塑状复合体系b；
31.s4：将塑状复合体系b填充进小型聚四氟乙烯帽(内径10mm，外径12mm，高度12mm)，后用大型聚四氟乙烯帽(内径12mm，外径14mm，高度12mm)套接密封，得到样品c；
32.s5：样品c放入高温高压反应釜，在温度300℃、压力300mpa的条件下恒温恒压24h，待实验结束后，卸压取样，将所压样品在60℃的干燥箱中烘干，得到硫酸钙晶须，所得的硫酸钙晶须的平均长度为21.51μm，平均长径比为6.83。
33.实施例二
34.结合图1所示，本实施例的磷石膏高温高压法制备硫酸钙晶须的方法，具体包括以下步骤：
35.s1：对原料磷石膏和硅藻土进行预处理；
36.s2：称取预处理过的粉状磷石膏4.5g，硅藻土粉末0.5g，置于玛瑙研钵中，搅拌30min，使其充分混合均匀，配成质量为5g的复合体系a；
37.s3：量取0.5m l的去离子水倒入到步骤s2中的复合体系a中，搅拌5min，搅拌结束后，得到塑状复合体系b；
38.s4：将塑状复合体系b填充进小型聚四氟乙烯帽(内径10mm，外径12mm，高度12mm)，后用大型聚四氟乙烯帽(内径12mm，外径14mm，高度12mm)套接密封，得到样品c；
39.s5：样品c放入高温高压反应釜，在温度200℃、压力200mpa的条件下恒温恒压24h，待实验结束后，卸压取样，将所压样品在60℃的干燥箱中烘干，得到硫酸钙晶须，所得的硫酸钙晶须的平均长度为20.54μm，平均长径比为5.29，其实验成品的sem图片如图2所示。
40.实施例三
41.结合图1所示，本实施例的磷石膏高温高压法制备硫酸钙晶须的方法，具体包括以下步骤：
42.s1：对原料磷石膏和硅藻土进行预处理；
43.s2：称取预处理过的粉状磷石膏4.75g，硅藻土粉末0.25g，置于玛瑙研钵中，搅拌30min，使其充分混合均匀，配成质量为5g的复合体系a；
44.s3：量取0.5m l的去离子水倒入到步骤s2中的复合体系a中，搅拌5min，搅拌结束后，得到塑状复合体系b；
45.s4：将塑状复合体系b填充进小型聚四氟乙烯帽(内径10mm，外径12mm，高度12mm)，后用大型聚四氟乙烯帽(内径12mm，外径14mm，高度12mm)套接密封，得到样品c；
46.s5：样品c放入高温高压反应釜，在温度200℃、压力200mpa的条件下恒温恒压24h，待实验结束后，卸压取样，将所压样品在60℃的干燥箱中烘干，得到硫酸钙晶须，所得的硫酸钙晶须的平均长度为18.54μm，平均长径比为3.48。
47.实施例四
48.结合图1所示，本实施例的磷石膏高温高压法制备硫酸钙晶须的方法，具体包括以下步骤：
49.s1：对原料磷石膏和硅藻土进行预处理；
50.s2：称取预处理过的粉状磷石膏4.25g，硅藻土粉末0.75g，置于玛瑙研钵中，搅拌30min，使其充分混合均匀，配成质量为5g的复合体系a；
51.s3：量取0.5m l的去离子水倒入到步骤s2中的复合体系a中，搅拌5min，搅拌结束后，得到塑状复合体系b；
52.s4：将塑状复合体系b填充进小型聚四氟乙烯帽(内径10mm，外径12mm，高度12mm)，后用大型聚四氟乙烯帽(内径12mm，外径14mm，高度12mm)套接密封，得到样品c；
53.s5：样品c放入高温高压反应釜，在温度200℃、压力200mpa的条件下恒温恒压24h，待实验结束后，卸压取样，将所压样品在60℃的干燥箱中烘干，得到硫酸钙晶须，所得的硫酸钙晶须的平均长度为20.84μm，平均长径比为4.35。
54.实施例五
55.结合图1所示，本实施例的磷石膏高温高压法制备硫酸钙晶须的方法，具体包括以下步骤：
56.s1：对原料磷石膏和硅藻土进行预处理；
57.s2：称取预处理过的粉状磷石膏4.5g，硅藻土粉末0.5g，置于玛瑙研钵中，搅拌45min，使其充分混合均匀，配成质量为5g的复合体系a；
58.s3：量取0.5m l的去离子水倒入到步骤s2中的复合体系a中，搅拌7.5min，搅拌结束后，得到塑状复合体系b；
59.s4：将塑状复合体系b填充进小型聚四氟乙烯帽(内径10mm，外径12mm，高度12mm)，后用大型聚四氟乙烯帽(内径12mm，外径14mm，高度12mm)套接密封，得到样品c；
60.s5：样品c放入高温高压反应釜，在温度250℃、压力250mpa的条件下恒温恒压24h，待实验结束后，卸压取样，将所压样品在70℃的干燥箱中烘干，得到硫酸钙晶须，所得的硫酸钙晶须的平均长度为20.09μm，平均长径比为4.96。
61.实施例六
62.结合图1所示，本实施例的磷石膏高温高压法制备硫酸钙晶须的方法，具体包括以下步骤：
63.s1：对原料磷石膏和硅藻土进行预处理；
64.s2：称取预处理过的粉状磷石膏4.75g，硅藻土粉末0.25g，置于玛瑙研钵中，搅拌60min，使其充分混合均匀，配成质量为5g的复合体系a；
65.s3：量取0.5m l的去离子水倒入到步骤s2中的复合体系a中，搅拌10min，搅拌结束后，得到塑状复合体系b；
66.s4：将塑状复合体系b填充进小型聚四氟乙烯帽(内径10mm，外径12mm，高度12mm)，后用大型聚四氟乙烯帽(内径12mm，外径14mm，高度12mm)套接密封，得到样品c；
67.s5：样品c放入高温高压反应釜，在温度300℃、压力300mpa的条件下恒温恒压24h，待实验结束后，卸压取样，将所压样品在80℃的干燥箱中烘干，得到硫酸钙晶须，所得的硫酸钙晶须的平均长度为24.56μm，平均长径比为9.17。
68.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。