一种废石膏转化为α半水石膏的方法

一种废石膏转化为
α
半水石膏的方法
技术领域
1.本发明提供一种制备α半水石膏的方法，属于废石膏资源化利用领域，制备高附加值产品。


背景技术：

2.废石膏种类繁多，产排量大且对环境影响较大的有磷石膏、氟石膏、烟气脱硫石膏等。以磷石膏为例：磷石膏是湿法生产磷酸过程产生的工业固体副产物，我国每年产生约7000万吨，目前已是我国排放量和堆存量最大固体废弃物。磷石膏用途广泛，用于制造化工产品、建筑材料原料及产品、改性土壤、填充材料等，但综合利用率只到40%。利用率低，主要原因是磷石膏含杂质种类多，资源化利用缺乏低成本、成熟型技术。而氟石膏和烟气脱硫石膏组成与磷石膏类似。
3.废石膏制备高附加产品是消除其环境污染和变废为宝的最佳选择，当前主流方向是制备α半水石膏。常用方法有压蒸法、加压水溶液法和常压水溶液法三种方法，压蒸法是把废石膏放入蒸压釜，通入饱和蒸汽和升高温度，加压水溶液法是将废石膏放入加压容器内，和水混合成料浆，上述两种方法能耗高，制备出的半水石膏不够规则，并且抗压强度和抗折强度一般，不够理想，常压盐溶液法反应时间长，转晶效果不佳，未能实现产业化转化，上述三种方法存在耗能、转晶效果不好等缺点。另外制备α半水石膏过程晶相转变剂起到关键作用，报道的晶相转变剂有水和醇类，很少见其他类型的。废石膏制备高附加值产品面临技术瓶颈，亟需一种低能耗制备半水石膏的新方法。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种快速将废石膏转化为α半水石膏的方法，用强碱快速分解废石膏提取硫，用强酸酸解氢氧化钙渣提取钙，提前配制转变α半水石膏的反应母液，加入提取的含硫酸根离子溶液和钙盐溶液，混合接触快速制备α半水石膏。
5.本发明技术方案如下：用强碱分解废石膏，固液分离得到硫酸盐溶液和氢氧化钙渣，然后用强酸酸解氢氧化钙渣，固液分离得到钙盐溶液和酸不溶物，将硫酸盐溶液和钙盐溶液添加到含有晶相转变剂、晶貌导向剂的水溶液（反应母液）中，在搅拌、70℃~140℃下反应，控制温度、搅拌强度等因素，快速制备α半水石膏，通过调整反应条件，控制晶体长径比。
6.所述晶相转变剂为亚砜类有机物，晶貌导向剂为有机酸。
7.所述亚砜类有机物为甲基亚砜、二甲基亚砜、氯化亚砜、二乙亚砜中一种或几种，有机酸为柠檬酸、柠檬酸钠、酒石酸、苹果酸、丁二酸中一种或几种。
8.上述方法的具体步骤如下:（1）按液固比ml:g为4~20的比例，将废石膏送入装有碱性溶液的碱解装置中，用碱性溶液分解废石膏，碱性溶液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氨水溶液、氢氧化镁溶液中的一种或几种，碱性溶液中碱按理论用碱量的1.0~1.5倍添加，分解完成过滤后得到硫酸盐
溶液和氢氧化钙渣；（2）按液固比ml:g为5~10的比例，将氢氧化钙渣输送入含有酸溶液的酸解装置中，用酸溶液酸解氢氧化钙渣，酸溶液为质量浓度5%~35%的盐酸、硝酸、氢氟酸中的一种或几种，酸解完后过滤，得钙盐溶液和酸不溶物；（3）将硫酸盐溶液和钙盐溶液添加到含有晶相转变剂、晶貌导向剂的水溶液中，其中晶貌导向剂的添加量为so
42-含量的0.01%~10%，晶相转变剂与水的体积比为1%~99%，然后在70℃~140℃下搅拌反应5min ~80min，制得α半水石膏；步骤（3）中按硫酸根离子与钙离子摩尔量相等的方式添加硫酸盐溶液和钙盐溶液。本发明工作原理：废石膏主要成分是硫酸钙，强碱分解磷石膏，转变为溶解度更低的氢氧化钙，强酸和氢氧化钙发生中和反应。含硫酸根离子的溶液和钙盐溶液接触反应，含硫酸根离子的溶液含有so
42-和钙盐溶液含有ca
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，是制备石膏的主要成份，不改变反应氛围的情况下，硫酸根和钙离子接触反应生成溶解度极低的二水硫酸钙，要接触生成α半水石膏，要改变反应的氛围。而配置的反应母液目的在于提高反应温度、添加形貌导向剂等，再控制成核过饱和度等因素，创造利于α半水石膏生长的环境。
9.本发明方法优点如下:本发明制备α半水石膏的方法不同于其他常规方法，硫酸根离子和钙离子直接接触转变为α半水石膏，打破了常规制备半水石膏的方法，因其快速转晶，反应时间极短，反应即生成α半水石膏晶体。
附图说明
10.图1 本发明的制备半水石膏的工艺流程示意图；图2 本发明实施例1制备的半水石膏的形貌图；图3 本发明实施例2制备的半水石膏的形貌图；图4 本发明实施例3制备的半水石膏的形貌图。
具体实施方式
11.下面通过附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内容。
12.实施例1：如图1所示，取20t磷石膏，按理论用碱量的1.2倍配制naoh溶液，按固液比g:ml为1:4，将磷石膏送入装有naoh溶液的碱解装置中分解磷石膏，固液分离得到硫酸钠溶液和氢氧化钙渣，取6t氢氧化钙渣，配置质量浓度15%的盐酸溶液酸解氢氧化钙渣得到氯化钙溶液和酸不溶物，固液比g:ml为1:7；配置反应母液，二甲基亚砜作为晶相转变剂，柠檬酸钠作为形貌导向剂，柠檬酸钠添加量为硫酸钠溶液中so
42-含量的0.01%，二甲基亚砜和水的体积比为30%，反应母液加热到95℃，转速为150rpm，按硫酸根离子与钙离子摩尔量相等的比例，取硫酸钠溶液和氯化钙溶液加入到反应母液中，反应时间15min，接触反应生成α半水石膏，半水石膏的形貌图见图2。
13.实施例2：取20t氟石膏，按理论用碱量的1.4倍配制koh溶液，按固液比g:ml为1:5，将氟石膏送入装有koh溶液的碱解装置中分解氟石膏，固液分离得到硫酸钾溶液和氢氧化
钙渣，取5t氢氧化钙渣，配置质量浓度10%盐酸溶液酸解氢氧化钙渣得到氯化钙溶液和酸不溶物，固液比g:ml为1:8；配置反应母液，二甲基亚砜作为晶相转变剂，柠檬酸钠作为形貌导向剂，二甲基亚砜和水的体积比为40%，柠檬酸钠添加量为硫酸钠溶液中so
42-含量的0.05%，反应母液加热到94℃，转速为200rpm，按硫酸根离子与钙离子摩尔量相等的比例，取硫酸钠溶液和氯化钙溶液加入到反应母液中，反应时间20min，接触反应生成半水石膏，α半水石膏的形貌图见图3。
14.实施例3：取15t烟气脱硫石膏，按理论用碱量的1.3倍配制naoh溶液，按固液比g:ml为1:6，将烟气脱硫石膏送入装有naoh溶液的碱解装置中分解烟气脱硫石膏，固液分离得到硫酸钠溶液和氢氧化钙渣，取7t氢氧化钙渣，配制质量浓度15%的硝酸溶液酸解氢氧化钙渣得到硝酸钙溶液和酸不溶物，固液比g:ml为1:6；配置反应母液，二甲基亚砜作为晶相转变剂，柠檬酸钠作为形貌导向剂，二甲基亚砜和水的体积比为80%，柠檬酸钠添加量为硫酸钠溶液中so
42-含量的0.05%，反应母液加热到96℃，转速为250rpm，按硫酸根离子与钙离子摩尔量相等的比例，取硫酸钠溶液和硝酸钙溶液加入到反应母液中，反应时间10min，接触反应生成半水石膏，α半水石膏的形貌图见图4。


技术特征：
1.一种废石膏转化为α半水石膏的方法，其特征在于：用强碱分解废石膏，固液分离得到硫酸盐溶液和氢氧化钙渣，然后用强酸酸解氢氧化钙渣，固液分离得到钙盐溶液和酸不溶物，将硫酸盐溶液和钙盐溶液添加到含有晶相转变剂、晶貌导向剂的水溶液中，在搅拌、70℃~140℃下反应，制得α半水石膏。2.根据权利要求1所述的废石膏转化为α半水石膏的方法，其特征在于：晶相转变剂为亚砜类有机物，晶貌导向剂为有机酸。3.根据权利要求2所述的废石膏转化为α半水石膏的方法，其特征在于：亚砜类有机物为甲基亚砜、二甲基亚砜、氯化亚砜、二乙亚砜中一种或几种，有机酸为柠檬酸、柠檬酸钠、酒石酸、苹果酸、丁二酸中一种或几种。4.根据权利要求3所述的废石膏转化为α半水石膏的方法，其特征在于，具体步骤如下:（1）按液固比ml:g为4~20的比例，将废石膏送入装有碱性溶液的碱解装置中，用碱性溶液分解废石膏，碱性溶液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氨水溶液、氢氧化镁溶液中的一种或几种，碱性溶液中碱按理论用碱量的1.0~1.5倍添加，分解完成过滤后得到硫酸盐溶液和氢氧化钙渣；（2）按液固比ml:g为5~10的比例，将氢氧化钙渣输送入含有酸溶液的酸解装置中，用酸溶液酸解氢氧化钙渣，酸溶液为质量浓度5%~35%的盐酸、硝酸、氢氟酸中的一种或几种，酸解完后过滤，得钙盐溶液和酸不溶物；（3）将硫酸盐溶液和钙盐溶液添加到含有晶相转变剂、晶貌导向剂的水溶液中，其中晶貌导向剂的添加量为so
42-含量的0.01%~10%，晶相转变剂与水的体积比为1%~99%，然后在70℃~140℃下搅拌反应5min ~80min，制得α半水石膏。5.根据权利要求4所述的废石膏转化为α半水石膏的方法，其特征在于：步骤（3）中按硫酸根离子与钙离子摩尔量相等的方式添加硫酸盐溶液和钙盐溶液。

技术总结
本发明公开了一种废石膏转化为α半水石膏的方法，该方法是用强碱分解废石膏，固液分离得到硫酸盐溶液和氢氧化钙渣，然后用强酸酸解氢氧化钙渣，固液分离得到钙盐溶液和酸不溶物，将硫酸盐溶液和钙盐溶液添加到含有晶相转变剂、晶貌导向剂的水溶液中，控制温度、搅拌强度等条件，快速制备半水石膏；本方法实现废石膏资源化，具有反应时间快，能耗低，方法简单，低成本制备高附加值产品的特点。低成本制备高附加值产品的特点。低成本制备高附加值产品的特点。


技术研发人员：瞿广飞 丁海山 宁平 李军燕 李恒 李志顺成
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：2022.01.19
技术公布日：2022/9/6