CN107236993A - 一种脱硫石膏生产硫酸钙晶须的方法 - Google Patents

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候其东
黄访
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Abstract

一种脱硫石膏生产硫酸钙晶须的方法包括：将脱硫石膏原料在室温下进行预处理去除NO3 ‑离子，经干燥后进行水热反应并控制体系pH，趁热过滤可获得长径比为100‑200:1的硫酸钙晶须前体，之后通过重结晶方式获得高品质的硫酸钙晶须。本发明的优点是：采用双氧水预处理深度氧化脱硫石膏中含氮类物质，并以硝酸盐形式去除；引入的pH调节剂能够在保证体系纯度的条件下促进晶须生长；此外本发明所需设备简单，工艺简便，且不会造成附加的环境危害，实现了脱硫石膏废弃物的资源化利用，具有极其深远的社会意义和经济价值。

Description

一种脱硫石膏生产硫酸钙晶须的方法
技术领域
本发明涉及环保技术领域，尤其是一种脱硫石膏生产硫酸钙晶须的方法。
背景技术
产业革命后的200多年，人类社会经历了前所未有的大发展，社会生产力和科技水平都得到了极大的提升，然而这种巨大发展的背后却是资源大量消耗，特别是燃煤电厂烟气中含有大量的二氧化硫，通常采用烟气脱硫法最大程度地减少二氧化硫气体的排放量，这是世界上应用最广泛且最有效的SO2控制技术。现在世界上应用最多也最广泛的是湿法脱硫技术，它已经占据了脱硫总装机容量80%以上的比例，其中日本最多为98%，美国其次占92%，德国为90%。其中湿法中的石灰/石灰石―石膏法已经处于主导地位，脱硫石膏正是由燃煤电厂进行湿法石灰/石灰石―石膏法脱硫而产生的以CaSO4・2H2O为主要成分的工业副产物。
但是，这种石灰石—石膏湿法脱硫工艺产生的后遗症就是脱硫石膏大量堆放，这些脱硫石膏无论纯度、抗压抗拉强度、含水率均无法与天然石膏竞争，不得不占用大量的土地堆存作为废料处理。脱硫石膏长期大量堆积不仅对气候、土壤及植物产生影响，更给人类健康带来危害。此外，脱硫石膏的分解造成二次污染，因此如不及时处理，脱硫石膏遗患必将成为继二氧化硫、氮氧化物后的又一大污染源。为此，脱硫石膏的无害化、减量化和资源化利用成为当务之急。
硫酸钙晶须是一种以单晶形式生长的新型针状、具有均匀横截面、完整外形、内部结构完善的纤维亚纳米材料。其形态是由于晶体在轴向和侧面生长速率的差异造成的，晶须主要沿轴向方向的螺旋错位生长，其侧面是低能面，生长非常缓慢，通过表面扩散给晶须的尖端或基面上露头螺旋供料。硫酸钙晶须具有高强度、高模量、高韧性、高绝缘性、耐磨耗、耐高温、耐酸碱、抗腐蚀、红外线反射性良好、易于表面处理、易与聚合物复合、无毒等诸多优良的理化性能。硫酸钙晶须集增强纤维和超细无机填料二者的优势于一体，可用于树脂、塑料、橡胶、涂料、油漆、造纸、沥青、摩擦和密封材料中作补强增韧剂或功能型填料；又可直接作为过滤材料、保温材料、耐火隔热材料、红外线反射材料和包覆电线的高绝缘材料。因此将脱硫石膏转化为硫酸钙晶须，将有效的消减脱硫石膏对环境的污染，同时获得高附加值产品。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种脱硫石膏生产硫酸钙晶须的方法，通过水热处理、重结晶技术，有效提高了硫酸钙晶须的纯度和生产效率，实现废弃物循环再利用，节约土地资源，消除环境和健康隐患。
本发明的技术方案：
一种脱硫石膏生产硫酸钙晶须的方法包括如下步骤：
1）将10g脱硫石膏原料粉碎至20-50目；
2）将粉碎后的脱硫石膏缓慢加入到100ml 5-10%的H2O2溶液中并连续搅拌20-30min，转速为80-150rpm；
3）将上述溶液过滤，取滤渣并用蒸馏水洗涤3次，去除NO3 -离子；
4）将预处理后的脱硫石膏于105℃干燥3h后，研磨至100-200目；
5）将10g预处理后的脱硫石膏原料投入反应釜进行反应，同时加入300-400ml蒸馏水；
6）按照4-7℃/min升温速率升高至120-140℃，维持反应时间4h，同时通过200目粒径的Ca(OH)2固体来调节体系pH=6.5-7.5；
7）反应结束后自然降压至常压状态（1atm），在80-100℃下趁热过滤可获得长径比为100-200:1的硫酸钙晶须前体；
8）向滤液中加入0.1-0.5g CaSO4·0.5H2O，在10-50rpm转速搅拌下快速降温至50-55℃，待不再产生沉淀后恒温过滤，滤渣即为长径比为100-200:1的硫酸钙晶须。
本发明的优点和有益效果是：
1.本发明采用H2O2溶液对脱硫石膏原料进行预处理，可将原料中残存的含N物质进行深度氧化，以NO3 -离子的形式溶于水中，提高了脱硫石膏的纯度；利用Ca(OH)2固体来调节体系的pH，不但增加体系内Ca2+浓度，有利于晶须的生长，而且不引入杂质离子，保证了体系纯度。
2.本发明所需设备简单，工艺简便，且不会造成附加的环境危害，实现了脱硫石膏废弃物的资源化利用，解决了脱硫石膏对环境的污染问题，同时本发明生产的硫酸钙晶须具有尺寸均匀、成本低、附加值高等特点，具有极其深远的社会意义和经济价值。
具体实施方式
本发明通过以下实施例进一步详述，但本实施例所叙述的技术内容是说明性的，而不是限定性的，不应依此来局限本发明的保护范围。
实施例1：
一种脱硫石膏生产硫酸钙晶须的方法包括如下步骤：
1）将10g脱硫石膏原料粉碎至20目；
2）将粉碎后的脱硫石膏缓慢加入到100ml 5%的H2O2溶液中并连续搅拌20min，转速为100rpm；
3）将上述溶液过滤，取滤渣并用蒸馏水洗涤3次，去除NO3 -离子；
4）将预处理后的脱硫石膏于105℃干燥3h后，研磨至100目；
5）将10g预处理后的脱硫石膏原料投入反应釜进行反应，同时加入300ml蒸馏水；
6）按照5℃/min升温速率升高至125℃，维持反应时间4h，同时通过200目粒径的Ca(OH)2固体来调节体系pH=6.5；
7）反应结束后自然降压至常压状态（1atm），在80℃下趁热过滤可获得长径比为100:1的硫酸钙晶须前体；
8）向滤液中加入0.1g CaSO4·0.5H2O，在25rpm转速搅拌下快速降温至50℃，待不再产生沉淀后恒温过滤，滤渣即为长径比为110:1的硫酸钙晶须。
实施例2：
一种脱硫石膏生产硫酸钙晶须的方法包括如下步骤：
1）将10g脱硫石膏原料粉碎至40目；
2）将粉碎后的脱硫石膏缓慢加入到100ml 8%的H2O2溶液中并连续搅拌25min，转速为120rpm；
3）将上述溶液过滤，取滤渣并用蒸馏水洗涤3次，去除NO3 -离子；
4）将预处理后的脱硫石膏于105℃干燥3h后，研磨至160目；
5）将10g预处理后的脱硫石膏原料投入反应釜进行反应，同时加入400ml蒸馏水；
6）按照6℃/min升温速率升高至130℃，维持反应时间4h，同时通过200目粒径的Ca(OH)2固体来调节体系pH=7.1；
7）反应结束后自然降压至常压状态（1atm），在95℃下趁热过滤可获得长径比为180:1的硫酸钙晶须前体；
8）向滤液中加入0.3g CaSO4·0.5H2O，在10-50rpm转速搅拌下快速降温至50℃，待不再产生沉淀后恒温过滤，滤渣即为长径比为180:1的硫酸钙晶须。
实施例3：
一种脱硫石膏生产硫酸钙晶须的方法包括如下步骤：
1）将10g脱硫石膏原料粉碎至50目；
2）将粉碎后的脱硫石膏缓慢加入到100ml 10%的H2O2溶液中并连续搅拌30min，转速为150rpm；
3）将上述溶液过滤，取滤渣并用蒸馏水洗涤3次，去除NO3 -离子；
4）将预处理后的脱硫石膏于105℃干燥3h后，研磨至200目；
5）将10g预处理后的脱硫石膏原料投入反应釜进行反应，同时加入400ml蒸馏水；
6）按照7℃/min升温速率升高至140℃，维持反应时间4h，同时通过200目粒径的Ca(OH)2固体来调节体系pH=7.4；
7）反应结束后自然降压至常压状态（1atm），在100℃下趁热过滤可获得长径比为170:1的硫酸钙晶须前体；
8）向滤液中加入0.5g CaSO4·0.5H2O，在50rpm转速搅拌下快速降温至55℃，待不再产生沉淀后恒温过滤，滤渣即为长径比为160:1的硫酸钙晶须。

Claims (1)

1.一种脱硫石膏生产硫酸钙晶须的方法包括如下步骤：
1）将10g脱硫石膏原料粉碎至20-50目；
2）将粉碎后的脱硫石膏缓慢加入到100ml 5-10%的H2O2溶液中并连续搅拌20-30min，转速为80-150rpm；
3）将上述溶液过滤，取滤渣并用蒸馏水洗涤3次，去除NO3 -离子；
4）将预处理后的脱硫石膏于105℃干燥3h后，研磨至100-200目；
5）将10g预处理后的脱硫石膏原料投入反应釜进行反应，同时加入300-400ml蒸馏水；
6）按照4-7℃/min升温速率升高至120-140℃，维持反应时间4h，同时通过200目粒径的Ca(OH)2固体来调节体系pH=6.5-7.5；
7）反应结束后自然降压至常压状态（1atm），在80-100℃下趁热过滤可获得长径比为100-200:1的硫酸钙晶须前体；
8）向滤液中加入0.1-0.5g CaSO4·0.5H2O，在10-50rpm转速搅拌下快速降温至50-55℃，待不再产生沉淀后恒温过滤，滤渣即为长径比为100-200:1的硫酸钙晶须。
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