CN114162845A - 一种利用磷石膏制备微米级无水硫酸钙的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用磷石膏制备微米级无水硫酸钙的方法，是以磷石膏为原料，加水调浆后以硫酸作为反应试剂，在25‑80℃的环境下制备微米级无水硫酸钙。本发明是以磷石膏作为原料，加水制作成浆料后直接加硫酸，在常温或者低温下即可进行反应，能耗小，成本低；并且，本发明工艺中无其他添加剂，制备工艺非常简单，反应过程更加可控。更主要的是，本发明工艺在没有添加其他晶型控制剂的前提下，能够直接制备出短柱状的微米级无水硫酸钙，极大的简化了制备工艺，使得制备工艺更加可控。

Description

一种利用磷石膏制备微米级无水硫酸钙的方法
技术领域
本发明涉及一种无水硫酸钙的制备方法，特别是一种利用磷石膏制备微米级无水硫酸钙的方法。
背景技术
无水硫酸钙作为一种辅助填料，在高分子材料填料、无机材料填料、纸张填充物、可降解材料填料、涂料以及建筑石膏等领域拥有广泛的应用前景。
传统的无水硫酸钙通常是采用天然石膏或者磷石膏作为原料，在加热的情况下将其中的水脱除，从而获得无水硫酸钙。但是，天然石膏或者磷石膏在从生石膏(CaSO4·2H2O)转变成熟石膏(2CaSO4·H2O即CaSO4·1/2H2O)时，需要加热至150-170℃，而完全变成无水硫酸钙则需要加热至400℃左右才能实现。因此，传统的煅烧法制备无水硫酸钙时，耗能和成本较高，并不利于无水硫酸钙的大规模加工和大范围应用。
为了降低脱水温度，减少能耗，现目前的研究人员研制出了一种加酸脱水的工艺，及通过在磷石膏中加入无机酸，再使磷石膏重结晶，并通过添加的各种成核剂和/或表面活性剂的作用，使得磷石膏重结晶形成无水硫酸钙晶体。这种工艺虽然在一定程度上能够降低反应温度，减少能耗，但是，其反应温度通常仍然需要在100℃左右，在以磷石膏大规模生产无水硫酸钙时，仍然存在能耗较高的问题。并且，现目前制备的无水硫酸钙多为晶须状，长径比较大，在作为填料使用时，与基材的融合度并不高，极大的限制了无水硫酸钙在填料领域的应用，而某些公开的现有工艺在为了获得短柱状，即微米级的无水硫酸钙时，往往需要在反应体系中加入各种各样的添加剂用于控制无水硫酸钙晶体的尺寸，导致无水硫酸钙的制备工艺变得复杂，并且过程很不可控。
基于此，降低无水硫酸钙的制备温度，减少能耗，降低成本，并且改进无水硫酸钙的制备工艺和晶体形状，使结晶过程更加可控是该领域的一个研究热点。
发明内容
为了解决上述的现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种利用磷石膏制备微米级无水硫酸钙的方法。
本发明的技术方案：一种利用磷石膏制备微米级无水硫酸钙的方法，是以磷石膏为原料，加水调浆后以硫酸作为反应试剂，在25-80℃的环境下制备微米级无水硫酸钙。
前述的利用磷石膏制备微米级无水硫酸钙的方法，包括如下步骤：
(1)以磷石膏为原料，加入水调浆，得磷石膏浆；
(2)向步骤(1)制得的磷石膏浆中加入硫酸溶液，在25-80℃的环境下进行反应；
(3)将步骤(2)反应结束后的产物先过滤、再干燥后得到微米级无水硫酸钙。
前述的利用磷石膏制备微米级无水硫酸钙的方法，所述步骤(2)向磷石膏浆中加入硫酸溶液后，体系中的液固比为2：1-1：2。
前述的利用磷石膏制备微米级无水硫酸钙的方法，所述液固比为1：2。
前述的利用磷石膏制备微米级无水硫酸钙的方法，所述步骤(2)向磷石膏浆中加入硫酸溶液后，硫酸占体系中水和硫酸总质量的70-98％，所述反应在常温下进行。
前述的利用磷石膏制备微米级无水硫酸钙的方法，所述步骤(2)向磷石膏浆中加入硫酸溶液后，硫酸占体系中水和硫酸总质量的40-70％，利用自身放热的同时，外部辅助加热，且加热温度为25-80℃。
前述的利用磷石膏制备微米级无水硫酸钙的方法，步骤(2)所述反应的时间为0.5-1h。
一种通过前述方法制备获得的微米级无水硫酸钙。
一种通过前述方法制备获得的微米级无水硫酸钙在高分子材料填料、无机材料填料、纸张填充物、可降解材料填料、涂料以及建筑石膏中的应用。
本发明的有益效果
本发明是以磷石膏作为原料，加水制作成浆料后直接加硫酸，在常温或者低温下即可进行反应，能耗小，成本低；并且，本发明工艺中无其他添加剂，制备工艺非常简单，反应过程更加可控。
更主要的是，本发明工艺在没有添加其他晶型控制剂的前提下，能够直接制备出微米级无水硫酸钙，极大的简化了制备工艺，使得制备工艺更加可控。
本发明的关键在于，在加入硫酸溶液时，外部引入的水量很少，在大量硫酸溶液加入后，通过硫酸遇水自身放出的热量或者外部辅助少量的加热即可进行反应，促使二水硫酸钙溶解后进行重结晶，在控制结晶时间的基础上结合低含水率的体系，最终形成微米级的无水硫酸钙。
附图说明
附图1为本发明实施例1制得的微米级无水硫酸钙的微观形貌图；
附图2为本发明实施例2制得的微米级无水硫酸钙的微观形貌图；
附图3为本发明实施例3制得的微米级无水硫酸钙的微观形貌图；
附图4为本发明实施例4制得的微米级无水硫酸钙的微观形貌图；
附图5为本发明实施例6制得的微米级无水硫酸钙的微观形貌图；
通过图1-图5可以看出，通过本发明实施例的工艺能够制备出无水硫酸钙，并且无水硫酸钙晶体长径比较小，长度均在10μm以内，属于微米级无水硫酸钙。同时，本发明实施例1、实施例2、实施列3、实施例4和实施例6工艺制备获得的无水硫酸钙根据GB/T5484-2012《石膏化学分析方法》的规定进行结晶水检测，测得其结晶水含量分别为1.65％、1.05％、1.83％、1.34％和1.88％，表明获得的产品确为无水硫酸钙。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例1：
一种利用磷石膏制备微米级无水硫酸钙的方法，步骤如下：
(1)以磷石膏为原料，加入水调浆，得磷石膏浆；
(2)向步骤(1)制得的磷石膏浆中加入浓硫酸溶液，控制体系的液固比为1：2，硫酸占体系中水和硫酸总质量的98％，在25℃的环境下进行反应0.5h；
(3)将步骤(2)反应结束后的产物先过滤、再常规干燥后得到微米级无水硫酸钙。
本实施例制得的无水硫酸钙的微观形貌图如图1所示。
实施例2：
一种利用磷石膏制备微米级无水硫酸钙的方法，步骤如下：
(1)以磷石膏为原料，加入水调浆，得磷石膏浆；
(2)向步骤(1)制得的磷石膏浆中加入浓硫酸溶液，控制体系的液固比为1：2，硫酸占体系中水和硫酸总质量的82％，在25℃的环境下进行反应0.8h；
(3)将步骤(2)反应结束后的产物先过滤、再常规干燥后得到微米级无水硫酸钙。
本实施例制得的无水硫酸钙的微观形貌图如图2所示。
实施例3：
一种利用磷石膏制备微米级无水硫酸钙的方法，步骤如下：
(1)以磷石膏为原料，加入水调浆，得磷石膏浆；
(2)向步骤(1)制得的磷石膏浆中加入浓硫酸溶液，控制体系的液固比为1：2，硫酸占体系中水和硫酸总质量的70％，在50℃下进行反应1h；
(3)将步骤(2)反应结束后的产物先过滤、再常规干燥后得到微米级无水硫酸钙。
本实施例制得的无水硫酸钙的微观形貌图如图3所示。
实施例4：
一种利用磷石膏制备微米级无水硫酸钙的方法，步骤如下：
(1)以磷石膏为原料，加入水调浆，得磷石膏浆；
(2)向步骤(1)制得的磷石膏浆中加入硫酸溶液，控制体系的液固比为3：4，硫酸占体系中水和硫酸总质量的50％，在60℃的环境下进行反应1h；
(3)将步骤(2)反应结束后的产物先过滤、再常规干燥后得到微米级无水硫酸钙。
该实施例中制得的微米级无水硫酸钙的微观形貌图如图4所示。
实施例5：
一种利用磷石膏制备微米级无水硫酸钙的方法，步骤如下：
(1)以磷石膏为原料，加入水调浆，得磷石膏浆；
(2)向步骤(1)制得的磷石膏浆中加入硫酸溶液，控制体系的液固比为1:1，硫酸占体系中水和硫酸总质量的40％，在80℃的环境下进行反应0.8h；
(3)将步骤(2)反应结束后的产物先过滤、再常规干燥后得到微米级无水硫酸钙。
实施例6：
一种利用磷石膏制备微米级无水硫酸钙的方法，步骤如下：
(1)以磷石膏为原料，加入水调浆，得磷石膏浆；
(2)向步骤(1)制得的磷石膏浆中加入硫酸溶液，控制体系的液固比为1:2，硫酸占体系中水和硫酸总质量的70％，在40℃的环境下进行反应0.5h；
(3)将步骤(2)反应结束后的产物先过滤、再常规干燥后得到微米级无水硫酸钙。
本实施例制得的无水硫酸钙的微观形貌图如图5所示。
实施例7：
一种利用磷石膏制备微米级无水硫酸钙的方法，步骤如下：
(1)以磷石膏为原料，加入水调浆，得磷石膏浆；
(2)向步骤(1)制得的磷石膏浆中加入硫酸溶液，控制体系的液固比为1:2，硫酸占体系中水和硫酸总质量的70％，在25℃的环境下进行反应0.5h；
(3)将步骤(2)反应结束后的产物先过滤、再常规干燥后得到微米级无水硫酸钙。
实施例8：
一种利用磷石膏制备微米级无水硫酸钙的方法，步骤如下：
(1)以磷石膏为原料，加入水调浆，得磷石膏浆；
(2)向步骤(1)制得的磷石膏浆中加入硫酸溶液，控制体系的液固比为2:1，硫酸占体系中水和硫酸总质量的50％，在70℃下进行反应0.5h；
(3)将步骤(2)反应结束后的产物先过滤、再常规干燥后得到微米级无水硫酸钙。
以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明创造揭露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种利用磷石膏制备微米级无水硫酸钙的方法，其特征在于：是以磷石膏为原料，加水调浆后以硫酸作为反应试剂，在25-80℃的环境下制备微米级无水硫酸钙。
2.根据权利要求1所述的利用磷石膏制备微米级无水硫酸钙的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)以磷石膏为原料，加入水调浆，得磷石膏浆；
(2)向步骤(1)制得的磷石膏浆中加入硫酸溶液，在25-80℃的环境下进行反应；
(3)将步骤(2)反应结束后的产物先过滤、再干燥后得到微米级无水硫酸钙。
3.根据权利要求2所述的利用磷石膏制备微米级无水硫酸钙的方法，其特征在于：所述步骤(2)向磷石膏浆中加入硫酸溶液后，体系中的液固比为2：1-1：2。
4.根据权利要求3所述的利用磷石膏制备微米级无水硫酸钙的方法，其特征在于：所述液固比为1：2。
5.根据权利要求2所述的利用磷石膏制备微米级无水硫酸钙的方法，其特征在于：所述步骤(2)向磷石膏浆中加入硫酸溶液后，硫酸占体系中水和硫酸总质量的70-98％，所述反应在常温下进行。
6.根据权利要求2所述的利用磷石膏制备微米级无水硫酸钙的方法，其特征在于：所述步骤(2)向磷石膏浆中加入硫酸溶液后，硫酸占体系中水和硫酸总质量的40-70％，利用自身放热的同时，外部辅助加热，且加热温度为25-80℃。
7.根据权利要求2所述的利用磷石膏制备微米级无水硫酸钙的方法，其特征在于：步骤(2)所述反应的时间为0.5-1h。
8.一种通过权利要求1-7任一项所述方法制备获得的微米级无水硫酸钙。
9.一种通过权利要求1-7任一项所述方法制备获得的微米级无水硫酸钙在高分子材料填料、无机材料填料、纸张填充物、可降解材料填料、涂料以及建筑石膏中的应用。
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