一種半水石膏單晶定向生長(zhǎng)的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及石膏，特別涉及一種可以用作建筑、塑料、橡膠、涂料中的柱狀形貌的 半水石膏單晶體的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 石膏是硫酸鹽礦物，其化學(xué)分子式為CaS04 · 2H20。石膏可以脫水形成硬石膏，在 自然界中他們都呈一種亞穩(wěn)定狀態(tài)，在一定條件下可互相轉(zhuǎn)化。天然石膏主要價(jià)值是它在 不同溫度條件下加熱，其煅燒產(chǎn)物具有不同的特征。如將天然石膏加熱到65~70°C時(shí)開始 脫水，變成半水石膏;加熱到200°C以內(nèi)逐漸脫水，半水石膏部分變?yōu)闊o水石膏，但與水接觸 很快凝結(jié)變?yōu)槎啵患訜岬?00~300°C，主要成為無水石膏，凝結(jié)變慢，但強(qiáng)度增大;加 熱到300~450 °C時(shí)的產(chǎn)物為無水石膏，凝結(jié)變快，但強(qiáng)度較低；加熱到400~700°C之間，化 學(xué)成分不變，成為一種新變種一一"燒死"石膏，其極難溶于水，加水后也不凝結(jié);繼續(xù)加熱 至|J800°C時(shí)，無水石膏變得凝結(jié)緩慢和硬化;加熱到800~1000°C時(shí)，生成游離石灰，獲得正 常的極有價(jià)值的普通煅燒石膏；半水石膏主要作石膏的預(yù)制品，如石膏板、墻體構(gòu)件、隔熱 筒瓦、建筑裝飾品等。石膏建筑制品具有防火、隔熱、吸音、收縮率小和可釘、可鋸、可粘結(jié)及 體重輕、抗震性能好等特點(diǎn)[石膏的特征及用途[J].山東國(guó)土資源，2005，21B: 46 ]。
[0003] 磷石膏是濕法磷酸生產(chǎn)過程中排放的工業(yè)廢渣，由于生產(chǎn)流程的不同而會(huì)含有二 水石膏(CaS04 · 2H20)和半水石膏(CaS04 · 0.5H20)以二水石膏為主要成份。此外還含有少 量未分解的磷礦粉、游離磷酸、磷酸鐵、磷酸鋁和氟硅酸鹽等雜質(zhì);全世界磷石膏的年排放 量接近2億噸，我國(guó)磷石膏的年排放量也超過1000萬噸。這不僅占用大量土地，而且嚴(yán)重地 污染了環(huán)境[席美云.磷石膏的綜合利用[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2001，（3):10~13]。
[0004] 何花在利用磷石膏時(shí)，對(duì)其進(jìn)行水洗預(yù)處理，以除去渣中的雜質(zhì)，避免雜質(zhì)對(duì)石膏 形貌的影響[何花.磷石膏基醇~水熱法制備大長(zhǎng)徑比改性硫酸鈣晶須研究[J].西南科技 大學(xué)，2014:17]。用水對(duì)磷石膏進(jìn)行處理，產(chǎn)生的廢水將污染環(huán)境。
[0005] 孫紅娟等人將獲得的磷石膏粉與稀酸混合，獲得含鈣和硫酸根離子及不溶物的酸 性混合液，過濾，得到酸性濾液，將獲得的酸性濾液晶化結(jié)晶，獲得硫酸鈣晶須[孫紅娟，梁 亞琴，彭同江，等.一種用磷石膏制備硫酸鈣晶須的方法[P]，中國(guó)，201510007196.1]。該工 藝用酸(硝酸或鹽酸)對(duì)磷石膏中的有用物質(zhì)進(jìn)行提取，酸將腐蝕設(shè)備，容易揮發(fā)，對(duì)環(huán)境造 成污染。
[0006] 何花和孫紅娟等人制備的硫酸鈣晶須，為針狀，形貌不可控;生產(chǎn)過程中易對(duì)環(huán)境 造成污染。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是針對(duì)已有技術(shù)方案的不足，提供一種低成本、高效率、形貌可控的 半水石膏單晶的制備方法，以實(shí)現(xiàn)制備的石膏單晶形貌可控，對(duì)環(huán)境無污染的目的。
[0008] 為達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案：
[0009] -種半水石膏單晶定向生長(zhǎng)的控制方法，其特征在于，依次包括下述步驟：
[0010] A、原料預(yù)處理:在磷石膏中加入酸度調(diào)節(jié)劑，加入水，混合均勻，陳化24h;其中酸 度調(diào)節(jié)劑加入量為磷石膏質(zhì)量的1~10% ;水的加入量為磷石膏質(zhì)量的100~500% ;
[0011] B、石膏單晶的制備:在步驟A得到的處理磷石膏倒入帶冷凝回流裝置的反應(yīng)釜中， 加入雜質(zhì)穩(wěn)定劑，晶面選擇吸附劑，混合均勻后，進(jìn)行加熱反應(yīng)，同時(shí)在反應(yīng)體系中加上離 子運(yùn)動(dòng)控制器，反應(yīng)結(jié)束后、冷卻、過濾、將固體烘干，得到半水石膏單晶。
[0012] 本發(fā)明中：所述的雜質(zhì)穩(wěn)定劑加入量為磷石膏質(zhì)量100~500%;晶面選擇吸附劑 加入量為磷石膏質(zhì)量1~10%雜質(zhì)穩(wěn)定劑;步驟A中所述酸度調(diào)節(jié)劑為氧化鈣、碳酸鈣中的 一種;步驟B中所述雜質(zhì)穩(wěn)定劑為山梨醇、甘露醇、丙三醇中的一種；晶面選擇吸附劑為順丁 烯二酸、聚羧酸、琥珀酸中的一種;步驟B中所述離子運(yùn)動(dòng)控制器，為一個(gè)能產(chǎn)生交變電場(chǎng)或 交變磁場(chǎng)的裝置，其頻率可調(diào)，頻率為0.1~50HZ;步驟B中所述反應(yīng)溫度為90~120°C，反應(yīng) 時(shí)間為0.5~2小時(shí)。
[0013] 本方法用酸度調(diào)節(jié)劑，調(diào)整磷石膏的pH值，使其從酸性變?yōu)橹行裕杀苊馑嵝匀芤?對(duì)設(shè)備的腐蝕。雜質(zhì)穩(wěn)定劑，避免雜質(zhì)元素在溶液中溶解，避免雜質(zhì)對(duì)半水石膏晶體生長(zhǎng)的 影響；晶面選擇吸附劑可選擇的吸附在單晶的特定晶面，從而抑制該晶體方向的生長(zhǎng)，使晶 體沿其它晶體方向生長(zhǎng)，從而實(shí)現(xiàn)定向生長(zhǎng);離子運(yùn)動(dòng)控制器，通過電場(chǎng)或磁場(chǎng)控制溶液中 離子的運(yùn)動(dòng)方向和速度，促進(jìn)離子在單晶上有序排列，提高單晶生長(zhǎng)速率。本方法用磷化工 產(chǎn)生的廢渣為原料，制備石膏單晶，該石膏具有晶體發(fā)育完整、強(qiáng)度高的特點(diǎn)，作為塑料、橡 膠、涂料的填料，可提高其強(qiáng)度;作為石膏板材，也可得到高強(qiáng)石膏板材。本方法具有工藝簡(jiǎn) 單，成本低的特點(diǎn)，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0015] A、原料預(yù)處理：
[0016] 表1列出了編號(hào)為1~13的13個(gè)實(shí)施例原料預(yù)處理中各種原料的用量:根據(jù)表1不 同的實(shí)施例確定酸度調(diào)節(jié)劑(氧化鈣、碳酸鈣)和水的加入量，并陳化24h，對(duì)磷石膏原料進(jìn) 行預(yù)處理。
[0017] 表1原料預(yù)處理(單位:g)
[0018] l·
[0020] B:石膏單晶的制備
[0021] 在步驟A得到的處理磷石膏倒入帶冷凝回流裝置的反應(yīng)釜中，加入雜質(zhì)穩(wěn)定劑，晶 面選擇吸附劑，混合均勻后，進(jìn)行加熱反應(yīng)，同時(shí)在反應(yīng)體系中加上離子運(yùn)動(dòng)控制器，反應(yīng) 結(jié)束后、冷卻、過濾、將固體烘干，得到半水石膏單晶。
[0022]表2石膏單晶的制備(單位:g)
[0023]
[0024] 注:交變電場(chǎng)3000V/m，交變磁場(chǎng)為500高斯。
[0025] 本發(fā)明的實(shí)施例均能實(shí)施并能達(dá)到發(fā)明目的，得到結(jié)晶較好的半水石膏單晶，形 貌為短柱狀。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種半水石膏單晶定向生長(zhǎng)的控制方法，其特征在于，包括下述步驟： A、 原料預(yù)處理:在磷石膏中加入酸度調(diào)節(jié)劑，加入水，混合均勻，陳化24h;其中酸度調(diào) 節(jié)劑加入量為磷石霄質(zhì)量的1~10 %;水的加入量為磷石霄質(zhì)量的100~500%; B、 石膏單晶的制備:在步驟A得到的處理磷石膏倒入帶冷凝回流裝置的反應(yīng)釜中，加入 雜質(zhì)穩(wěn)定劑，晶面選擇吸附劑，混合均勻后，進(jìn)行加熱反應(yīng)，同時(shí)在反應(yīng)體系中加上離子運(yùn) 動(dòng)控制器，反應(yīng)結(jié)束后、冷卻、過濾、將固體烘干，得到半水石膏單晶；其中雜質(zhì)穩(wěn)定劑加入 量為磷石膏質(zhì)量1 〇〇~500%;晶面選擇吸附劑加入量為磷石膏質(zhì)量1~10%。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半水石膏單晶定向生長(zhǎng)的控制方法，其特征在于，步驟A中所 述酸度調(diào)節(jié)劑為氧化鈣、碳酸鈣中的一種。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半水石膏單晶定向生長(zhǎng)的控制方法，其特征在于，步驟B中所 述雜質(zhì)穩(wěn)定劑為山梨醇、甘露醇、丙三醇中的一種;晶面選擇吸附劑為順丁烯二酸、聚羧酸、 琥珀酸中的一種。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半水石膏單晶定向生長(zhǎng)的控制方法，其特征在于，步驟B中所 述離子運(yùn)動(dòng)控制器，為一個(gè)能產(chǎn)生交變電場(chǎng)或交變磁場(chǎng)的裝置，其頻率可調(diào)，頻率為0.1~ 50HZ。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半水石膏單晶定向生長(zhǎng)的控制方法，其特征在于，步驟B中所 述反應(yīng)溫度為90~120 °C，反應(yīng)時(shí)間為0.5~2小時(shí)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種半水石膏單晶定向生長(zhǎng)的控制方法，它是在磷石膏中加入酸度調(diào)節(jié)劑，加入水，混合均勻，陳化后，裝入帶冷凝回流裝置的反應(yīng)釜中，加入雜質(zhì)穩(wěn)定劑，晶面選擇吸附劑，混合均勻后，進(jìn)行加熱反應(yīng)，同時(shí)在反應(yīng)體系中加上離子運(yùn)動(dòng)控制器，反應(yīng)結(jié)束后、冷卻、過濾、將固體烘干，得到形態(tài)可控的半水石膏單晶。本方法工藝簡(jiǎn)單，成本低的特點(diǎn)，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
【IPC分類】C30B29/46, C30B7/14
【公開號(hào)】CN105624772
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610030658
【發(fā)明人】董發(fā)勤, 譚宏斌, 吳傳龍, 何花, 賀小春
【申請(qǐng)人】西南科技大學(xué)
【公開日】2016年6月1日
【申請(qǐng)日】2016年1月18日