一种脱硫石膏常压盐溶液法制备高强石膏的方法技术

本发明专利技术公开一种脱硫石膏常压盐溶液法制备高强石膏的方法。该方法利用脱硫石膏为原材料，在一定浓度的盐溶液中添加复合转晶剂，控制温度并调节pH值至恒定。将混合浆液快速过滤后加入无水乙醇固定，再经过干燥、粉磨，得到高强α型半水石膏。对α型半水石膏进行结晶水含量、物理性能和力学性能测试，符合标准国家标准GB/T 17699.2‑1999和行业标准JC/T 2038‑2010的相关要求；该方法不但降低了脱硫石膏在开采过程中带来的环境污染问题，而且充分实现了脱硫石膏的资源化利用，变废为宝，变害为利，具有显著的社会、环境和经济效益。

A Method for Preparing High Strength Gypsum from Desulfurized Gypsum by Atmospheric Pressure Salt Solution

The invention discloses a method for preparing high strength gypsum by desulfurizing gypsum atmospheric salt solution. In this method, desulfurized gypsum is used as raw material, and compound crystallizer is added in a certain concentration of salt solution to control the temperature and adjust the pH value to a constant value. The mixed slurry was quickly filtered and fixed with anhydrous ethanol. After drying and grinding, high strength alpha hemihydrate gypsum was obtained. The content of crystalline water, physical properties and mechanical properties of alpha hemihydrate gypsum were tested, which met the relevant requirements of national standard GB/T 17699.2_1999 and industry standard JC/T 2038 2010. This method not only reduced the environmental pollution caused by desulfurization gypsum in the mining process, but also fully realized the resource utilization of desulfurization gypsum, turning waste into treasure, turning harm into benefit. Significant social, environmental and economic benefits.

【技术实现步骤摘要】
一种脱硫石膏常压盐溶液法制备高强石膏的方法
本专利技术涉及一种利用脱硫石膏制备高强石膏的方法，特别涉及利用脱硫石膏通过常压盐溶液法制备高强α型半水石膏的方法，属于脱硫石膏的资源化利用

技术介绍
我国是石膏储量大国，但优质石膏只占总储量的8％，经过多年开采和消耗，天然石膏量在不断下降。另一方面，我国也是以硫酸钙为主要成分的工业副产石膏排放大国，随着我国工业化的快速发展，工业副产石膏排放量迅速增长。仅脱硫石膏，就由20世纪末的年排放量不到100万吨，增长到现在的年排放1000万吨以上，加上磷化工、氟化工、钛白化工等年排放的工业副产石膏，占我国总工业废弃物排放量的8％，如果算上历年堆积工业副产石膏量，据不完全统计，累计达几十亿吨，工业副产石膏因为其杂质多和含酸含氟等诸多难题，其研究和应用进展滞后，造成大量工业副产石膏堆积，占用耕地，污染水体和土壤，极大危害了人类生活环境，给工业副产石膏排放企业造成巨大经济和环保压力。脱硫石膏的产生主要由于燃煤电厂烟气污染防治的主导技术采用了湿式石灰石-石膏法，随着脱硫装置的建设和投运，会产生大量的脱硫石膏。若不妥善处理，将会对社会经济与环境造成很大的威胁。脱硫石膏的处理办法有很多，例如：制备水泥缓凝剂，用于道路基层与胶结充填，生产化肥，改良土壤，制备石膏制品等。在国外，几乎所有的脱硫石膏都被应用在生产石膏制品、石膏砂浆、水泥添加剂等各种建筑材料之中，资源化利用技术相当成熟，已经系统地解决了原料在应用过程中的运输、结块、干燥、煅烧等问题，资源化利用的工艺设备已趋于专业化和系列化。而我国，人们刚刚开始着重研究脱硫石膏的综合利用，企业对其潜在使用价值和优越性普遍认识不够。我国现阶段脱硫石膏的应用范围依然比较狭窄，目前尚没有形成一定的工业规模。我国对高强石膏一般有两种制备方法：一类是在饱和蒸汽的介质中进行，而另一类是在酸类或盐类的水溶液中进行。其中蒸压法(孙蓬，王晓东.α型半水石膏的研究与发展[J].丹东纺专学报，2004,11(3)：36-39.)能耗较大，不易得到质量与性能稳定的产品；干闷法(陈志山.α型半水石膏的生产工艺[J].非金属矿,1995,(1):23-25.)会导致产品质量波动较大、性能差、强度低、难以扩大应用；加压水溶液法(段珍华.高强脱硫石膏的制备技术与产业化应用研究[D].南京：东南大学，2009:8-9.)虽然能实现高强α型半水石膏的工业化、高产量生产，但过程冗长、设备复杂、前期投资大、耗能高，对其实际应用具有较大限制。
技术实现思路
针对现有技术中脱硫石膏制备高强石膏的方法存在的技术问题，本专利技术的目的是在于提供一种利用脱硫石膏为原料通过常压盐溶液法溶解及采用特殊的晶型转化剂转型形成晶型结构完整、强度高、纯度高的α型半水石膏；该方法不需要压力容器、设备简单、操作便利、条件容易控制，具有很好的发展前景。为了实现上述技术目的，本专利技术提供了一种脱硫石膏常压盐溶液法制备高强石膏的方法，该方法包括以下步骤：1)配制NaCl/MgCl2/CaCl2三元混合盐溶液；2)将三元混合盐溶液温度控制在65～100℃，在恒温及搅拌条件下，缓慢加入脱硫石膏溶液，形成浆液；3)在浆液中加入乙二胺四乙酸二钠/硫酸铝复合转晶剂并调整浆液的pH为5～8，反应生成α型半水石膏。优选的方案，所述NaCl/MgCl2/CaCl2三元混合盐溶液的质量百分比浓度为15～30％；较优选为18～22％。当Mg-Ca-Na的混合氯化盐溶液质量浓度低于15％时，脱水产物的结晶水在20％左右，与二水石膏的理论结晶水含量20.93％接近，此时的产物为二水石膏，脱硫石膏转化为半水石膏的脱水过程没有发生；当Mg-Ca-Na的混合氯化盐溶液质量浓度为15％时，产物的结晶水含量为16.39％，此时的脱水产物主要仍为二水石膏，少量的半水石膏生成，表明脱水过程已经发生，但是并未进行完全；当Mg-Ca-Na的混合氯化盐溶液质量浓度高于15％时，产物的结晶水含量接近于6.21％，从XRD谱图中也可以看出，此时的脱水产物为半水石膏。实验证明，当盐溶液质量浓度达到30％时，后续脱盐过程十分困难，不利于得到纯的α型半水石膏晶体。在本专利技术中盐溶液的浓度对于脱硫石膏制备α型半水石膏具有很重要的影响，脱硫石膏能否转变为α型半水石膏主要取决于二水石膏与α型半水石膏的溶解度差值。盐溶液的质量浓度对脱水反应的作用过程可以通过离子效应来解释。当盐溶液浓度过低时，复合盐离子会同时促进二水石膏和α型半水石膏相的溶解，此时两者在Mg-Ca-Na的混合氯化盐溶液中溶解度相差不大，不利于α型半水石膏相的析出；当盐溶液浓度较大时，复合盐离子会抑制两种石膏相的溶解，使得它们在盐溶液中的溶解度降低，然而半水石膏的溶解度降低程度更大，扩大了与二水石膏的差值，此时半水石膏便不断析出，最终生成α型半水石膏晶体。根据实验结果确定盐溶液的最佳质量百分比浓度为20％。优选的方案三元混合盐溶液温度控制在95～99℃。当反应温度低于80℃时，脱硫石膏的脱水过程基本上没有进行，此阶段的结晶水含量与理论值较为接近，随着温度的逐渐升高，脱水反应开始进行，结晶水降至15.89％，但是主要物相仍然是以二水石膏为主，α型半水石膏的生成量微乎其微；当温度达到99℃左右后，脱硫石膏的脱水过程进行的比较完全，此时的结晶水含量为6.01％，主要产物为α型半水石膏。较优选的方案，所述NaCl/MgCl2/CaCl2三元混合盐溶液中MgCl2:CaCl2:NaCl的质量比为20～30:2～8:1；最优选为25:5:1。本专利技术在选择混合盐溶液过程中进行了大量实验研究，结果表明：脱硫石膏在碱金属的氯盐溶液中(KCl、NaCl)不能生成目标产品α型半水石膏。在KCl溶液中生成了斜水钙钾矾(Goergeyite)，该产物的结晶水含量很低，仅有0.25％；而在NaCl溶液中基本上没有发生脱水反应，主要产物是二水石膏，有微量的半水石膏生成，表明原料在NaCl溶液中具有生成α型半水石膏的可能性，需要进一步改变实验条件来实现。当以碱土金属的氯盐溶液(MgCl2、CaCl2)分别作为盐溶液基质时，脱硫石膏发生了脱水反应过程，产物主要是α型半水石膏，在Ca盐、Mg盐中脱水产物的结晶水含量分别为8.58％、9.86％。然而，仍然存在有少量的二水石膏，表明脱硫石膏的脱水反应不彻底。本专利技术尝试采用NaCl/MgCl2/CaCl2三元混合盐溶液获得了很好的效果。将少量的氯化钠盐引入MgCl2和CaCl2的二价碱土金属盐溶液中，能使溶液中的离子总浓度增大，离子之间相互牵制的作用增强，当加入弱电解质CaSO4·2H2O时，降低了Ca2+与SO42-相互结合形成分子的可能性，导致弱电解质分子浓度减小、离子浓度相应增大，解离度增大，使二水硫酸钙的溶解度增大，有利于二水石膏发生脱水反应。优选的方案，所述脱硫石膏溶液的质量百分比浓度为5～30％，优选为15～25％。脱硫石膏的浓度对整个反应体系的影响不大，在其他基本工艺条件不变的条件下，脱硫石膏都能够进行脱水反应，最终脱水产物的结晶水含量在6％左右波动。然而，当脱硫石膏的质量浓度过低时，整个反应过程的反应效率较高，但是目标产物的产率过低，能耗较大；当原料质量浓度过高时，混合溶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种脱硫石膏常压盐溶液法制备高强石膏的方法，包括以下步骤：1)配制NaCl/MgCl2/CaCl2三元混合盐溶液；2)将三元混合盐溶液温度控制在80～100℃，在恒温及搅拌条件下，缓慢加入脱硫石膏溶液，形成浆液；3)在浆液中加入乙二胺四乙酸二钠/硫酸铝复合转晶剂并调整浆液的pH为5～8，反应生成α型半水石膏。

【技术特征摘要】
1.一种脱硫石膏常压盐溶液法制备高强石膏的方法，包括以下步骤：1)配制NaCl/MgCl2/CaCl2三元混合盐溶液；2)将三元混合盐溶液温度控制在80～100℃，在恒温及搅拌条件下，缓慢加入脱硫石膏溶液，形成浆液；3)在浆液中加入乙二胺四乙酸二钠/硫酸铝复合转晶剂并调整浆液的pH为5～8，反应生成α型半水石膏。2.根据权利要求1所述的一种脱硫石膏常压盐溶液法制备高强石膏的方法，其特征在于：所述NaCl/MgCl2/CaCl2三元混合盐溶液的质量百分比浓度为15～30％。3.根据权利要求1或2所述的一种脱硫石膏常压盐溶液法制备高强石膏的方法，其特征在于：所述NaCl/MgCl2/CaCl2三元混合盐溶液中MgCl...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯浩波，雷杰妮，张凯，刘石香，李政家，崔骏，
申请(专利权)人：肇庆市珈旺环境技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44