一种脱硫石膏制备高白度短柱状亚微米级α-半水石膏的方法技术

本发明专利技术一种脱硫石膏制备高白度短柱状亚微米级α‑半水石膏的方法。该方法包括以下步骤：将N.N’‑亚甲基双丙烯酰胺、水、脱硫石膏加入到反应容器中混合，配制成反应浆液，并将浆液加热到120～125℃反应2～5h；过滤，洗涤至中性后干燥得到中间产物；将水、中间产物、NaCl、丁二酸、乙二醇混合后配制成反应浆液；再将反应浆液于温度为120℃～125℃，搅拌均相反应器进行反应3～4h；过滤干燥后，得到高白度短柱状亚微米级α‑半水石膏。本发明专利技术不仅解决了废弃资源脱硫石膏的堆积和二次污染问题，还为生产高白度且具有一定强度的小颗粒石膏提供了新方法。

A method for preparing high whiteness short columnar sub-micron alpha-hemihydrate gypsum from desulfurized gypsum

The invention provides a method for preparing high whiteness short columnar sub-micron alpha hemihydrate gypsum by desulfurization gypsum. The method comprises the following steps: adding N.N' The homogeneous reactor was stirred for 3-4 hours at 120-125 C. After filtration and drying, high whiteness short columnar sub-micron alpha-hemihydrate gypsum was obtained. The invention not only solves the problems of accumulation and secondary pollution of waste resource desulfurization gypsum, but also provides a new method for producing small granular gypsum with high whiteness and certain strength.

【技术实现步骤摘要】
一种脱硫石膏制备高白度短柱状亚微米级α-半水石膏的方法
本专利技术涉及一种利用溶解结晶和多次晶形转化得到高白度短柱状亚微米级α-半水石膏的方法。技术背景脱硫石膏是火电厂钙基湿法脱硫产生的固体废弃物，主要成分为二水石膏。α-半水石膏因具有胶凝强度高被称为高强石膏，可由二水石膏在一定条件下脱水制备得到。根据其粒径的大小，α-半水石膏可以分为微米级及纳米级。由于微米级α-半水石膏颗粒过大，限制了在某些医药等高端领域的应用。近年来，研究者将注意力放到了纳米-亚微米级α-半水石膏在医学领域的应用，发现纳米-亚微米级α-半水石膏具有良好的无菌性、成骨性和生物降解性，在牙科印模、骨移植替代物、陶瓷基和为骨再生提供生长因子的支架或载体等方面具有很大的应用潜力。Kong(KongB,YuJ,SavinoKeith,etal.Synthesisofα-calciumsulfatehemihydratesubmicron-rodsinwater/n-hexanol/CTABreversemicroemulsion[J].Colloids\s&\ssurfacesA:physicochemical\s&\sengineeringAspects,2012,409(409):88-93)通过水、正己醇分别添加十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠制备为反相微乳液，利用反向微乳液滴控制晶核形成及大小并制备出宽度为500nm，长径比0.5左右的六边形盘状α-半水石膏，但是制备过程为有机相参与的微乳液环境，工艺处理复杂且产品晶体形貌结构不够密实。Guan(GuanB,JiangG,WuZ,etal.Preparationofα-CalciumSulfateHemihydratefromCalciumSulfateDihydrateinMethanol–WaterSolutionunderMildConditions[J].JournaloftheAmericanCeramicSociety,2011,94(10):3261-3266)以化学试剂CaCl2和(NH4)2SO4为原料，Na2EDTA为模板剂，通过协同调控过饱和度和Na2EDTA来控制α-半水石膏的晶体形貌，制备得到长约350nm，宽约150nm的单分散性α-半水石膏纳米椭球颗粒。Hazra(HazraC,BariS,KunduD,etal.Ultrasound-assisted/biosurfactant-templatedsize-tunablesynthesisofnano-calciumsulfatewithcontrollablecrystalmorphology[J].UltrasonicsSonochemistry,2014,21(3):1117-1131)同样以化学试剂CaCl2和(NH4)2SO4为原料，制备出长度为1.5-2μm，宽度为300-400nm的六角棱柱状α-半水石膏。以上两者都为化学药品作为合成CaSO4的原料，未见脱硫石膏制备亚微米级α-半水石膏的报道，另外，从理论上来讲，制备得到的椭球状与六角棱柱状α-半水石膏产品的抗压抗折强度低于六方棱柱的α-半水石膏。为进一步扩大脱硫石膏的综合利用范围，实现废弃资源的高附加值利用，本专利技术开发了一条创新性的制备高白度短柱状亚微米级α-半水石膏的方法。
技术实现思路
：本专利技术的目的是针对当前技术中存在的高白度短柱状α-半水石膏因颗粒较大存在应用受限的不足，提供一种脱硫石膏制备高白度短柱状亚微米级α-半水石膏的方法。本文采用两步高压法制备得到高白度短柱状亚微米级α-半水石膏，首先将脱硫石膏在N.N’-亚甲基双丙烯酰胺的添加下转化为菱柱状CaSO4·0.5H2O晶体，同时去除脱硫石膏中的杂质；再以中间产物作为原料，调整此次转晶过程物料配比，便可以得到高白度短柱状亚微米级α-半水石膏晶体。本专利技术利用两次溶解结晶过程成功实现有色杂质分离和产品提纯，制备得到高白度亚微级α-半水石膏产品，不仅解决了废弃资源脱硫石膏的堆积和二次污染问题，还为生产高白度且具有一定强度的小颗粒石膏提供了新方法。本专利技术的技术方案为：一种脱硫石膏制备高白度短柱状亚微米级α-半水石膏的方法，包括以下步骤：(1)菱柱状产品的制备：将N.N’-亚甲基双丙烯酰胺、水、脱硫石膏加入到反应容器中混合，配制成反应浆液，并将浆液加热到120～125℃反应2～5h；其中，质量比为N.N’-亚甲基双丙烯酰胺：脱硫石膏：水＝0.3～0.5：8～10：100；(2)将(1)步中所得浆料进行过滤，并用去离子水对过滤得到的固相进行洗涤至中性；(3)干燥：将(2)步得到的产物在100℃下烘干3～6h，得到中间产物；(4)将水、中间产物、NaCl、丁二酸、乙二醇混合后配制成反应浆液；其中，质量比为水：中间产物：NaCl：丁二酸：乙二醇＝100:14～20:2～5:0.02～0.06:0.2～2；(5)将(4)中所得反应浆液置于聚四氟乙烯反应釜内，于温度为120℃～125℃，搅拌进行反应3～4h；(6)将(5)步得到的产品进行过滤后，对过滤得到的固相于100℃下进行烘干3～6h即可得到高白度短柱状亚微米级α-半水石膏。所述的步骤(5)中的搅拌转速为80～150r/min。本专利技术的有益效果：本专利技术以废弃资源脱硫石膏为原料，利用粒度控制剂成功实现晶体颗粒粒度降低到亚微米级，两次溶解结晶使脱硫石膏中可溶性有色杂质充分脱除，大大提高了短柱状α-半水石膏的白度值；本文提供了一种从源头上解决短柱状α-半水石膏由于颗粒大、颜色深而造成的应用范围受到极大限制的新方法，可进一步满足对产品白度和强度要求更高的医学领域的需求，对提升废弃资源脱硫石膏的应用价值有重大的意义。具体体现在：(1)现有的制备高白度短柱状亚微米级α-半水石膏的方法是以化学药品为原料进行的，化学药品纯度虽高，但其成本很高。如若能以固体废弃资源-脱硫石膏作为原料，研发出一种与化学药品制得的产品白度及性能相似的技术，不仅可以为公司采购每吨原料节约近5000元成本；同时还可以解决脱硫石膏大量堆积、污染环境等问题，对脱硫石膏的综合利用提供了新方向。所以，本专利技术利用溶解-再结晶方法，脱除脱硫石膏中的大部分有色杂质，得到晶体形貌为菱柱状的半水石膏中间产物，以此中间产物为原料生产出高白度的短柱状亚微米级α-半水石膏，为脱硫石膏的综合利用提供了一种新方法。(2)α-半水石膏的形貌对其性能和应用有很大的影响，纳米和亚微米α-半水石膏具有很大的应用潜力。低长径比的α-半水石膏晶体具有较高的强度和较强的可注射性，能够很好的用于建材领域或者作为骨结合剂。目前大多数学者采用反相微乳液法制备短柱状纳米-亚微米级α-半水石膏过程中使用了大量的表面活性剂，这不仅使产品制备成本增加，还会导致产品收率较低；另外这种有机相参与的微乳环境使工艺处理比较复杂。本专利技术采用两步高压水溶液法，既克服了微乳环境下产品收率低的缺点，又使工艺流程得到简化。本文在保证工艺路线稳定的基础上对反应条件及产品性能进行定量化，得到产品白度值高于90％，长径比为1，长度为4μm左右的短柱状晶体，且粒度与现有的以微乳环境制备得到的短柱状α-半水石膏晶体粒度大小相似。(3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种脱硫石膏制备高白度短柱状亚微米级α‑半水石膏的方法，其特征为该方法包括以下步骤：（1）菱柱状产品的制备： 将N.N

【技术特征摘要】
1.一种脱硫石膏制备高白度短柱状亚微米级α-半水石膏的方法，其特征为该方法包括以下步骤：（1）菱柱状产品的制备：将N.N’-亚甲基双丙烯酰胺、水、脱硫石膏加入到反应容器中混合，配制成反应浆液，并将浆液加热到120~125℃反应2~5h；其中，质量比为N.N’-亚甲基双丙烯酰胺：脱硫石膏：水=0.3~0.5：8~10：100；（2）将（1）步中所得浆料进行过滤，并用去离子水对过滤得到的固相进行洗涤至中性；（3）干燥：将（2）步得到的产物在100℃下烘干3~6h，得到中间产物；（4）将水、中间产物、NaCl、...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹吉林，郜丽丽，陈学青，郭宏飞，秦莹，陶劲文，张广林，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12