[发明专利]一种常压开放体系中石膏异形粉体制备与改性一体化方法

说明书

技术领域

本发明涉及石膏改型与改性、工业废渣处理与回收利用、矿物加工、非金属材料等领域，特别涉及石膏异形粉体制备与改性方法。

背景技术

我国拥有丰富的石膏资源，除天然石膏外，还有大量的工业副产石膏，如磷石膏渣、柠檬酸渣、固硫灰渣、脱硫石膏、氟石膏等。工业副产石膏因含有杂质而限制了其回收利用。我国是农业大国，磷石膏等工业副产石膏排量大，但利用率极低，引起了沉重的环境负担。寻求以工业副产石膏为原料，制备出价廉、高性能的环保产品的方法，实现工业副产石膏的处理与回收再利用，具有重要意义。

石膏粉是五大凝胶材料之一，主要成分是硫酸钙，根据其含水量和形貌分为软石膏粉、硬石膏粉和纤维石膏粉。纤维石膏粉又称为石膏晶须或硫酸钙晶须，硫酸钙晶须包括半水硫酸钙晶须和无水硫酸钙晶须，为硫酸钙的单晶纤维，具有均匀的结构、完整的外形、特定的横截面、稳定的尺寸，其平均长径比可达30～80。硫酸钙晶须同其他微观纤维比较，因其直径为微米甚至纳米级，故其机械强度极高，加之其优良的耐化学腐蚀性能，无毒，松装密度大，价格在晶须行业中最低等诸多特点，因此其广泛地用于医药、食品、增强材料、摩擦材料、建筑材料、保温材料、涂料、造纸、塑料改性、沥青改性等众多领域。

软石膏粉、硬石膏粉的制备方法主要包括破碎、预粉磨和煅烧环节。关于硫酸钙晶须的研究，日本、美国、德国等开始于20世纪70年代，而我国直到20世纪80年代末期才开始对硫酸钙晶须进行研究。目前，制备硫酸钙晶须的方法主要有4种：                                               高温高压水热法：是指将质量浓度小于2%的二水硫酸钙悬浮液、特定的助晶剂加到高压反应釜中，在较高的温度（一般为140℃）下，形成饱和蒸汽压，二水硫酸钙溶解结晶为细小针状的半水硫酸钙，再经过滤、干燥、晶型稳定化处理等工序，得到半水硫酸钙晶须。例如，CN200410050288.X，以生石膏为原料，采用水热合成法，将调制好的硫酸钙悬浮液在温度为100～200℃，压力为1～3atm下，制得了长度为100～200μm，宽度为1～4μm的硫酸钙晶须；常压酸化法：是指在一定温度下，较高浓度的二水硫酸钙悬浮液在酸性溶液中，转变为针状或纤维状的半水硫酸钙晶须。例如，CN200710010129.0，以转炉渣为原料，经研磨、硫酸浸出后，将调制后的硫酸钙悬浮液在温度为120~200℃，压力为0.3～1Mpa下，制得了长度为10～240μm，宽度为50nm～5μm的硫酸钙晶须；盐溶液法：是指在一定的温度和压力下，特定浓度的二水硫酸钙悬浮液中加入特定的盐，如氯化镁、钠盐、钾盐等盐类，依据盐效应，制备出半水或无水硫酸钙晶须。例如，CN200510047452.6，以工业氧化钙与硫酸为原料，在硫酸钙悬浮液加入了特定的盐类,于40～110℃，制得了长径比为40～400的硫酸钙晶须；化学反应法：是指在一定的温度和压力下，含钙离子溶液与含硫酸根离子溶液按照浓度比为1:1进行化学反应，通过加入晶种或晶型诱导剂，使生长的硫酸钙晶体呈针状或纤维状。例如，200410084713.7，以碳酸钙和硫酸为原料，经煅烧、等摩尔反应，于45～135℃下，制得了长径比为12～55的硫酸钙晶须。201210099058.7，以白云石为原料，经煅烧、盐酸处理后，等摩尔的氯化钙与稀硫酸进行化学反应，通过控制搅拌速率获得硫酸钙晶须。

石膏粉（包括软石膏粉、硬石膏粉、硫酸钙晶须）由于其吸水性较强、与有机物的兼容性较差，在其使用前往往需对其进行改性。目前石膏粉的改性方法主要有干法和湿法。干法改性操作较为简单，但是会对硫酸钙晶须造成折断且改性效果不理想。湿法改性就是将改性剂制成溶液，再将石膏粉体添加到改性剂溶液中，搅拌静置后即得到改性石膏粉体。虽然湿法改性操作较为复杂，但是对硫酸钙晶须的折断率较小，改性效果较好。故软石膏粉或硬石膏粉的改性多采用干法，硫酸钙晶须的改性多采用湿法。