[发明专利]一种磷石膏制备二水硫酸钙晶须的方法

说明书

技术领域

本发明涉及化工原料制备技术领域，尤其是一种磷石膏制备二水硫酸钙晶须的方法。 

背景技术

磷石膏是湿法磷酸生产过程中的伴生物，主要成分为二水硫酸钙。目前，自然堆放是磷石膏的主要处理方法，我国的磷石膏堆存量在3亿t以上，并以每年4000～5000万t的规模增加，这不仅需耗费大量资金、占用大片土地，而且长时间堆放，磷石膏中所含氟化物、游离磷酸、P₂O₅、磷酸盐等杂质会对生态环境造成严重危害；同时，磷石膏应用于建筑材料、土壤改良剂和筑路等领域也存在着耗能高、二次污染、产品附加值低等问题。因此开发高附加值产品，变废为宝，实现磷石膏资源化利用具有十分重要的现实意义。 

但是，在磷石膏中还含有多种其他杂质，如：石英、未分解的磷灰石、不溶性P₂O₅、水溶性P₂O₅、共晶P₂O₅、氟化物及氟、铝、镁、铁的磷酸盐和硫酸盐等，因此，将磷石膏进行预处理是磷石膏综合利用的前提条件。 

硫酸钙晶须的生产是一种低成本高附加值的磷石膏处理方法。 

硫酸钙晶须通常是指以石膏为原材料，通过人为控制,以单晶形式生长的，具有均匀的横截面、完整的外形、完善的内部结构的纤维状（须状）单晶体。有二水硫酸钙晶须（CaSO₄·2H₂O）、半水硫酸钙晶须（CaSO₄·0.5H₂O）和无水硫酸钙晶须（CaSO₄）之分，它们的外观均为白色蓬松状固体。它是一种性能优良、价格低廉的新型功能材料，广泛应用于塑料、橡胶、胶黏剂、尼龙、造纸、水处理等 行业中。 

以磷石膏为原料制备硫酸钙晶须，其实质上是颗粒状的CaSO₄·2H₂O向纤维状的半水或无水CaSO₄转化过程，本质是一个“溶解—结晶—脱水”的过程。然而磷石膏中存在P2O5、F、Fe、Mg等多种杂质会破坏二水硫酸钙的溶解平衡，影响晶核的生成和晶须的生长。 

为此，有研究者以磷石膏为原料通过石灰中和、球磨、筛分、浮选、水洗、煅烧、硫酸浸取等预处理方法生产硫酸钙晶须，如崔益顺在《磷石膏制备硫酸钙晶须的研究》中采用研磨、漂洗、酸化等步骤，制备出硫酸钙晶须产品产率为31.36%，纯度93.61%，长径比95，白度65.8%；杨林在《磷石膏水热合成硫酸钙晶须的研究》中采用石灰中和、球磨、筛分等方法，制备出平均直径1～3μm、长径比约为48的硫酸钙晶须。 

罗康碧在专利号为CN102634843A的《一种磷石膏制取微米级硫酸钙颗粒和晶须的方法》公开了热硫酸混合溶液处理磷石膏，然后趁热分离，浸出液冷却后可制得硫酸钙晶须含磷氟小于0.1%、白度83%左右、粒径小于50μm、长径比50～100；武汉科技大学在专利号为CN201210485808.4的《一种以磷石膏为主要原料制备半水硫酸钙晶须的方法》公开了一种将磷石膏、盐酸、硫酸和水按配比进行配料，再在常压、80～110℃和250～350r/min的转速条件下搅拌1～2h，然后在80～110℃条件下过滤，得到初级滤饼，将初级滤饼用80～100℃的热水洗涤1～2次，备用，滤液和洗涤液返回磷酸生产工段回用的方法；昆明理工大学在专利号为CN201210127729.6的《一种磷石膏制取微米级硫酸钙颗粒和晶须的方法》中公开了一种按每100mL硫酸溶液中加入0.01～0.1g助剂的比例在硫酸溶液中加入助剂，在60～90℃、不断搅拌的条件下加入磷石膏，每100mL硫酸溶液加入10～30g磷石膏，搅 拌反应0.5～4.0h后，过滤，滤液冷却分离得到结晶物的方法；瓮福(集团)有限责任公司在专利号为CN200910102849.9的《一种由磷石膏制备超微细硫酸钙晶须的方法》中公开了一种包括：将磷石膏超细化处理至粒径为0.1～100μm，加入水配成质量百分数为5～15％的料浆，调节pH值为3～5，在125～145℃，压力为2～3MPa条件下反应3～5h，趁热抽滤，在120～250℃干燥即得硫酸钙晶须。