一種以電石渣為原料生產石膏晶須的方法
【專利摘要】本發明涉及一種以電石渣為原料生產石膏晶須的方法，屬無機材料制備、固體廢棄物綜合利用領域。一種利用以電石渣為原料生產石膏晶須的方法，其特征在于它包括如下步驟：（1）電石渣干燥、球磨、煅燒；（2）將經煅燒處理步驟后得到的電石渣與稀硫酸反應；將沉淀產物水洗、離心分離；（3）將步驟（2）得到的固體用水調漿，加入一定質量分數的助晶劑，然后轉入水熱反應釜中水熱反應；將水熱反應后的產物水洗、離心、干燥，即可得到本發明所述以電石渣為原料制備的石膏晶須產品。本發明具有反應條件溫和、工藝簡單、操作彈性大、易工業化生產等優點，制備的石膏晶須長徑比大、補強性能好。
【專利說明】—種以電石渣為原料生產石膏晶須的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種以電石渣為原料生產石膏晶須的方法，屬無機材料制備、固體廢棄物綜合利用領域。
【背景技術】
[0002]電石渣是工業生產乙炔、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯醇(PVI)等過程中電石(CaC2)
[0003]水解形成的工業廢渣。電石渣的主要成分是Ca (OH)2，此外含有Fe203、SiO2, MgO、Al2O3
[0004]等金屬氧化物、氫氧化物以及少量有機物。電石渣在剛排出時含水率非常高，達到
85%~
[0005]90%，在灰壩沉淀堆積以后，水分可以降到50%以下，干燥后呈灰白色，顆粒細小且均勻，
[0006]比重小而結構松散。由于電石渣含有大量Ca(OH)2,因此電石渣及滲濾液呈強堿性，渣液pH值在12以上。
[0007]按生產經驗，每生產It PVC產品排放1.St電石渣，排放量相當巨大。因不便長途運輸和集中處理，致使國內大部分生產廠家將電石渣就地堆放或填埋，因而占用大量土地。不僅如此，電石渣長期堆存滲透會造成土地鹽堿化，污染水體，堿性渣灰的揚塵也會對周邊環境造成污染，危及周邊地區居民生活和身體健康。因此，電石渣的治理是解決環境污染和企業生存的一項重要工作。
[0008]目前，國內的電石渣主要處理方法為(I)填海、填溝，缺點為不僅未實現綜合利用，還會堿化土地、污染水源，造成二次污染；(2)替代石灰石生產水泥，缺點為附加值低，且電石渣干燥成本高；此外,水泥質量標準GB175-2007中對氯離子含量要求〈0.06(質量比)，電石渣中的氯離子含量過高也會限制其在水泥制品中的應用；(3)生產建筑用磚，但達到同類產品的質量標準有一定困難。
[0009]利用電石渣能夠和酸性物質發生化學反應的屬性，開展電石渣的相關綜合利用，從而實現以廢治廢，變廢為寶的綜合處理模式，不但能獲得良好的經濟效益，而且也能獲得良好的社會效益。
[0010]石膏晶須又稱硫酸鈣晶須，它是以石膏為原材料，在一定環境條件下，以單晶形式生長而成的具有均勻的橫截面、完整的外形、完善的內部結構的纖維狀(須狀)單晶體。硫酸鈣晶須有二水(CaSO4.2H20)、半水(CaSO4.0.5H20)和無水(CaSO4)之分，均為蓬松狀白色固體，纖維狀或針狀單晶體形態。 [0011]石膏晶須是一種有著許多特殊性能的非金屬材料，具有高強度、高模量、高韌性、高絕緣性、耐磨耗、耐高溫、耐酸堿、抗腐蝕、紅外線反射性良好、易于表面處理、易與聚合物復合、無毒等諸多優良的物理化學性能。石膏晶須與其它短纖維相比，具有許多優點，且價格在晶須中最低，，有其它晶須無可擬的性價比，應用范圍非常廣泛，是一種性能優良、低廉的綠色環保材料，具有很強的市場效力。[0012]石膏晶須可應用于很多領域:(1)用作復合材料的增強組元。石膏晶須強度高、韌性好，可以作為塑料、橡膠、聚氨酯等材料的增強組元，提高制品的機械強度、耐熱性和尺寸穩定性等。(2)制造摩擦材料。東北大學研制的新型無石棉摩擦材料就是采用石膏晶須作為增強纖維應用到其中的，此種摩擦材料已經通過了長春汽車研究所的檢測，其摩擦系數和磨損率均符合GB5763—86標準的要求。在摩擦材料中加入一定量的石膏晶須后，摩擦系數的穩定性和摩擦材料的耐磨性都能得到提高，延長了摩擦材料的使用壽命。(3)用于環境材料。石膏晶須具有很大的比表面積，吸附性好，且松散密度極小，無毒，利用晶須間隙和特殊處理后的表面活性，石膏晶須可廣泛用作飲料、啤酒和藥品的過濾。此外，石膏晶須具有耐高溫、耐酸堿、抗腐蝕等特性，可以直接用其過濾高溫或具有腐蝕性的液體或氣體。(4)制備涂料。以微米級石膏晶須作為填料制備出的硫酸鈣晶須聚酯粉末涂料，具有較高的截面形貌，石膏晶須及樹脂交聯分布較均勻，硬度、光澤度都很好，制備的粉末涂料最高使用溫度達350°C，力學性能優異。(5)在道路浙青中的應用。石膏晶須能夠提高浙青的軟化點，降低浙青的針入度。將改性后的石膏晶須應用于道路浙青中，隨添加量的增加，浙青軟化點逐漸增高，其針入度逐漸減小。除此之外，石膏晶須還可用于吸附廢氣、廢水中的重金屬等有害物質，制造保溫、隔音、阻燃材料等。 [0013]目如我國有關制備石骨晶須的專利文獻有5項,相關如下:
[0014]專利1796285公開了一種石膏晶須的制備方法，其特征為:所述石膏晶須的制備方法包括以下步驟，a.將化學石膏提純成二水石膏；b.將提純的化學石膏加水磨細，獲得的漿體打入搪玻璃反應釜；c.再向其內加入鹽酸或氯鹽，煮沸至石膏溶解；d.將溶解的溶液經過攪拌、冷卻重結晶出二水石膏晶須；e.將結晶產物甩干；f.甩干的二水石膏晶須經中和處理，獲得濕的二水石膏晶須初級產品。
[0015]專利102797030公開了一種石膏晶須的制備方法，是以氯化銨(或硝酸銨)液加入特別的助晶劑為介質溶液，二水石膏用介質溶液調漿，然后進行水熱反應，再經過濾、干燥得到半水石膏晶須。
[0016]專利102794101公開了一種石灰石脫硫聯產石膏晶須工藝，其特征是:以石灰石(碳酸鈣)為吸收劑，以硫酸銨為過程吸收劑，煙氣在吸收塔中部進入與吸收液逆流接觸傳質，從塔頂離開，塔底大部分漿液在吸收塔中循環，少部分漿液送晶須制備，制得的晶須經離心分離，液相送石灰石制漿，固相即石膏晶須。
[0017]專利1477242公開了一種石膏晶須及其制備方法，其生產方法是:以天然或化學的二水石膏為原料，其工藝過程包括:粉磨、配漿料、水熱反應、液體分離、表面處理、干燥，其特征在于配料過程中加入0.1~0.5 (重量)的石膏晶須為晶種，并加入堿金屬的脂肪酸鹽為轉晶劑。
[0018]專利101230483公開了一種用檸檬酸鈣制取石膏晶須的方法，屬于精細化工生產【技術領域】。該方法主要內容是:在檸檬酸鈣漿液加入硫酸后，攪拌均勻在高壓釜中維持溫度120~130°C反應IO~50分鐘，冷卻后過濾；濾液用于結晶析出檸檬酸產品，濾料用水洗滌I~3次，濾干后在80~100°C干燥，得到石膏晶須。
[0019]以上專利分別提出了不同的方法制備石膏晶須，基本上都是以石膏或其他化學試劑為原料，生產成本高，同時存在反應步驟復雜、生產周期長等缺陷。
【發明內容】

[0020]本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術存在的不足而提供一種以電石渣為原料生產石膏晶須的方法，該方法反應條件溫和、工藝簡單、操作彈性大、易工業化生產，制備的石膏晶須長徑比大、品質高。
[0021]本發明為解決上述提出的問題所采用的技術方案為:
[0022]一種以電石渣為原料生產石膏晶須的方法，包括如下步驟:
[0023]I)將電石洛烘干后球磨,然后于500~900°C煅燒I~5小時；
[0024]2)將經過煅燒處理后的電石渣與稀硫酸按體積比1:1~1:5混合、攪拌均勻，然后在30~80°C反應5~30小時，反應過程中持續攪拌；將所得固體產物分離出來，洗滌至中性后然后再次分離出固體產物；
[0025]3)將步驟2)得到的固體產物用水調漿，控制漿料濃度為I~10wt% (質量分數)，加入助晶劑，然后于110~180°C水熱反應4~10小時；將水熱反應后所得的固體產物分離出來，洗滌至中性后再次分離出固體產物，干燥后即為本發明所述以電石渣為原料制備的石膏晶須。
[0026]所述電石渣是工業生產乙炔、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯醇(PVI)等過程中電石(CaC2)水解形成的工業廢渣。電石渣的主要成分是0&(0!1)2，此外含有？6203、5102、1%041203等金屬氧化物、氫氧化物以及少量有機物。[0027]按上述方案，所述電石渣的含水量為30%~60%，烘干處理后的電石渣中氫氧化鈣含量高于90%。
[0028]按上述方案，步驟I)所述烘干的溫度為70~120°C，時間3~10小時。
[0029]按上述方案,步驟2)所述稀硫酸質量分數為25~50%。
[0030]按上述方案，步驟2)所述攪拌的速度為200~3000轉/分鐘。
[0031]按上述方案，步驟2)所述分離采用離心分離，離心轉速優選1500~4000轉/分鐘，離心時間優選5~30分鐘。所述分離也可以采用沉降、過濾等方法。
[0032]按上述方案，經步驟2)得到的固體產物還可以經過干燥處理后，再進行步驟(3)，可以根據實際情況確定是否選擇干燥處理；干燥的溫度優選為60~120°C，時間為3~12小時。
[0033]按上述方案，所述助晶劑為乙二醇。
[0034]按上述方案，所述助晶劑的添加質量為步驟3)所述漿料中固體產物質量的0.5~
3% ο
[0035]按上述方案，步驟3)所述分離采用離心分離，離心轉速優選2000~4000轉/分鐘，離心時間優選5~15分鐘。所述分離也可以采用沉降、過濾等方法。
[0036]按上述方案，步驟2)所述干燥的溫度為70~120°C，干燥的時間為5~12小時。
[0037]上述方法所得到的石膏晶須，長徑比為50~100，長度100~500微米，寬度2~5微米，純度90~98%。
[0038]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
[0039]( I)本發明以電石渣為原料生產石膏晶須，而不是采用石膏或其他化學試劑，原料廉價、生產的石膏晶須成本低的同時，也實現了變廢為寶的綜合處理模式，屬固體廢棄物綜合利用。[0040](2)本發明所述生產石膏晶須的反應條件溫和、工藝簡單，本發明操作彈性更大、更易工業化生產；
[0041](3)本發明所制備的石膏晶須長徑比大、補強性能好。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0042]圖1為本發明制備的石膏晶須實物圖。
【具體實施方式】
[0043]下面以實 施例對本發明進一步闡述，但并不因此將本發明限制在所述的實施例范圍之內。
[0044]實施例1:
[0045]一種以電石渣為原料生產石膏晶須的方法，它包括如下步驟:
[0046](I)將電石渣120°C烘干3小時，然后球磨10分鐘，再900°C煅燒I小時；
[0047](2)將經煅燒處理后的電石渣與稀硫酸(硫酸質量分數為50%)按體積比1:3的配比混合、攪拌均勻，然后在80°C水浴溫度下反應5小時，反應過程中磁力攪拌，攪拌速度為1000轉/分鐘；將反應后的產物水洗至pH值等于7，然后離心(2000轉/分鐘，30分鐘)得到固體產物；
[0048](3)將上述步驟(2)得到的固體用水調漿，控制漿料濃度為1% (質量比)，加入乙二醇(質量為漿料中固體質量的0.5%)，然后轉入水熱反應釜中110°C水熱反應10小時；將水熱反應后的產物水洗至PH值等于7，然后離心(2000轉/分鐘，15分鐘)、干燥(120°C，5小時)，即可得到本發明所述以電石渣為原料制備的石膏晶須產品。
[0049]實施例1制備的石膏晶須長徑比為50，長度150微米，寬度3微米，純度90%。
[0050]實施例2:
[0051]一種以電石渣為原料生產石膏晶須的方法，它包括如下步驟:
[0052](I)將電石渣70°C烘干10小時，然后球磨15分鐘，再500°C煅燒5小時；
[0053](2)將經煅燒處理后的電石渣與稀硫酸(硫酸質量分數為25%)按體積比1:5的配比混合、攪拌均勻，然后在30°C水浴溫度下反應30小時，反應過程中磁力攪拌，攪拌速度為200轉/分鐘；將反應后的產物水洗至pH值等于7，然后離心(4000轉/分鐘，5分鐘)、干燥(60°C，12 小時)；
[0054](3)將上述步驟(2)得到的固體用水調漿，控制漿料濃度為10% (質量比)，加入乙二醇(質量為漿料中固體質量的3%)，然后轉入水熱反應釜中180°C水熱反應4小時；將水熱反應后的產物水洗至PH值等于7，然后離心(4000轉/分鐘，5分鐘)、干燥(70°C，12小時)，即可得到本發明所述以電石渣為原料制備的石膏晶須產品。
[0055]實施例2制備的石膏晶須長徑比為60，長度120微米，寬度2微米，純度95%。
[0056]實施例3:
[0057]—種以電石渣為原料生產石膏晶須的方法，它包括如下步驟:
[0058](I)將電石渣80 0C烘干5小時，然后球磨5分鐘，再700 °C煅燒3小時；
[0059](2)將經煅燒處理后的電石渣與稀硫酸(硫酸質量分數為35%)按體積比1:1的配比混合、攪拌均勻，然后在50°C水浴溫度下反應10小時，反應過程中磁力攪拌，攪拌速度為3000轉/分鐘；將反應后的產物水洗至pH值等于7，然后離心(3000轉/分鐘，10分鐘)、干燥(120°C，5 小時)；
[0060](3)將上述步驟(2)得到的固體用水調漿，控制漿料濃度為5% (質量比)，加入乙二醇(質量為漿料中固體質量的1%)，然后轉入水熱反應釜中150°C水熱反應5小時；將水熱反應后的產物水洗至pH值等于7，然后離心(3000轉/分鐘，10分鐘)、干燥(100°C，10小時)，即可得到本發明所述以電石渣為原料制備的石膏晶須產品。
[0061]實施例3制備的石膏晶須長徑比為100，長度500微米，寬度5微米，純度98%。
[0062]實施例4:
[0063]一種以電石渣為原料生產石膏晶須的方法，它包括如下步驟:
[0064](I)將電石渣100°C烘干8小時，然后球磨10分鐘，再800°C煅燒2小時；
[0065](2)將經煅燒處理后的電石渣與稀硫酸(硫酸質量分數為30%)按體積比1:3的配比混合、攪拌均勻，然后在60°C水浴溫度下反應20小時，反應過程中磁力攪拌，攪拌速度為2000轉/分鐘；將反應后的產物水洗至pH值等于7，然后離心(1500轉/分鐘，15分鐘)、干燥(80°C，10 小時)；
[0066](3)將上述步驟(2)得到的固體用水調漿，控制漿料濃度為3% (質量比)，加入乙二醇(質量為漿料中固體質量的2%)，然后轉入水熱反應釜中130°C水熱反應6小時；將水熱反應后的產物水洗至pH值等 于7，然后離心(2500轉/分鐘，12分鐘)、干燥(80°C，6小時)，即可得到本發明所述以電石渣為原料制備的石膏晶須產品。
[0067]實施例4制備的石膏晶須長徑比為50，長度100微米，寬度2微米，純度96%。
【權利要求】
1.一種以電石渣為原料生產石膏晶須的方法，其特征在于它包括如下步驟: 1)將電石洛烘干后球磨，然后于500~900°C煅燒I~5小時； 2)將經過煅燒處理后的電石渣與稀硫酸按體積比1:1~1:5混合、攪拌均勻，然后在30~80°C反應5~30小時，反應過程中持續攪拌；將所得沉淀產物分離出來，洗滌至中性后然后再次分離出固體產物； 3)將步驟2)得到的固體產物用水調漿，控制漿料濃度為I~10wt%(質量分數)，加入助晶劑，然后于110~180°C水熱反應4~10小時；將水熱反應后所得的固體產物分離出來，洗滌至中性后再次分離出固體產物，干燥后即為本發明所述以電石渣為原料制備的石膏晶須。
2.根據權利要求1所述的一種以電石渣為原料生產石膏晶須的方法，其特征在于所述電石洛的含水量為30%~60%,烘干處理后的電石洛中氫氧化鈣含量大于90%。
3.根據權利要求1所述的一種以電石渣為原料生產石膏晶須的方法，其特征在于步驟.1)所述烘干的溫度為70~120°C，時間3~10小時。
4.根據權利要求1所述的一種以電石渣為原料生產石膏晶須的方法，其特征在于步驟2)所述攪拌的速度為200~3000轉/分鐘。
5.根據權利要求1所述的一種以電石渣為原料生產石膏晶須的方法，其特征在于經步驟2)得到的固體產物經過干燥處理后，再進行步驟(3)，干燥的溫度為60~120°C，時間為3~12小時。
6.根據權利要求1所述的一種以電石渣為原料生產石膏晶須的方法，其特征在于步驟2)和步驟3)中所述分離均采用離心分離，離心轉速1500~4000轉/分鐘。
7.根據權利要求1所述的一種以電石渣為原料生產石膏晶須的方法，其特征在于所述助晶劑為乙~醇。
8.根據權利要求1所述的一種以電石渣為原料生產石膏晶須的方法，其特征在于所述助晶劑的添加質量為步驟3)所述漿料中固體產物質量的0.5~3%。
9.權利要求1-8中所述任意一種方法所生產得到的石膏晶須。
10.根據權利要求9所述的一種石膏晶須，其特征在于所述石膏晶須的長徑比為50~.100，長度100~500微米，寬度2~5微米，純度90~98%。
【文檔編號】C30B29/46GK103668424SQ201310706009
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月20日 優先權日:2013年12月20日
【發明者】王永錢, 原驁, 雷殿俊, 原博, 李印昌, 馬群, 雷新榮, 張錫軍 申請人:中國地質大學（武漢）