一種半水石膏單晶定向生長的控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及石膏，特別涉及一種可以用作建筑、塑料、橡膠、涂料中的柱狀形貌的 半水石膏單晶體的制備方法。
【背景技術】
[0002] 石膏是硫酸鹽礦物，其化學分子式為CaS04 · 2H20。石膏可以脫水形成硬石膏，在 自然界中他們都呈一種亞穩定狀態，在一定條件下可互相轉化。天然石膏主要價值是它在 不同溫度條件下加熱，其煅燒產物具有不同的特征。如將天然石膏加熱到65~70°C時開始 脫水，變成半水石膏;加熱到200°C以內逐漸脫水，半水石膏部分變為無水石膏，但與水接觸 很快凝結變為二水石膏；加熱到200~300°C，主要成為無水石膏，凝結變慢，但強度增大;加 熱到300~450 °C時的產物為無水石膏，凝結變快，但強度較低；加熱到400~700°C之間，化 學成分不變，成為一種新變種一一"燒死"石膏，其極難溶于水，加水后也不凝結;繼續加熱 至|J800°C時，無水石膏變得凝結緩慢和硬化;加熱到800~1000°C時，生成游離石灰，獲得正 常的極有價值的普通煅燒石膏；半水石膏主要作石膏的預制品，如石膏板、墻體構件、隔熱 筒瓦、建筑裝飾品等。石膏建筑制品具有防火、隔熱、吸音、收縮率小和可釘、可鋸、可粘結及 體重輕、抗震性能好等特點[石膏的特征及用途[J].山東國土資源，2005，21B: 46 ]。
[0003] 磷石膏是濕法磷酸生產過程中排放的工業廢渣，由于生產流程的不同而會含有二 水石膏(CaS04 · 2H20)和半水石膏(CaS04 · 0.5H20)以二水石膏為主要成份。此外還含有少 量未分解的磷礦粉、游離磷酸、磷酸鐵、磷酸鋁和氟硅酸鹽等雜質;全世界磷石膏的年排放 量接近2億噸，我國磷石膏的年排放量也超過1000萬噸。這不僅占用大量土地，而且嚴重地 污染了環境[席美云.磷石膏的綜合利用[J].環境科學與技術，2001，（3):10~13]。
[0004] 何花在利用磷石膏時，對其進行水洗預處理，以除去渣中的雜質，避免雜質對石膏 形貌的影響[何花.磷石膏基醇~水熱法制備大長徑比改性硫酸鈣晶須研究[J].西南科技 大學，2014:17]。用水對磷石膏進行處理，產生的廢水將污染環境。
[0005] 孫紅娟等人將獲得的磷石膏粉與稀酸混合，獲得含鈣和硫酸根離子及不溶物的酸 性混合液，過濾，得到酸性濾液，將獲得的酸性濾液晶化結晶，獲得硫酸鈣晶須[孫紅娟，梁 亞琴，彭同江，等.一種用磷石膏制備硫酸鈣晶須的方法[P]，中國，201510007196.1]。該工 藝用酸(硝酸或鹽酸)對磷石膏中的有用物質進行提取，酸將腐蝕設備，容易揮發，對環境造 成污染。
[0006] 何花和孫紅娟等人制備的硫酸鈣晶須，為針狀，形貌不可控;生產過程中易對環境 造成污染。
【發明內容】
[0007] 本發明的目的是針對已有技術方案的不足，提供一種低成本、高效率、形貌可控的 半水石膏單晶的制備方法，以實現制備的石膏單晶形貌可控，對環境無污染的目的。
[0008] 為達到以上目的，本發明是采取如下技術方案：
[0009] -種半水石膏單晶定向生長的控制方法，其特征在于，依次包括下述步驟：
[0010] A、原料預處理:在磷石膏中加入酸度調節劑，加入水，混合均勻，陳化24h;其中酸 度調節劑加入量為磷石膏質量的1~10% ;水的加入量為磷石膏質量的100~500% ;
[0011] B、石膏單晶的制備:在步驟A得到的處理磷石膏倒入帶冷凝回流裝置的反應釜中， 加入雜質穩定劑，晶面選擇吸附劑，混合均勻后，進行加熱反應，同時在反應體系中加上離 子運動控制器，反應結束后、冷卻、過濾、將固體烘干，得到半水石膏單晶。
[0012] 本發明中：所述的雜質穩定劑加入量為磷石膏質量100~500%;晶面選擇吸附劑 加入量為磷石膏質量1~10%雜質穩定劑;步驟A中所述酸度調節劑為氧化鈣、碳酸鈣中的 一種;步驟B中所述雜質穩定劑為山梨醇、甘露醇、丙三醇中的一種；晶面選擇吸附劑為順丁 烯二酸、聚羧酸、琥珀酸中的一種;步驟B中所述離子運動控制器，為一個能產生交變電場或 交變磁場的裝置，其頻率可調，頻率為0.1~50HZ;步驟B中所述反應溫度為90~120°C，反應 時間為0.5~2小時。
[0013] 本方法用酸度調節劑，調整磷石膏的pH值，使其從酸性變為中性，可避免酸性溶液 對設備的腐蝕。雜質穩定劑，避免雜質元素在溶液中溶解，避免雜質對半水石膏晶體生長的 影響；晶面選擇吸附劑可選擇的吸附在單晶的特定晶面，從而抑制該晶體方向的生長，使晶 體沿其它晶體方向生長，從而實現定向生長;離子運動控制器，通過電場或磁場控制溶液中 離子的運動方向和速度，促進離子在單晶上有序排列，提高單晶生長速率。本方法用磷化工 產生的廢渣為原料，制備石膏單晶，該石膏具有晶體發育完整、強度高的特點，作為塑料、橡 膠、涂料的填料，可提高其強度;作為石膏板材，也可得到高強石膏板材。本方法具有工藝簡 單，成本低的特點，適合工業化生產。
【具體實施方式】
[0014] 以下結合具體實施例對本發明作進一步詳細說明。
[0015] A、原料預處理：
[0016] 表1列出了編號為1~13的13個實施例原料預處理中各種原料的用量:根據表1不 同的實施例確定酸度調節劑(氧化鈣、碳酸鈣)和水的加入量，并陳化24h，對磷石膏原料進 行預處理。
[0017] 表1原料預處理(單位:g)
[0018] l·
[0020] B:石膏單晶的制備
[0021] 在步驟A得到的處理磷石膏倒入帶冷凝回流裝置的反應釜中，加入雜質穩定劑，晶 面選擇吸附劑，混合均勻后，進行加熱反應，同時在反應體系中加上離子運動控制器，反應 結束后、冷卻、過濾、將固體烘干，得到半水石膏單晶。
[0022]表2石膏單晶的制備(單位:g)
[0023]
[0024] 注:交變電場3000V/m，交變磁場為500高斯。
[0025] 本發明的實施例均能實施并能達到發明目的，得到結晶較好的半水石膏單晶，形 貌為短柱狀。
【主權項】
1. 一種半水石膏單晶定向生長的控制方法，其特征在于，包括下述步驟： A、 原料預處理:在磷石膏中加入酸度調節劑，加入水，混合均勻，陳化24h;其中酸度調 節劑加入量為磷石霄質量的1~10 %;水的加入量為磷石霄質量的100~500%; B、 石膏單晶的制備:在步驟A得到的處理磷石膏倒入帶冷凝回流裝置的反應釜中，加入 雜質穩定劑，晶面選擇吸附劑，混合均勻后，進行加熱反應，同時在反應體系中加上離子運 動控制器，反應結束后、冷卻、過濾、將固體烘干，得到半水石膏單晶；其中雜質穩定劑加入 量為磷石膏質量1 〇〇~500%;晶面選擇吸附劑加入量為磷石膏質量1~10%。2. 根據權利要求1所述的半水石膏單晶定向生長的控制方法，其特征在于，步驟A中所 述酸度調節劑為氧化鈣、碳酸鈣中的一種。3. 根據權利要求1所述的半水石膏單晶定向生長的控制方法，其特征在于，步驟B中所 述雜質穩定劑為山梨醇、甘露醇、丙三醇中的一種;晶面選擇吸附劑為順丁烯二酸、聚羧酸、 琥珀酸中的一種。4. 根據權利要求1所述的半水石膏單晶定向生長的控制方法，其特征在于，步驟B中所 述離子運動控制器，為一個能產生交變電場或交變磁場的裝置，其頻率可調，頻率為0.1~ 50HZ。5. 根據權利要求1所述的半水石膏單晶定向生長的控制方法，其特征在于，步驟B中所 述反應溫度為90~120 °C，反應時間為0.5~2小時。
【專利摘要】本發明公開了一種半水石膏單晶定向生長的控制方法，它是在磷石膏中加入酸度調節劑，加入水，混合均勻，陳化后，裝入帶冷凝回流裝置的反應釜中，加入雜質穩定劑，晶面選擇吸附劑，混合均勻后，進行加熱反應，同時在反應體系中加上離子運動控制器，反應結束后、冷卻、過濾、將固體烘干，得到形態可控的半水石膏單晶。本方法工藝簡單，成本低的特點，適合工業化生產。
【IPC分類】C30B29/46, C30B7/14
【公開號】CN105624772
【申請號】CN201610030658
【發明人】董發勤, 譚宏斌, 吳傳龍, 何花, 賀小春
【申請人】西南科技大學
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2016年1月18日