[发明专利]一种用废旧石膏制备铁酸钙锭的方法

权利要求书

1.一种用废旧石膏制备铁酸钙锭的方法，其特征在于：

使用的化学物质材料为：废旧石膏、氧化铁粉、碳粉、盐酸、去离子水、氩气，其准备用量如下：以克、毫升、厘米³为计量单位

废旧石膏：CaSO₄1000g±0.1g

氧化铁粉：Fe₂O₃500g±0.1g

碳粉：C 500g±0.1g

盐酸：HCl浓度37%500 mL±10mL

去离子水：H₂O 2000 mL±10 mL

氩气：Ar 8000000 cm³ ±100 cm³

制备方法如下：

（1）配制盐酸水溶液，

量取盐酸 166.6 mL± 1mL、去离子水833.4 mL±1mL，加入洗涤槽内，搅拌10 min，成 2 mol/L的盐酸水溶液；

（2）酸洗废旧石膏

将废旧石膏 1000 g±0.1g加入盐酸水溶液洗涤槽内，并密闭；开启搅拌器，搅拌洗涤10min；酸洗后晾干；

（3）水洗废旧石膏

将酸洗后的废旧石膏加入水洗槽内，开启搅拌器，搅拌洗涤30 min，

水洗后晾干；

（4）粉碎、研磨、过筛废旧石膏

将废旧石膏加入粉碎机内粉碎，粉碎后的废旧石膏置于研磨机内，进行研磨，然后用200目、230目筛网分别过筛；

粉碎、研磨、过筛反复进行；

粉碎、研磨、过筛后废旧石膏呈粉体颗粒状，选用颗粒直径为61-74μm；

（5）混料

称取粉碎、研磨、过筛后的废旧石膏颗粒360g±0.1g、氧化铁粉90g± 0.1g、碳粉50 g±0.1g；

加入混料槽内，搅拌混合30min，成混合料粉；

（6）压制成型

制备开合式模具

开合式模具用不锈钢材料制作,模具型腔呈矩形,型腔表面粗糙度Ra 0.08-0.16µm；

装料

将混合料粉均匀装入开合式模具内，并密闭；

热压成型

将装有混合料粉的开合式模具置于压力机上，进行压制；

压制温度25℃，压力4 MPa；

压制成型时间3min；

压制成型后，停止施压，使开合式模具及其内的混合料粉静置20min；

脱模 1

开启开合式模具，混合料粉成石膏锭；

（7）真空烧结

石膏锭的烧结是在真空烧结炉内进行的，是在抽真空、输氩气、电阻加热状态下完成的；

清洁真空烧结炉，并用氩气驱除炉内有害气体，使炉内洁净；

置放石膏锭

将石膏锭置于真空烧结炉内的钢制坩埚内，并密闭；

开启真空泵，抽取真空烧结炉内的空气，使炉内气压达10-1Pa；

开启氩气管，向真空烧结炉内输入氩气，氩气输入速度100 cm3/min，使炉内气压强达105Pa，并恒定；

开启电阻加热器，加热烧结温度1100℃±2℃，烧结时间240min；

烧结后停止加热，继续输氩气，使石膏锭随炉冷却至25℃；

石膏锭在电阻加热、烧结过程中将发生化学反应，反应方程式如下：

CaSO₄+Fe₂O₃+C 2CaO·Fe₂O₃+CO₂↑+SO₂↑

式中：2CaO·Fe₂O₃：铁酸钙

CO₂：二氧化碳

SO₂：二氧化硫

停止输氩气，开炉取出铁酸钙锭；

⑧清理、清洗

将铁酸钙锭置于钢制平板上，用砂纸打磨铁酸钙锭周边及正反表面，然后用去离子水清洗；清洗后晾干；

（9）检测、分析、表征

对回收烧结制备的铁酸钙锭的形貌、化学物理性能、力学性能进行检测、分析、表征；

用扫描电镜分析仪进行铁酸钙形貌分析；

用X射线衍射仪进行铁酸钙锭成分分析；

结论：铁酸钙锭为深灰色锭状，产物纯度达97%。

2.根据权利要求1所述的一种用废旧石膏制备铁酸钙锭的方法，其特征在于：

铁酸钙锭的烧结是在真空烧结炉内进行的，是在抽真空、输氩气、电阻加热状态下完成的；

真空烧结炉为立式，真空烧结炉（1）的下部为炉座（2）、上部为炉盖（3）、内部为炉腔（12）；真空烧结炉（1）的外部由外水循环冷却管（6）环绕，并由进水阀（7）、出水阀（8）连接外部水源；真空烧结炉（1）内底部设有工作台（9），在工作台（9）上部为钢制坩埚（10），钢制坩埚（10）上部置放铁酸钙锭（11），在真空烧结炉（1）的内壁上设有电阻加热器（4），炉腔（12）内由氩气（19）充填；在电阻加热炉（1）的右上部设有出气管阀（5）；在真空烧结炉（1）的右部设有真空泵（13），真空泵（13）上部设有真空阀（14）、真空管（15），并连通炉腔（12）；在真空烧结炉（1）的左部设有氩气瓶（16）、氩气瓶（16）上部设有氩气阀（17）、氩气管（18），并向炉腔（12）内输入氩气（19）；在炉座（2）上设有显示屏（20）、指示灯（21）、电源开关（22）、加热温度控制器（23）、真空泵控制器（24）。