[发明专利]一种常压下微波辐照磷石膏制备半水硫酸钙晶须的方法

说明书

本发明涉及一种以微波辐照为热源，常压下以磷石膏为原料在醇水‑硫酸盐溶液中制备半水硫酸钙晶须的方法，属于无机功能材料制备技术领域。本发明是以微波辐照取代水浴、油浴、蒸压等常规加热方式，利用磷石膏中存在的高介电常数杂质及醇水溶液中的醇、水吸收电磁波，常压下以磷石膏为原料在醇水‑硫酸盐溶液中制备半水硫酸钙晶须。与现有的以磷石膏为原料制备半水硫酸钙晶须技术相比，本发明具有转化效率高，生产时间短，反应条件温和，无需高压反应设施，对设备无腐蚀性，醇类溶液可以循环再利用等优点，具有显著的社会、经济及环保效益。

技术领域

本发明涉及一种常压下微波辐照磷石膏制备半水硫酸钙晶须的方法，属于无机功能材料制备技术领域。

背景技术

磷石膏是磷化工企业生产磷酸时产生的固体废弃物，每生产1t磷酸约产生4-5t磷石膏。据统计，2015年我国磷石膏产生量约为8000万吨，资源化利用率约为33%。磷石膏的大量堆存不仅占用土地，污染环境，浪费资源，同时制约了我国磷化工企业的可持续发展。半水硫酸钙晶须是以石膏、石灰石、方解石等为主要原料，通过一定的工艺控制，以单晶形式生长，形成的一种细小纤维状亚纳米材料，具有强度高、耐磨耗、耐腐蚀、无毒、易与聚合物复合等优点，在建材、塑料、树脂、橡胶、造纸、沥青等行业有着广泛的运用。磷石膏中CaSO₄·2H₂O的含量达85%以上，是制备半水硫酸钙晶须的理想原料。常规半水硫酸钙晶须的制备方法主要有蒸压法和盐溶液法。蒸压法是让CaSO₄·2H₂O在高温高压产生的饱和蒸汽中脱水转变为半水硫酸钙晶须，对设备的性能要求及能耗均较高。盐溶液法需要高浓度盐溶液为反应介质，对设备腐蚀较高，不利于工业化生产。

微波辐照是一种高效的加热方式。与常规加热方式相比微波辐照为整体加热，具有升温速度快，热量损失小，能耗低以及清洁无污染等优点。水和醇具有高介电常数的特性，微波辐照下可以将微波能转化为热能。本发明以微波辐照取代常规加热方式，以磷石膏为原料在醇水-硫酸盐溶液反应体系中制备半水硫酸钙晶须。

经文献检索发现，专利《一种常压下制备石膏晶须的方法》（申请公布号 CN107059134 A）中公开了以二水石膏为原料，在盐溶液与有机溶剂中制备石膏晶须的方法。该专利与本发明相比区别如下：该专利为常规加热方式，使用氯化钠，对设备用较强腐蚀性，需要加入PH调节剂，反应过程中需对溶液进行搅拌，反应时间为4h~6h，结束后反应产物需在烘箱中干燥1h~8h；本发明以微波辐照为热源，使用硫酸盐，对设备无腐蚀性，无需使用PH调节剂，反应过程中无需搅拌，反应时间为20min~60min，结束后反应产物在微波辐照至恒重（约20min）。

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》（授权公告号CN103523814 B）中公开了一种常规加热下醇水中制备石膏晶须的方法。该专利的加热为常规加热方式，需对石膏进行破碎、筛分、球磨、水洗预处理，加热过程中需搅拌，反应时间20min~180min，反应温度为90℃~140℃，加入的改性剂为钛酸酯偶联剂系列、硅烷偶联剂系列、硬脂酸系列中的一种或几种，产物干燥为常规干燥；本发明以微波辐照作为热源，反应过程中无需搅拌，反应时间为20min~60min，加入的硫酸盐为Na₂SO₄、K₂SO₄、MgSO₄、Li₂SO₄中的一种或几种，产物干燥方式为微波辐照。

专利《一种半水石膏单晶定向生长的控制方法》（授权公告号CN 105624772 B）中公开了一种半水石膏单晶定向生长的控制方法，它需在磷石膏中加入酸度调节剂，陈化24h预处理，反应装置为带冷凝回流装置的反应釜，杂质稳定剂为山梨醇、甘露醇、丙三醇，晶面选择吸附剂为顺丁烯二酸、聚羧酸、琥珀酸中的一种，同时在反应体系中加上离子运动控制器，反应0.5h~2h，产物干燥为常规干燥，与本发明完全不同。