[發明專利]一種石膏類材料表面包覆碳酸鈣的方法

有效

• 申請號: 201310432799.7
• 申請日: 2013-09-22
• 公開（公告）號: CN103495587A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發明（設計）人: 武玉玲;呂陽成;駱廣生
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B09B1/00
• 分類號: B09B1/00
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 朱琨

技術領域

本發明屬于化學化工技術領域，具體涉及在一種石膏類材料表面包覆碳酸鈣的方法。

技術背景

磷化工、制鹽等行業在生產中副產大量的石膏類材料。其中，磷石膏是濕法生產磷酸所產生的固體廢棄物，鹽石膏是制海鹽工業所產生的廢渣，它們的主要成分均為微溶性水合硫酸鈣。每生產1噸磷酸，就會產生4.5-5.5噸磷石膏，以一家年產量為100萬噸的企業為例，每年的磷石膏排放量約為500萬噸，而鹽石膏產量大約是海鹽產量的6-10%。磷石膏由于含有磷、氟、有機物等有害成分，不能直接利用，處理方法多采用堆放、填埋等方式，這些方法不僅占用大量的土地資源，磷石膏中可溶性有害成分的溶出又會對環境造成極大的污染，而且隨著企業的發展，磷石膏的處理費用也越來越高，這給企業造成很大負擔。同時，大量的鹽石膏廢渣得不到合理利用，大多堆積于曬鹽場或者傾倒到海邊，既占用土地又污染海洋、破壞生態環境。

上述副產的石膏類材料的有很多潛在的用途，如用磷石膏生產硫酸銨和碳酸鈣、聯產水泥和硫酸、生產硫酸鉀、用作建筑材料等。然而，由于磷石膏中含有有害成分，因此在綜合利用前必須進行預處理，而且磷石膏本身的質量不穩定導致預處理方法難統一，現有的綜合利用磷石膏的技術需要的設備多、投資大、成本高，阻礙了磷石膏的資源化應用。目前，我國處理磷石膏的方式主要仍是堆放和填埋。

發明內容

本發明的目的是提供一種在石膏類材料表面包覆碳酸鈣的方法，該方法可以得到表面包覆碳酸鈣的石膏類復合材料，克服了石膏類材料內容物的溶出對環境和應用的影響。

本發明提出的一種石膏類材料表面包覆碳酸鈣的方法，其原理是：直接在反應釜中通入二氧化碳和氨氣；或者是在高溫條件下使碳源物質分解生成二氧化碳和氨氣，繼而與石膏類材料中的硫酸鈣及其結合水反應生成碳酸鈣，得到表面包覆碳酸鈣的石膏類復合材料。

本發明的技術方案具體步驟如下：

將石膏類材料和碳源物質分別加入到反應釜中，在密閉的條件下加熱進行反應，反應結束后將樣品進行干燥，即得到表面包覆碳酸鈣的石膏類復合材料。上述碳源物質為碳酸銨、碳酸氫銨、氨基甲酸銨或者二氧化碳和氨氣的混合氣體。

上述石膏類材料為生石膏、磷石膏、鹽石膏或其它主要成分為二水硫酸鈣的石膏類材料的一種以上。

上述混合氣體中氨氣和二氧化碳的摩爾比為2:1以上。

上述碳源物質中的碳與石膏類材料中的硫酸鈣的摩爾比為0.05-0.54:1。

上述反應的溫度控制在80-200℃。

上述反應時間控制在10分鐘-48小時。

上述方法制備的一種表面包覆碳酸鈣的石膏類復合材料。

本發明的有益效果為：本發明的石膏類材料表面包覆碳酸鈣的方法，所用原料廉價易得、制備工藝簡單、操作方便、條件易控。碳酸鈣是一種難溶性的物質，在石膏類材料表面包覆碳酸鈣不僅可以防止堆放或填埋處理時有害成分的溶出，緩解石膏類材料的大量產生和排放所帶來的環境壓力，從而為石膏類材料的安全堆放和資源化利用提供基礎；同時還可以提高其應用價值或調控其應用性能，在工業及建筑領域有著廣闊的應用前景。副產品硫酸銨是一種優良的氮肥，生產過程中無其它廢棄物生成，具備工業化應用的潛力。

附圖說明

圖1為實施例1制備的碳酸鈣包覆水合硫酸鈣的復合材料的X射線衍射圖譜；

圖2為實施例1制備的碳酸鈣包覆水合硫酸鈣的復合材料的電鏡照片；

圖3為實施例1制備的碳酸鈣包覆水合硫酸鈣的復合材料截面的掃描電鏡能譜線掃描圖譜。

具體實施方式

下面通過附圖和具體實施例對本發明進行進一步詳細的說明，但并不因此而限制本發明的內容。

實施例使用反應釜來完成在石膏類材料表面包覆碳酸鈣的操作，在應用過程中亦可以使用其他化工生產裝置完成。

實施例一

將8.61g?CaSO₄.2H₂O和0.39g碳酸銨分別放入反應釜中，放于120℃烘箱中反應24小時，取出反應釜放涼，將樣品取出并干燥后得到碳酸鈣包覆水合硫酸鈣的復合材料。該復合材料的X射線衍射圖譜、電鏡照片和掃描電鏡能譜線掃描圖譜分別為圖1、圖2和圖3所示。

實施例二

將1.72g?CaSO₄.2H₂O和0.40g碳酸氫銨分別放入反應釜中，放于100℃烘箱中反應20小時，取出反應釜放涼，將樣品取出并干燥后得到碳酸鈣包覆水合硫酸鈣的復合材料。

實施例三：