Способ получения дигидрата сульфата кальция
Владельцы патента RU 2371408:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный университет" (RU)
Изобретение относится к технологии неорганических веществ и продуктов, в частности к способам получения сырья для гипсового вяжущего из промышленных отходов. По способу получения дигидрата сульфата кальция кальцийсодержащий отход - водную суспензию электрометаллургического шлака с массовой долей твердого компонента 4,75-6,25% - обрабатывают концентрированной серной кислотой до рН 6,5-7 при стехиометрическом соотношении компонентов, мас.%: указанный шлак - 40-45, концентрированная серная кислота - 55-60. Затем отделяют осадок фильтрацией и промывают его. Технический результат - повышение однородности полученного дигидрата сульфата кальция по размерам и форме частиц. 1 табл.
Изобретение относится к технологии неорганических веществ и продуктов, в частности к способам получения сырья для гипсового вяжущего из промышленных отходов.
Известен способ получения дигидрата сульфата кальция путем смешивания кальцийсодержащего отхода с серной кислотой (Мещеряков Ю.Г. Гипсовые попутные промышленные отходы и их применение в производстве строительных материалов. 1984, с.41-42).
Недостатком известного способа является непостоянство состава гипсового вяжущего.
Наиболее близким к предлагаемому способу по технологическому решению и достигаемому эффекту является способ получения дигидрата сульфата кальция путем обработки шлама - отхода травильного производства - концентрированной серной кислотой до достижения рН 0,7-1 с последующим промыванием и отфильтровыванием осадка дигидрата сульфата кальция (а.с. СССР №1825758, МПК 5 С04В 11/02, публ. 07.07.1993 г.).
Недостатком указанного способа является низкое качество дигидрата сульфата кальция, обусловленное формированием частиц иглообразной формы, неоднородных по размерам, с соотношением параметров 1*8÷1*10. Помимо этого кислая среда маточного раствора (рН<1) затрудняет его утилизацию и требует тщательной промывки кристаллов дигидрата сульфата кальция.
Задачей изобретения является получение качественного продукта дигидрата сульфата кальция высокой степени однородности по размерам и форме частиц.
Поставленная задача решается тем, что заявляемый способ получения дигидрата сульфата кальция из кальцийсодержащего отхода, включающий его обработку концентрированной серной кислотой, в отличие от известного предусматривает использование высокоосновного электрометаллургического шлака в виде водной суспензии с массовой долей твердого компонента «ω»=4,75-6,25%, а обработку концентрированной серной кислотой проводят до рН 6,5-7 при стехиометрическом соотношении компонентов, мас.%:
| Указанный шлак | 40-45 |
| Концентрированная серная кислота | 55-60 |
В предложенном способе получения дигидрата сульфата кальция в качестве кальцийсодержащего отхода используют высокоосновный электрометаллургический шлак с содержанием оксида кальция 45-55 мас.%, готовят водную суспензию с массовой долей шлака 4,76-6,25%, обрабатывают суспензию концентрированной серной кислотой в стехиометрическом соотношении до нейтральной реакции раствора (рН 6,5-7). В этих условиях происходит выделение кристаллов дигидрата сульфата кальция (до 80%) с оптимальным соотношением размеров (1×3÷1×5). Кристаллизация происходит с одновременным выделением из раствора аморфного SiO2, изменяющего габитус кристаллов дигидрата сульфата кальция, что сказывается на повышении их плотности и водостойкости.
Новизну и изобретательский уровень предложенного способа подтверждает наличие следующих признаков:
- использование высокоосновного электрометаллургического шлака с содержанием оксида кальция до 45-55 мас.%, который традиционно используется в качестве компонента при обжиге портландцементного клинкера, при изготовлении шлакощелочных вяжущих и бетонов, асфальтобетонных покрытий, но не известно его использование для получения дигидрата сульфата кальция;
- приготовление водной суспензии высокоосновного электрометаллургического шлака с массовой долей шлака 4,76-6,25% (при понижении массовой доли указанного шлака в суспензии менее 4,76%, понижается рН маточного раствора менее 6,5. Кислая среда затрудняет фильтрацию раствора и требует дополнительного промывания осадка. Повышение массовой доли указанного шлака сверх 6,25% затрудняет перемешивание суспензии. Кристаллизация CaSO4·2H2O в этих условиях сопровождается образованием конгломератов кристаллов);
- обработка водной суспензии высокоосновного электрометаллургического шлака концентрированной серной кислотой до рН 6,5-7. При повышении дозировки концентрированной серной кислоты понижается рН маточного раствора менее 6,5. Кислая среда затрудняет фильтрацию раствора и требует дополнительного промывания осадка, а кристаллы CaSO4·2H2O имеют иглообразную форму с соотношением размеров 1*7÷1*8, что ухудшает качество дигидрата сульфата кальция. Снижение дозировки концентрированной серной кислоты отрицательно сказывается на полноте выщелачивания.
Использование предложенного способа позволяет получить качественный дигидрат сульфата кальция высокой степени однородности по размерам и форме частиц. Дополнительным преимуществом заявленного способа является то, что достаточно однократного промывания полученного осадка дигидрата сульфата кальция.
Пример осуществления заявляемого способа.
Для получения дигидрата сульфата кальция использовали электрометаллургический шлак с модулем основности 2,00-2,50, модулем активности 0,15-0,20 следующего химического состава, мас.%: СаО - 44,80; MgO - 10,90; SiO2 - 19,30; FeO - 12,0; Fe2O3 - 4,80; Al2O3 - 3,00; Na2O(K2O) - 0,30; Cr - 0,62; S - 0,45.
Минералогический состав шлака представлен шеннонитом (γ-C2S) - 50-80%, волластонитом (β-CS), мервинитом (C3MS2), железосодержащими фазами
(CaO·FeO·SiO2, 3СаО·Fе2O3·3SiO2).
Концентрированную серную кислоту вводили в виде раствора с массовой долей твердого компонента ω=98%, плотностью ρ=1,834 г/см3, по ГОСТ 4204-77.
Указанный шлак с удельной поверхностью 300-350 м2/кг смешивали с водой в соотношении 1:(15-20) по массе для получения суспензии с массовой долей твердого компонента 4,76-6,25%. После 10-15-минутного перемешивания в суспензию вводили концентрированную серную кислоту в стехиометрическом соотношении, рассчитанном на полное выщелачивание и связывание ионов Са2+. Продолжительность выщелачивания составляет 0,5-3,0 час. После достижения нейтральной реакции раствора осадок отделили от раствора фильтрованием, однократно промыли.
Идентификацию полученного продукта проводили методами рентгеновской дифрактометрии и электронной микроскопии. На рентгенограмме зафиксированы дифракционные максимумы CaSO4·2H2O при d/n=7,661; 4,381; 3,074; 2,880; 2,694; 1,903 Ǻ, где d/n - величина межплоскостного расстояния. По данным химического анализа в готовом продукте содержатся, мас.%: СаО - 31,49; SO3 - 47,24; SiO2 - 13,92; MgO - 3,64; Аl2О3 - 2,57; Nа2O(K2O) - 1,14. Таким образом, содержание дигидрата сульфата кальция в твердом продукте достигает 80-85%, аморфного кремнезема - 15-20%. Частицы синтезированного CaSO4·2H2O имеют преимущественный размер от 380 до 400 нм.
Данные таблицы подтверждают, что при смешивании компонентов в предложенных соотношениях происходит полное выщелачивание и связывание ионов Са2+ с достижением нейтральной или слабокислой реакции раствора (рН раствора 6,5-7,0) и оптимальных соотношений размеров кристаллов.
Следовательно, синтезированный по предложенному способу СаSO4·2Н2О отличается высокой степенью однородности, что соответствует требованиям, предъявляемым к качественному продукту.
Таким образом, поставленная задача получения дигидрата сульфата кальция высокой степени однородности по размерам и форме частиц решена.
| Содержание компонентов, мас.% | Массовая доля шлака в суспензии, ω, % | рН раствора | Соотношение размеров кристаллов (b×l) | |
| шлак | серная кислота | |||
| 4,50 | 6,0 | 1*8 | ||
| 38 | 62 | 5,50 | 6,4 | 1*6 |
| 6,25 | 6,3 | 1*7 | ||
| 6,50 | 6,2 | 1*7 | ||
| 4,50 | 6,4 | 1*6 | ||
| 40 | 60 | 4,75 | 6,5 | 1*5 |
| 5,50 | 6,7 | 1*4 | ||
| 6,25 | 6,6 | 1*5 | ||
| 6,50 | 6,5 | 1*5 | ||
| 4,75 | 6,6 | 1*3 | ||
| 42,5 | 57,5 | 5,50 | 7,0 | 1*3 |
| 6,25 | 6,7 | 1*4 | ||
| 4,75 | 6,6 | 1*4 | ||
| 45 | 55 | 5,50 | 6,8 | 1*3 |
| 6,25 | 6,7 | 1*4 | ||
| 6,50 | 6,4 | 1*6 | ||
| 4,50 | 6,4 | 1*7 | ||
| 47 | 53 | 5,50 | 6,3 | 1*7 |
| 6,25 | 6,4 | 1*8 | ||
| 6,50 | 6,5 | 1*8 | ||
| По прототипу | 0,7-1 | 1*8,1*10 |
Способ получения дигидрата сульфата кальция из кальцийсодержащего отхода, включающий его обработку концентрированной серной кислотой, отделение осадка фильтрацией и его промывание, отличающийся тем, что в качестве кальцийсодержащего отхода используют высокоосновный электрометаллургический шлак в виде водной суспензии с массовой долей твердого компонента 4,75-6,25%, а обработку концентрированной серной кислотой проводят до рН=6,5-7 при стехиометрическом соотношении компонентов, мас.%:
| Указанный шлак | 40-45 |
| Концентрированная серная кислота | 55-60 |
