Способ получения гипса


 


Владельцы патента RU 2400426:

Крылова Ольга Константиновна (RU)
Андреев Андрей Иванович (RU)
Дегтярь Татьяна Сергеевна (RU)

Изобретение относится к области химии и может быть использовано при получении гипса. Карбонат кальция и серную кислоту одновременно вводят в воду. Серную кислоту берут концентрацией 60-93% в количестве 103-120% от стехиометрии и полученную гипсовую пульпу выдерживают при температуре 70-85°С в течение 3,5-5 часов, ее фильтруют и промывают, отделяют осадок гипса и его обезвоживают. Карбонат кальция берут размером частиц до - 250 мкм или в виде суспензии - отхода производства мела с Т:Ж=1:(0,5-1,5). Обезвоживание осадка гипса ведут сушкой при температуре не выше 60°С или центрифугированием с последующим прессованием. При обезвоживании осадка гипса центрифугированием с последующим прессованием на стадию выдержки гипсовой пульпы до фильтрации вводят нейтрализующие агенты, такие как мел или известь. В качестве карбоната кальция берут конверсионный мел. Изобретение позволяет упростить процесс, а также получить гипс с минимальным содержанием примесей. 4 з.п. ф-лы, 4 табл.

 

Изобретение относится к способу получения гипса, предназначенного для использования в качестве вяжущего в производстве строительных материалов, а также в различных отраслях химической промышленности.

В настоящее время, особенно в производстве строительных материалов, используют, в основном, природный гипс. Однако в настоящее время значительная часть месторождений гипсового камня находится не в России, а в ближайшем зарубежье, в том числе и месторождения наиболее высококачественного гипсового камня. Вследствие этого существенно обострились проблемы производства высокопрочного гипса из низкокачественного сырья месторождений России, особенно в центральных регионах и Сибири.

Известен способ получения гипса путем непосредственного смешения карбоната кальция с размером частиц 200 мкм с серной кислотой концентрацией 60-85% при температуре 20-70°С. В результате получают смесь дигидрата и полугидрата сульфата кальция. Затем проводят стабилизацию в течение 7-12 часов и сушат на воздухе в течение 20 часов или при температуре 130°С 10 часов. Концентрационные и температурные условия приводят к неполному разложению СаСО3. Продукт, представляющий собой смесь дигидрата и полугидрата CaSO4, нестабилен. Процесс длителен. Все это делает его неприемлемым при многотоннажном производстве (патент JP 07330329 A МИК C01F 11/46, 1995 г.).

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является другой известный способ получения гипса, включающий смешение карбоната кальция, воды и серной кислоты с последующей выдержкой полученной смеси при повышенной температуре, фильтрацией и промывкой с отделением осадка гипса и обезвоживанием его.

По этому способу карбонат кальция измельчают до размера частиц 10-40 мкм, смешивают с водой в соотношении Т:Ж=1:(1,25-10), а затем пульпу добавляют в раствор серной кислоты концентрации 8-40% (свободная кислотность в суспензии не более 4-8 г/л). В результате получают суспензию, в которой CaSO4 находится в виде дигидрата, Т:Ж=1:(3-12). Перемешивание ведут в течение 0,25-2 часов при температуре 45-50°С. Остаточное содержание непрореагировавшего карбоната кальция составляет от 0,5 до 5%, в оптимальных условиях от 0,5 до 3%. Далее суспензию фильтруют, промывают, если необходимо сушат или разделяют на фильтр-прессе без последующей сушки.

Данный способ является технологически достаточно сложным, так как требует предварительного измельчения сырья, а следовательно, объемную аппаратуру и повышенные затраты электроэнергии, а также получение по описанной технологии мелких игольчатых кристаллов усложняет процесс фильтрации. В описанном способе предъявляются достаточно жесткие требования к исходному сырью: содержание веществ, не растворимых в соляной кислоте, белизна, крупность (патент США №5376351, 1994, C01F 11/46).

Задача нашего способа - разработка технологии получения гипса для многотоннажного производства, а следовательно, значительное упрощение процесса за счет исключения стадии измельчения сырья, а также возможности проведения стадии фильтрации с использованием широко применяемых в масштабных производствах ленточных фильтров. При этом поставлена также задача получения гипса, содержащего не более 1,2% карбоната кальция, а также минимальное содержание других примесей, которые находятся в исходном карбонате кальция (Fe, Al, Na и SiO2).

Задача решена в предложенном способе получения гипса, включающем смешение карбоната кальция, воды и серной кислоты с последующей выдержкой полученной смеси при повышенной температуре, фильтрацией и промывкой с отделением осадка гипса и обезвоживанием его, в котором карбонат кальция и серную кислоту одновременно вводят в воду, причем серную кислоту берут концентрацией 60-93% в количестве 103-120% и взаимодействие ведут при температуре 70-85°С в течение 3,5-5,0 часа. При этом карбонат кальция берут либо в виде укрупненных частиц с размерами до 250 мкм, либо в виде суспензии - отхода производства мела с Т:Ж=1:(0,5-1,5). Обезвоживание ведут либо сушкой продукта при температуре не выше 60°С, либо центрифугированием, с последующим прессованием. При использовании прессования на стадию выдержки гипсовой пульпы до фильтрации дополнительно вводят нейтрализующие агенты, такие как мел, известь, гашеная и негашеная. В качестве карбоната кальция возможно брать конверсионный мел.

Сущность способа заключается в следующем.

Для существенного упрощения процесса важно использовать легкодоступное сырье без его предварительной подготовки и при этом получить необходимый по качеству продукт. Поэтому технологические приемы и параметры процесса направлены на то, чтобы реакция разложения серной кислотой прошла наиболее полно. На это влияет одновременная подача реагентов в воду, а также повышенная норма серной кислоты, температура процесса. При одновременной подаче реагентов в воду при разложении удается избежать пересыщения по сульфат-иону, что позволяет в конечном итоге получить крупные кристаллы. Концентрация кислоты выбрана исходя из объемов технологического оборудования, наиболее целесообразным является использование серной кислоты концентрацией 60-93%. Норма кислоты варьируется в пределах 103-120% от стехиометрии. Снижение количества кислоты ниже 103% приведет к снижению степени разложения карбоната кальция за счет недостатка серной кислоты, а при ее норме выше 120% также происходит снижение степени разложения карбоната кальция за счет образования сульфатных корок на поверхности крупных частиц и прекращения химической реакции, кроме этого возникает перерасход серной кислоты. Время процесса выбрано в таком интервале, чтобы Кразл сырья был не менее 97%. Смесь нагревают до температуры 70-85°С. Достаточная продолжительность процесса перемешивания суспензии образовавшегося гипса 3,5-5 часов.

Способ осуществляют следующим образом.

Пример осуществления способа.

Все опыты проводили на пробе следующего химического состава (мас.%): СаСО3 98,0; MgCO3 0,74; Fe 0,37; Al 0,52; н.о. 1,5; Mn 0,023; Pb 5·10-4; As <0,001 (в пересчете на сухое вещество).

Навеску 1000 г исходного природного мела крупностью 0,25 мм смешивают с водой (или оборотным раствором, полученным после промывки гипса) в количестве 1500 г, получая 2500 г суспензии мела, которую дозируют одновременно с 1438,6 г серной кислоты концентрацией 72%, в воду массой 4906 г (или оборотный раствор, полученный после промывки гипса). Расход кислоты составляет 106% от стехиометрической нормы. В суспензию гипса на стадию перемешивания добавляют 24,3 г гашеной извести. Соотношение Т:Ж в суспензии составляет 1:3,9, рН 2,4, общая масса 8428 г, полученную суспензию перемешивают при температуре 80°С в течение 4 часов. Суспензию фильтруют и осадок - дигидрат сульфата кальция - продукт промывают водой 3 раза противотоком. Дигидрат сульфата кальция в количестве 2894,2 г влажностью 40% отправляют на стадии центрифугирования и прессования. Первый промывной раствор в количестве 4573,1 г и второй промывной раствор в количестве 1869,1 г могут быть использованы в качестве оборотного и раствора для приготовления суспензии мела. Дигидрат сульфата кальция (в пересчете на сухое вещество) содержит 97,0% основного вещества, 0,008% Fe, <0,01% Mg, 0,01% Mn, 1,0% СаСО3, кристаллы имеют соотношение длины и ширины (3-4):1.

Условия и полученные результаты в остальных опытах сведены в прилагаемые таблицы.

В таблицах 1, 2 представлены условия проведения опытов, в таблицах 1а, 2а-показатели качества гипса, причем номера опытов в таблице 1, 2 соответствуют номерам в таблицах 1а, 2а.

Анализ представленных таблиц показывает, что предложенный способ позволяет получать гипс из относительно дешевого сырья и делает его актуальным для получения вяжущих продуктов.

Таблица 1
Технологические показатели процесса переработки мела и характеристика полученного гипса без нейтрализующих добавок
№ п/п Т:Ж суспензии мела % нормы от стехиометрии H2SO4 Концентрация H2SO4,% Температура, °С Продолжительность кристаллизации, ч Обезвоживание
Природный мел
1 1:1 103 60 80 4,0 сушка
2 1:1 103 70 80 4,0 сушка
3 1:1 103 93 80 4,0 сушка
4 1:1 103 80 80 4,0 сушка
5 1:1 112 80 80 4,0 сушка
6 1:1 120 80 80 4,0 сушка
7 1:1 115 85 70 4,0 сушка
8 1:1 115 85 78 4,0 сушка
9 1:1 115 85 85 4,0 сушка
10 1:1 115 85 85 3,5 сушка
11 1:1 115 85 85 4,0 сушка
12 1:1 115 85 85 5,0 сушка
13 1:0,5 120 80 85 4,5 сушка
14 1:1,5 120 80 85 4,5 сушка
15 1:1,5 120 93 80 3,5 сушка
16 1:1.5 113 85 85 4,0 сушка
17 1:1,5 103 60 85 5,0 сушка
Конверсионный мел
18 1:1,5 103 93 85 4,0 сушка
19 1:1,5 120 60 75 5,0 Центрифугирова ние
Таблица 1а
Химический состав гипса, полученного без нейтрализующих добавок (мас.%).
№ п/п CaSO42H2O Fe Mg Mn СаСО3 P2O5 Размер кристаллов, мкм
Природный мел
1 97,2 0,003 <0,01 <0,01 0,9 - 80-60×25-15
2 97,1 0,003 <0,01 <0,01 1,0 - 80-60×25-15
3 97,4 0,002 <0,01 <0,01 0,8 - 80-60×25-15
4 97,1 0,004 <0,01 <0,01 1,2 - 80-60×25-15
5 97,5 0,002 <0,01 <0,01 0,6 - 80-60×25-15
6 97,2 0,002 <0,01 <0,01 0,9 - 80-60×25-15
7 97,5 0,002 <0,01 <0,01 0,7 - 80-60×25-15
8 97,4 0,002 <0,01 <0,01 0,8 - 80-60×25-15
9 97,6 0,002 <0,01 <0,01 0,5 - 80-60×25-15
10 97,4 0,002 <0,01 <0,01 0,7 - 80-60×25-15
11 97,3 0,003 <0,01 <0,01 1,0 - 80-60×25-15
12 97,1 0,003 <0,01 <0,01 1,1 - 80-60×25-15
13 97,3 0,004 <0,01 <0,01 0,9 - 80-60×25-15
14 97,4 0,005 <0,01 <0,01 0,8 - 80-60×25-15
15 97,5 0,004 <0,01 <0,01 0,6 - 80-60×25-15
16 97,5 0,004 <0,01 <0,01 0,6 - 80-60×25-15
17 97,6 0,002 <0,01 <0,01 0,5 - 80-60×25-15
Конверсионный мел
18 97,6 0,004 <0,01 <0,01 0,7 0,02 40-60×15-20
19 98,0 0,005 <0,01 <0,01 0,5 0,02 40-60×15-20
Таблица 2
Технологические показатели процесса переработки мела и характеристика полученного гипса с нейтрализующими добавками
№ п/п Т:Ж суспензии мела % нормы от стехиометрии H2SO4 Концентрация H2SO4,% Температура, °С Продолжительность кристаллизации, ч Нейтрализующая добавка
Природный мел
1 1:0,5 103 60 80 4,5 Мел
2 1:0,5 111 93 85 3,5 Гашеная известь
3 1:0,5 120 80 75 5,0 Негашеная известь
4 1:1 120 60 80 3,5 Гашеная известь
5 1:1 110 85 85 5,0 Негашеная известь
6 1:1 103 93 75 4,0 Мел
7 1:1,5 103 60 85 4,0 Гашеная известь
8 1:1,5 110 85 75 3,5 Мел
9 1:1,5 120 93 80 5,0 Негашеная известь
10 - 103 93 75 3,5 Гашеная известь
11 - 110 85 80 4,0 Мел
12 - 120 60 85 5,0 Негашеная известь
Конверсионный мел
13 - 103 93 85 4,0 Мел
14 - 120 60 75 5,0 Негашеная известь
Таблица 2а
Химический состав гипса, полученного с нейтрализующими добавками (мас.%)
№ п/п CaSO42H2O Fe Mg Mn СаСО3 P2O5 Размер кристаллов, мкм
Природный мел
1 97,0 0,01 <0,01 <0,01 1,2 - 80-60×25-15
2 97,7 0,002 <0,01 <0,01 0,6 - 80-60×25-15
3 97,4 0,008 <0,01 <0,01 0,8 - 80-60×25-15
4 97,1 0,009 <0,01 <0,01 1,1 - 80-60×25-15
5 97,5 0,006 <0,01 <0,01 0,7 - 80-60×25-15
6 97,2 0,008 <0,01 <0,01 1,0 - 80-60×25-15
7 97,5 0,005 <0,01 <0,01 0,7 - 80-60×25-15
8 97,0 0,009 <0,01 <0,01 1,1 - 80-60×25-15
9 97,8 0,002 <0,01 <0,01 0,6 - 80-60×25-15
10 97,3 0,006 <0,01 <0,01 0,9 - 80-60×25-15
11 97,1 0,01 <0,01 <0,01 1,1 - 80-60×25-15
12 97,6 0,004 <0,01 <0,01 0,7 - 80-60×25-15
Конверсионный мел
13 97,4 0,004 <0,01 <0,01 0,8 0,03 40-60×15-20
14 97,8 0,006 <0,01 <0,01 0,5 0,02 40-60×15-20

1. Способ получения гипса, включающий смешение карбоната кальция, воды и серной кислоты с последующей выдержкой полученной гипсовой пульпы при повышенной температуре, фильтрацией и промывкой с отделением осадка гипса и обезвоживанием его, отличающийся тем, что карбонат кальция и серную кислоту одновременно вводят в воду, причем серную кислоту берут концентрацией 60-93% в количестве 103-120% от стехиометрии и полученную гипсовую пульпу выдерживают при температуре 70-85°С в течение 3,5-5 ч.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что карбонат кальция берут размером частиц до 250 мкм или в виде суспензии - отхода производства мела с Т:Ж=1:(0,5-1,5).

3. Способ по одному из пп.1 или 2, отличающийся тем, что обезвоживание осадка гипса ведут сушкой при температуре не выше 60°С или центрифугированием с последующим прессованием.

4. Способ по одному из пп.1 или 3, отличающийся тем, что при обезвоживании осадка гипса центрифугированием с последующим прессованием на стадию выдержки гипсовой пульпы до фильтрации вводят нейтрализующие агенты, такие как мел или известь.

5. Способ по одному из пп.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве карбоната кальция берут конверсионный мел.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к переработке отхода производства экстракционной фосфорной кислоты - фосфополугидрата сульфата кальция. .
Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении гипсовых вяжущих и изделий. .
Изобретение относится к технологии неорганических веществ и продуктов, в частности к способам получения сырья для гипсового вяжущего из промышленных отходов. .

Изобретение относится к способу получения гипса, предназначенного для использования в качестве вяжущего в производстве строительных материалов, а также в химической, медицинской и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к способу получения гранулированного гипса и может найти применение в промышленности строительных материалов. .
Изобретение относится к области получения сульфата бария из природного барита. .

Изобретение относится к технологии комплексной переработки фосфогипса, получаемого при сернокислотной переработке апатитового концентрата на минеральные удобрения.
Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к технологии обезвреживания отработанной серной кислоты хлорных компрессоров электролитического производства магния, и может быть использовано в технологии неорганических веществ и продуктов

Изобретение относится к способу получения сульфата кальция, пригодного для использования в качестве вяжущего, а также в различных отраслях химической промышленности

Изобретение относится к гипсовому продукту
Изобретение относится к технологии комплексной переработки фосфогипса, получаемого в сернокислотном производстве минеральных удобрений из апатитового концентрата, и может быть использовано для производства концентрата редкоземельных элементов (РЗЭ), а также фосфогипса, пригодного для производства гипсовых строительных материалов и цемента

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ переработки фосфогипса включает стадийное агитационное сернокислотное выщелачивание редкоземельных металлов (РЗМ) и фосфора с подачей серной кислоты на головную стадию, использование полученного раствора выщелачивания головной стадии на последующих стадиях выщелачивания, выделение нерастворимого остатка из пульпы хвостовой стадии и его водную промывку, переработку раствора выщелачивания хвостовой стадии с получением маточного раствора, использование маточного и промывного растворов в обороте для выщелачивания. Выщелачивание РЗМ и фосфора на второй и последующих стадиях осуществляют из смеси фосфогипса и выщелоченной пульпы предыдущей стадии. Серную кислоту подают на головную стадию выщелачивания в количестве, обеспечивающем извлечение РЗМ и фосфора в раствор на головной и последующих стадиях при значении рН на хвостовой стадии выщелачивания, не превышающем рН начала осаждения фосфатов РЗМ. Хвостовую стадию выщелачивания РЗМ и фосфора ведут одновременно с переработкой раствора выщелачивания путем извлечения РЗМ сорбцией катионитом. Насыщенный РЗМ катионит отделяют от маточной пульпы и направляют на получение концентрата РЗМ. Часть маточного раствора предварительно очищают от фосфора путем осаждения его основным соединением кальция, полученный фосфорсодержащий осадок направляют на утилизацию. Изобретение позволяет повысить степень извлечения РЗМ из фосфогипса, снизить потери РЗМ с влагой нерастворимого осадка - гипса, уменьшить расход промывной воды и обеспечить полный водооборот. 11 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 пр.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ кальцинирования гипса включает стадии, на которых вводят гипс в реактор под давлением 27, сжигают топливо и воздух в горелке 41 с образованием газообразных продуктов сгорания. После этого отводят часть газообразных продуктов сгорания и воздух в реактор под давлением 27 с созданием псевдоожиженного слоя гипса в реакторе. Затем направляют оставшуюся часть газообразных продуктов сгорания в теплообменник 52, который применяют для нагревания псевдоожиженного слоя и нагревают псевдоожиженный слой гипса в реакторе под давлением 27 для достаточного кальцинирования гипса с образованием кальцинированного полугидрата. Изобретение позволяет получить альфа-полугидрат сульфата кальция при сниженном потреблении топлива. 3 н. и 4 з.н. ф-лы, 8 ил., 1 табл.
Наверх