способ получения дигидрата сульфата кальция

Классы МПК:C04B11/26 исходя из фосфогипса или из отходов, например продуктов очистки дыма
C01F11/46 сульфаты
Автор(ы):, ,
Патентообладатель(и):Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный университет" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2008-04-11
публикация патента:

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.

Формула изобретения

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 шлак40-45
Концентрированная серная кислота55-60

Описание изобретения к патенту

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 «способ получения дигидрата сульфата кальция, патент № 2371408 »=4,75-6,25%, а обработку концентрированной серной кислотой проводят до рН 6,5-7 при стехиометрическом соотношении компонентов, мас.%:

Указанный шлак40-45
Концентрированная серная кислота55-60

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 SiO 2, 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 CaSO 4·2H2O 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 CaSO4·2H2 O 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; Al2O 3 - 3,00; Na2O(K2O) - 0,30; Cr - 0,62; S - 0,45.

Минералогический состав шлака представлен шеннонитом (способ получения дигидрата сульфата кальция, патент № 2371408 -C2S) - 50-80%, волластонитом (способ получения дигидрата сульфата кальция, патент № 2371408 -CS), мервинитом (C3MS2), железосодержащими фазами

(CaO·FeO·SiO2, 3СаО·Fе 2O3·3SiO2).

Концентрированную серную кислоту вводили в виде раствора с массовой долей твердого компонента способ получения дигидрата сульфата кальция, патент № 2371408 =98%, плотностью способ получения дигидрата сульфата кальция, патент № 2371408 =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 CaSO 4·2H2O при d/n=7,661; 4,381; 3,074; 2,880; 2,694; 1,903 способ получения дигидрата сульфата кальция, патент № 2371408 , 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(K 2O) - 1,14. Таким образом, содержание дигидрата сульфата кальция в твердом продукте достигает 80-85%, аморфного кремнезема - 15-20%. Частицы синтезированного CaSO4·2H 2O 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 СаSO4·2Н2 О 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, способ получения дигидрата сульфата кальция, патент № 2371408 , %рН раствора Соотношение размеров кристаллов (b×l)
шлаксерная кислота способ получения дигидрата сульфата кальция, патент № 2371408 способ получения дигидрата сульфата кальция, патент № 2371408 способ получения дигидрата сульфата кальция, патент № 2371408
способ получения дигидрата сульфата кальция, патент № 2371408 способ получения дигидрата сульфата кальция, патент № 2371408 4,50 6,0 1*8
38 625,50 6,41*6
6,25 6,31*7
способ получения дигидрата сульфата кальция, патент № 2371408 способ получения дигидрата сульфата кальция, патент № 2371408 6,50 6,2 1*7
способ получения дигидрата сульфата кальция, патент № 2371408 способ получения дигидрата сульфата кальция, патент № 2371408 4,50 6,4 1*6
40 604,75 6,51*5
5,50 6,71*4
способ получения дигидрата сульфата кальция, патент № 2371408 способ получения дигидрата сульфата кальция, патент № 2371408 6,25 6,6 1*5
способ получения дигидрата сульфата кальция, патент № 2371408 способ получения дигидрата сульфата кальция, патент № 2371408 6,50 6,5 1*5
способ получения дигидрата сульфата кальция, патент № 2371408 способ получения дигидрата сульфата кальция, патент № 2371408 4,75 6,6 1*3
42,5 57,5 5,507,0 1*3
способ получения дигидрата сульфата кальция, патент № 2371408 способ получения дигидрата сульфата кальция, патент № 2371408 6,25 6,7 1*4
способ получения дигидрата сульфата кальция, патент № 2371408 способ получения дигидрата сульфата кальция, патент № 2371408 4,75 6,6 1*4
45 555,50 6,81*3
6,25 6,71*4
способ получения дигидрата сульфата кальция, патент № 2371408 способ получения дигидрата сульфата кальция, патент № 2371408 6,50 6,4 1*6
способ получения дигидрата сульфата кальция, патент № 2371408 способ получения дигидрата сульфата кальция, патент № 2371408 4,50 6,4 1*7
47 535,50 6,31*7
6,25 6,41*8
способ получения дигидрата сульфата кальция, патент № 2371408 способ получения дигидрата сульфата кальция, патент № 2371408 6,50 6,5 1*8
По прототипу0,7-1 1*8,1*10

Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2371408

patent-2371408.pdf

Класс C04B11/26 исходя из фосфогипса или из отходов, например продуктов очистки дыма

способ получения однородной мелкодисперсионной высокоактивной массы сыпучего материала при утилизации фосфогипса -  патент 2522835 (20.07.2014)
способ получения гипсового вяжущего -  патент 2494057 (27.09.2013)
способ утилизации фторангидрита -  патент 2440940 (27.01.2012)
сырьевая смесь для получения гипсового вяжущего и изделий на его основе -  патент 2413688 (10.03.2011)
способ получения гипсового вяжущего -  патент 2408549 (10.01.2011)
способ получения вяжущего -  патент 2389701 (20.05.2010)
способ получения водостойкого и экологически чистого гипсового вяжущего -  патент 2333171 (10.09.2008)
способ переработки фосфогипса -  патент 2309130 (27.10.2007)
способ получения вяжущего -  патент 2200714 (20.03.2003)
состав смеси для устройства основания автомобильных дорог -  патент 2148120 (27.04.2000)

Класс C01F11/46 сульфаты

Наверх