СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДИГИДРАТА СУЛЬФАТА КАЛЬЦИЯ
METHOD OF PRODUCING CALCIUM SULPHATE DIHYDRATE

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
2
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, 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;
4
2
- 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·2HO в этих условиях сопровождается образованием конгломератов кристаллов);
4
2
- 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 CaSO·2HO 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.
2
2
3
2
3
2
2
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; SiO - 19,30; FeO - 12,0; FeO - 4,80; AlO - 3,00; NaO(KO) - 0,30; Cr - 0,62; S - 0,45.
2
3
2
Минералогический состав шлака представлен шеннонитом (γ-CS) - 50-80%, волластонитом (β-CS), мервинитом (CMS), железосодержащими фазами
2
2
3
2
(CaO·FeO·SiO, 3СаО·FеO·3SiO).
3
Концентрированную серную кислоту вводили в виде раствора с массовой долей твердого компонента ω=98%, плотностью ρ=1,834 г/см, по ГОСТ 4204-77.
2
2+
Указанный шлак с удельной поверхностью 300-350 м/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 Са. Продолжительность выщелачивания составляет 0,5-3,0 час. После достижения нейтральной реакции раствора осадок отделили от раствора фильтрованием, однократно промыли.
4
2
3
2
2
3
2
2
4
2
Идентификацию полученного продукта проводили методами рентгеновской дифрактометрии и электронной микроскопии. На рентгенограмме зафиксированы дифракционные максимумы CaSO·2HO 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; SO - 47,24; SiO - 13,92; MgO - 3,64; АlО - 2,57; NаO(KO) - 1,14. Таким образом, содержание дигидрата сульфата кальция в твердом продукте достигает 80-85%, аморфного кремнезема - 15-20%. Частицы синтезированного CaSO·2HO имеют преимущественный размер от 380 до 400 нм.
2+
Данные таблицы подтверждают, что при смешивании компонентов в предложенных соотношениях происходит полное выщелачивание и связывание ионов Са с достижением нейтральной или слабокислой реакции раствора (рН раствора 6,5-7,0) и оптимальных соотношений размеров кристаллов.
4
2
Следовательно, синтезированный по предложенному способу СаSO·2НО 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