專利名稱：一種二水石膏在鹽溶液中制備α-半水石膏的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于以二水石膏為原料制備oc-半水石膏的工藝控制領(lǐng)域，尤其 是涉及在鹽溶液中的二水石膏制備a-半水石膏的相態(tài)轉(zhuǎn)化的指示方法。
背景技術(shù)：
石膏作為建筑材料有著廣泛的應(yīng)用，與石灰、水泥并列為無機膠凝材 料的三大支柱，具有防潮、吸聲、保溫隔熱、耐火性好等優(yōu)點。通常石膏 的應(yīng)用是以半水石膏水化而成的硬化體形式存在的，半水石膏的品質(zhì)直接 決定了石膏的應(yīng)用價值。半水石膏有兩種形態(tài)一 _ p-半水石膏和a-半水石 膏。相對于p-半7jc石膏，a-半7]c石膏具有需水量小、強度大、硬度高、可
操作性好等優(yōu)點，廣泛用于陶瓷模具、高級裝飾材料、精密鑄造、高強建 材以及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。因此，將二水石膏制備為ot-半水石膏，擴大了石膏應(yīng) 用領(lǐng)域、提升了石膏使用價值，是石膏資源利用的重要方向。
二水石膏包i舌天然石膏和工業(yè)副產(chǎn)石膏(如脫石克石膏、^粦石膏、氟石 膏、檸檬酸石膏和鐵石膏等)。利用二水石膏制備a-半水石膏的工藝主要 有蒸壓法和鹽溶液法等。蒸壓法是指在一定飽和蒸汽壓和較高溫度下，將 固態(tài)塊狀或漿狀的二水石膏轉(zhuǎn)化為a-半水石膏。較前者而言，鹽溶液法具 有反應(yīng)條件溫和、操作簡便、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點，其工藝流程為配置 一定濃度的鹽溶液(通常是Mg、 Ca、 Sr、 Li、 Na、 K、 Fe、 Co、 Ni、 Cu、 Zn、 Al元素的氯化物、硫酸鹽、硝酸鹽中的一種或幾種)，添加一定的轉(zhuǎn) 晶劑(如檸檬酸鈉、硼酸鈉等)，將二水石膏粉末放置于鹽溶液中，在一 定溫度下進行一定時間的反應(yīng)，取出漿液過濾、洗滌、干燥后，即得a-半水石膏產(chǎn)品。
鹽溶液中二水石膏轉(zhuǎn)化為a-半水石膏的機理是溶解-結(jié)晶過程在一 定的鹽溶液中，二水石膏首先發(fā)生溶解，隨著溫度的升高，二水石膏和a-半水石膏的溶解度均呈下降趨勢，但a-半水石膏的溶解度下降速率較二水石膏快，因此在一定的溫度下，二水石膏的溶解度大于a-半水石膏的溶解
度，a-半水石膏處于相對過飽和狀態(tài)，以晶體形態(tài)析出。
判斷二水石膏向a-半水石膏轉(zhuǎn)化的指示方法主要有差熱掃描量熱法
(DSC)、結(jié)晶水測定法和X射線衍射法(XRD)等，這些分析方法需要 頻繁取樣，測試過程較為繁瑣，無法用于工藝控制，而且分析儀器(XRD、 DSC分析儀)較為昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了 一種二水石膏在鹽溶液中制備a-半水石膏的控制方法， 通過在線或離線檢測反應(yīng)漿液的電導(dǎo)率變化，就可以判斷二水石膏向半水 石膏轉(zhuǎn)化的程度，從而控制工藝進程，為鹽溶液中二水石膏轉(zhuǎn)化為a-半水 石膏提供一種簡單、準確、快捷的指示方法。
本發(fā)明的控制方法包括，首先通過測定與實際生產(chǎn)相同的二水石膏制 備a-半水石膏過程中漿液的電導(dǎo)率，得到電導(dǎo)率隨時間的變化曲線，根據(jù) 所述變化曲線判斷二水石膏結(jié)晶轉(zhuǎn)化過程的相態(tài)變化，確定二水石膏向a-半水石膏的轉(zhuǎn)化程度與電導(dǎo)率的關(guān)系；
測定實際生產(chǎn)過程中漿液的電導(dǎo)率，通過所述關(guān)系確定二水石膏向ot-半水石膏的轉(zhuǎn)化程度，通過設(shè)定電導(dǎo)率來控制二水石膏在鹽溶液中制備a-半水石膏的進程。
在實際生產(chǎn)中，只要觀察結(jié)晶反應(yīng)器中漿液的電導(dǎo)率的數(shù)值及其走 勢，就能夠確定二水石膏轉(zhuǎn)化為a-半水石膏的程度，當電導(dǎo)率指示二水石 膏完全轉(zhuǎn)化為半水石膏時，就可以結(jié)束結(jié)晶反應(yīng)進程；當生產(chǎn)上需要二水 石膏轉(zhuǎn)化不足，或者要求二水石膏充分轉(zhuǎn)化后繼續(xù)晶體生長，都可以參照 電導(dǎo)率數(shù)值來控制。
所述的電導(dǎo)率的測定方法包括在線檢測或者離線檢測，在線檢測指在 反應(yīng)器上安裝在線電導(dǎo)率儀，記錄電導(dǎo)率的變化；離線檢測指從反應(yīng)器中 取出一定量的漿液，測定其電導(dǎo)率。
測定漿液中電導(dǎo)率的變化可以指示出反應(yīng)體系中二水石膏向ot-半水 石膏的相態(tài)變化，可以確定二水石膏轉(zhuǎn)化為ot-半水石膏的程度及完全轉(zhuǎn)化 為a-半水石膏的時間。將得到的電導(dǎo)率曲線分為三個階段(如圖l所示)，其指示作用為在
a階段電導(dǎo)率基本不變，說明固相組分全部為二水石膏；在b階段電導(dǎo)率逐
漸下降，i兌明oc-半水石膏開始生成，固相組分中a-半7jc石膏和二水石膏共
存，電導(dǎo)率下降的快慢指示出a-半水石膏生成速率的快慢；降至最低點后，
說明此時固相組分全部為a-半水石膏；在c階段電導(dǎo)率又有上升的趨勢，
說明a-半水石膏發(fā)生溶解與重結(jié)晶現(xiàn)象。
電導(dǎo)率指示反應(yīng)體系中的相態(tài)變化主要依據(jù)是反應(yīng)體系中的離子濃
度變化情況'.(1)在a階段二水石膏向a-半水石膏轉(zhuǎn)化尚處于誘導(dǎo)期，該 階段沒有發(fā)生相變，故離子濃度亦不變，電導(dǎo)率基本保持恒定。(2)在b 階段，隨著反應(yīng)進行離子濃度下降，電導(dǎo)率降低，主要原因a-半水石膏 開始生成后，a-半水石膏的溶解度較二水石膏低，導(dǎo)致了電導(dǎo)率的降低； 另外，二水石膏脫水轉(zhuǎn)化也會導(dǎo)致反應(yīng)體系中水含量略有增加，也影響電 導(dǎo)率，電導(dǎo)率下降速率快，說明二水石膏脫水速率快，相應(yīng)地a-半水石膏 生成速率也快。(3)在一定時間后，所有二水石膏完成了脫水，固相組分 全部為oc-半水石膏，a-半水石膏的溶解度明顯低于二水石膏的溶解度，所 以電導(dǎo)率降至最低。(4)在c階段，電導(dǎo)率又有上升趨勢，是因為a-半水 石膏在鹽溶液中處于亞穩(wěn)態(tài)，發(fā)生了溶解，導(dǎo)致離子濃度升高。
電導(dǎo)率檢測法則能方便、準確地指示出反應(yīng)體系中的相態(tài)變化，與其 他方法相比具有如下優(yōu)點
(1) 能直觀地判斷反應(yīng)體系的相態(tài)變化以及確定完全轉(zhuǎn)化的時間， 避免了 二水石膏轉(zhuǎn)化不完全的工況。
(2) 有利于工業(yè)上以二水石膏制備a-半水石膏獲得理想的生產(chǎn)效率 和產(chǎn)品質(zhì)量。
(3) 能有效避免重結(jié)晶現(xiàn)象，節(jié)約能源，降低生產(chǎn)成本。
(4) 指示方法簡便、易行，使用費用低廉，可在線檢測，適用于工 業(yè)生產(chǎn)。


圖1為二水石膏向a-半水石膏轉(zhuǎn)化過程中漿液的電導(dǎo)率變化示意圖； 圖2a為實施例l反應(yīng)進行0.5h時反應(yīng)漿液的XRD分析5圖2b為實施例l反應(yīng)進行0.5h時反應(yīng)漿液的DSC分析圖； 圖2c為實施例l反應(yīng)進行2.0h時反應(yīng)漿液的XRD分析圖； 圖2d為實施例l反應(yīng)進行2.0h時反應(yīng)漿液的DSC分析圖； 圖2e為實施例l反應(yīng)進行4.0h時反應(yīng)漿液的XRD分析圖； 圖2f為實施例l反應(yīng)進行4.0h時反應(yīng)漿液的DSC分析圖； 圖2g為實施例l反應(yīng)進行6.0h時反應(yīng)漿液的XRD分析圖； 圖2h為實施例l反應(yīng)進行6.0h時反應(yīng)漿液的DSC分析圖； 圖2i為實施例l反應(yīng)進行7.5h時反應(yīng)漿液的XRD分析圖； 圖2j為實施例l反應(yīng)進行7.5h時反應(yīng)漿液的DSC分析圖； 圖2k為實施例l反應(yīng)進行8.0h時反應(yīng)漿液的XRD分析圖； 圖21為實施例l反應(yīng)進行8.0h時反應(yīng)漿液的DSC分析圖。
具體實施方式
實施例l
配置ZnCl2、 CaCl2、 KC1混合鹽溶液(鹽組分含量約為20.0wt% ), 輸至結(jié)晶反應(yīng)器中，^:加脫硫石膏，脫硫石膏質(zhì)量百分含量為23.0wt%, 均勻攪拌，在常壓、95.0。C條件下恒溫反應(yīng)。每隔一段時間取反應(yīng)漿液進 行離線電導(dǎo)率測試(為方便測試電導(dǎo)率，減少取樣量，取出的反應(yīng)漿液可 稀釋10倍進行監(jiān)測)。
初始電導(dǎo)率為74.1 ms.cm"; 0.5h時電導(dǎo)率為74.0 ms.cm"，經(jīng)XRD 和DSC分析(如圖2a和圖2b),固相組分為二水石膏；
2.0h時電導(dǎo)率為73.8 ms.cm"，經(jīng)XRD和DSC分析(如圖2c和圖 2d),固相組分為二水石膏；
4.0h時電導(dǎo)率為73.2ms.cm",經(jīng)XRD和DSC分析(如圖2e和圖2f),固 相組分為二水石膏和oc-半水石膏的混合物；
6.0h時電導(dǎo)率為68.7 ms.cirf1,經(jīng)XRD和DSC分析(如圖2g和圖2h), 固相組分為二水石膏和a-半水石膏的混合物；
7.511時電導(dǎo)率為66.11113.(;111-1，經(jīng)XRD和DSC分析(如圖2i和圖2j)，固 相組分全部為a-半水石膏；
8.011時電導(dǎo)率為66.31118.(^1-1，經(jīng)XRD和DSC分析(如圖2k和圖21)，固相組分全部為a-半水石膏。
在采用上述反應(yīng)體系進行a-半水石膏的生產(chǎn)時，當在線檢測到反應(yīng)漿 液的電導(dǎo)率為661 ms.cm"或離線稀釋10倍檢測到電導(dǎo)率為66.1 ms.cm"時， 即可停止反應(yīng)，此時得到完全轉(zhuǎn)化的a-半7jc石膏。
實施例2
配置ZnCl2、 CaCl2、 KC1混合鹽溶液(鹽組分含量約為20.0wt。/Q )，輸 至結(jié)晶反應(yīng)器中配置鹽溶液并輸至結(jié)晶反應(yīng)器中，投加脫硫石膏，脫硫石 膏質(zhì)量百分含量為30.0wt0/。，均勻攪拌，在常壓、95.0。C條件下恒溫反應(yīng)。 在線測試初始電導(dǎo)率為745.2ms.cm"; 2.0h時電導(dǎo)率為742.8 ms.cm",反應(yīng) 體系中的固相組分為二水石膏；6.0h時電導(dǎo)率為688 ms.cm",固相組分為 二水石膏和a-半水石膏的混合物；7.5h電導(dǎo)率為660.5ms.cm",固相組分全 部為a-半水石膏；8.0h電導(dǎo)率為665.3 ms.cm",固相組分全部為oc-半水石 膏。
實施例3
配置ZnCl2、 CaCl2、 KC1混合鹽溶液(鹽組分含量約為20.0wt。/。)，輸 至結(jié)晶反應(yīng)器中配置鹽溶液并輸至結(jié)晶反應(yīng)器中，投加磷石膏，磷石膏質(zhì) 量百分含量為25.0 wt%，均勻攪拌，在常壓、95.(TC條件下恒溫反應(yīng)。離 線測試電導(dǎo)率(稀釋10倍)。初始電導(dǎo)率為75.3 ms.cm"; 0.5h時電導(dǎo)率為 75.4 ms.cm",反應(yīng)體系中固相組分為二水石膏；4.0h時電導(dǎo)率為75.0 ms.cm",反應(yīng)體系中的固相組分為二水石膏和a-半水石膏；7.5h電導(dǎo)率為 66.7ms.cm-1,固相組分全部為a-半水石膏；8.0h電導(dǎo)率為67.0 ms.cm-， 固 相組分全部為oc-半水石膏。
實施例4
配置ZnCl2、 CaCl2、 KC1混合鹽溶液(鹽組分含量約為20.0wt。/。)，輸 至結(jié)晶反應(yīng)器中配置鹽溶液并輸至結(jié)晶反應(yīng)器中，^:加磷石膏，磷石膏質(zhì) 量百分含量為28.0 wt%，均勻攪拌，在常壓、95.0。C條件下恒溫反應(yīng)。在 線測試電導(dǎo)率。初始電導(dǎo)率為756.3 ms.cm"; 4.0h時電導(dǎo)率為750.6 ms.cm ，反應(yīng)體系中固相組分為二水石膏；6.0h時電導(dǎo)率為680.7 ms.cm-1,反應(yīng)體 系中的固相組分為二水石膏和a-半水石膏的混合物；7.5h電導(dǎo)率為664.6 ms.cm 、固相組分全部為a-半水石膏；8.011電導(dǎo)率為670.11113.011-1,固相 組分全部為a-半水石膏。
實施例5
配置ZnCl2、 CaCl2、 KC1混合鹽溶液(鹽組分含量約為20.0wt。/0),輸 至結(jié)晶反應(yīng)器中配置鹽溶液并輸至結(jié)晶反應(yīng)器中，投加氟石膏，氟石膏質(zhì) 量百分含量為25.0 wt%，均勻攪拌，在常壓、95.0。C條件下恒溫反應(yīng)。離 線檢測電導(dǎo)率(稀釋10倍)。初始電導(dǎo)率為72.1 ms.cm"; 0.5h時電導(dǎo)率為 72. Oms.cm-1，反應(yīng)體系中固相組分為二水石膏；2.0h時電導(dǎo)率為72.2 ms.cm"，反應(yīng)體系中的固相組分為二水石膏；6.0h時電導(dǎo)率為65.8 ms.cm"， 固相組分為二水石膏和a-半7jc石膏的混合物；7.5h電導(dǎo)率為63.4 ms.cm", 固相組分全部為oc-半水石膏；8.0h電導(dǎo)率為63.6 ms.cm",固相組分全部為 ot-半水石膏。
實施例6
配置ZnCl2、 CaCl2、 KC1混合鹽溶液(鹽組分含量約為20.0wtQ/。)，輸 至結(jié)晶反應(yīng)器中配置鹽溶液并輸至結(jié)晶反應(yīng)器中，投加檸檬酸石膏，檸檬 酸石膏質(zhì)量百分含量為30.0 wt%,均勻攪拌，在常壓、95.(TC條件下恒溫 反應(yīng)。在線測試電導(dǎo)率。初始電導(dǎo)率為735.0 ms.cm"; 2.5h時電導(dǎo)率為 737.2ms.cm-1,反應(yīng)體系中的固相組分為二水石膏；6.0 h時電導(dǎo)率為669.1 ms.cm-1,固相組分為二水石膏和a-半水石膏的混合物；7.5h電導(dǎo)率為 655.6ms.cm",固相組分全部為ot-半水石膏；8.0h電導(dǎo)率為661.4 ms.cm , 固相組分全部為ot-半水石膏。
權(quán)利要求
1、一種二水石膏在鹽溶液中制備α-半水石膏的控制方法，包括(1)通過測定與實際生產(chǎn)相同的二水石膏制備α-半水石膏過程中漿液的電導(dǎo)率，得到電導(dǎo)率隨時間的變化曲線，所述的變化曲線分為三個階段a)電導(dǎo)率基本不變，漿液的固相組分全部為二水石膏；b)電導(dǎo)率逐漸下降，固相組分中α-半水石膏和二水石膏共存，電導(dǎo)率下降的快慢指示出α-半水石膏生成速率的快慢；c)電導(dǎo)率略有上升，生成的α-半水石膏發(fā)生溶解與重結(jié)晶現(xiàn)象；(2)根據(jù)所述變化曲線判斷二水石膏結(jié)晶轉(zhuǎn)化過程的相態(tài)變化，確定二水石膏向α-半水石膏的轉(zhuǎn)化程度與電導(dǎo)率的關(guān)系；(3)測定實際生產(chǎn)過程中漿液的電導(dǎo)率，實際生產(chǎn)中通過設(shè)定電導(dǎo)率來控制二水石膏在鹽溶液中制備α-半水石膏的進程。
2、 如權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于電導(dǎo)率的測定采用在線檢測或離線檢測。
3、 如權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于所述的變化曲線中電導(dǎo)率降至最低點時對應(yīng)的電導(dǎo)率為二水石膏已經(jīng)達到完全轉(zhuǎn)化為oc-半水石膏時的電導(dǎo)率。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種二水石膏在鹽溶液中制備α-半水石膏的控制方法，通過測定與實際生產(chǎn)相同的二水石膏制備α-半水石膏過程中漿液的電導(dǎo)率，得到電導(dǎo)率隨時間的變化曲線，根據(jù)所述變化曲線判斷二水石膏結(jié)晶轉(zhuǎn)化過程的相態(tài)變化，確定二水石膏向α-半水石膏的轉(zhuǎn)化程度與電導(dǎo)率的關(guān)系；生產(chǎn)過程中設(shè)定電導(dǎo)率，控制二水石膏向α-半水石的轉(zhuǎn)化程度。本發(fā)明為鹽溶液法利用二水石膏制備α-半水石膏提供了一種簡便、易行、準確的指示與控制方法，既可在線檢測，也可離線檢測，適用于工業(yè)生產(chǎn)過程中的工藝控制。
文檔編號C04B11/00GK101549969SQ20091009799
公開日2009年10月7日 申請日期2009年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月28日
發(fā)明者付海陸, 吳忠標, 官寶紅, 應(yīng)春華, 楊柳春, 胡達清 申請人:浙江大學(xué);浙江天地環(huán)保工程有限公司