本發(fā)明涉及環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種離子液體預(yù)處理脫硫石膏生產(chǎn)硫酸鈣晶須的方法。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)革命的發(fā)展，燃煤過(guò)程中產(chǎn)生的so2對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。為了有效去除so2，開發(fā)出了現(xiàn)在世界上應(yīng)用最多也最廣泛的是濕法脫硫技術(shù)，其中濕法中的石灰/石灰石―石膏法已經(jīng)處于主導(dǎo)地位，脫硫石膏正是由燃煤電廠進(jìn)行濕法石灰/石灰石―石膏法脫硫而產(chǎn)生的以caso4?2h2o為主要成分的工業(yè)副產(chǎn)物。
但是，脫硫石膏處理困難，大量堆放，這些脫硫石膏無(wú)論純度、抗壓抗拉強(qiáng)度、含水率均無(wú)法與天然石膏競(jìng)爭(zhēng)，不得不占用大量的土地堆存作為廢料處理。脫硫石膏長(zhǎng)期大量堆積，特別是滲出液嚴(yán)重污染地表水和地下水，特別是對(duì)堆積土壤及周邊植物產(chǎn)生惡劣影響，更給人類健康帶來(lái)危害。此外，在陽(yáng)光持續(xù)暴曬下脫硫石膏的分解釋放出so2氣體造成二次污染，因此如不及時(shí)處理，脫硫石膏遺患必將成為繼二氧化硫、氮氧化物后的又一大污染源。為此，脫硫石膏的無(wú)害化、減量化和資源化利用成為當(dāng)務(wù)之急。
硫酸鈣晶須是一種以單晶形式生長(zhǎng)的新型針狀、具有均勻橫截面、完整外形、內(nèi)部結(jié)構(gòu)完善的纖維亞納米材料。其形態(tài)是由于晶體在軸向和側(cè)面生長(zhǎng)速率的差異造成的，晶須主要沿軸向方向的螺旋錯(cuò)位生長(zhǎng)，其側(cè)面是低能面，生長(zhǎng)非常緩慢，通過(guò)表面擴(kuò)散給晶須的尖端或基面上露頭螺旋供料。硫酸鈣晶須具有高強(qiáng)度、高模量、高韌性、高絕緣性、耐磨耗、耐高溫、耐酸堿、抗腐蝕、紅外線反射性良好、易于表面處理、易與聚合物復(fù)合、無(wú)毒等諸多優(yōu)良的理化性能。硫酸鈣晶須集增強(qiáng)纖維和超細(xì)無(wú)機(jī)填料二者的優(yōu)勢(shì)于一體，可用于樹脂、塑料、橡膠、涂料、油漆、造紙、瀝青、摩擦和密封材料中作補(bǔ)強(qiáng)增韌劑或功能型填料；又可直接作為過(guò)濾材料、保溫材料、耐火隔熱材料、紅外線反射材料和包覆電線的高絕緣材料。因此將脫硫石膏轉(zhuǎn)化為硫酸鈣晶須，將有效的消減脫硫石膏對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)獲得高附加值產(chǎn)品。
然而，脫硫石膏中常含有ni、cu、pb等重金屬元素，上述元素隨著脫硫石膏的資源化利用進(jìn)行遷移，存在與資源化產(chǎn)品中，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的品質(zhì)。為此，為了獲得高品質(zhì)的硫酸鈣晶須，重金屬的去除至關(guān)重要。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種離子液體預(yù)處理脫硫石膏生產(chǎn)硫酸鈣晶須的方法，通過(guò)離子液體預(yù)處理、水熱處理、重結(jié)晶技術(shù)，有效提高了硫酸鈣晶須的純度和生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)廢棄物循環(huán)再利用，節(jié)約土地資源，消除環(huán)境和健康隱患。
本發(fā)明的技術(shù)方案：
一種離子液體預(yù)處理脫硫石膏生產(chǎn)硫酸鈣晶須的方法包括如下步驟：
1）將10g脫硫石膏與1l水進(jìn)行混合并連續(xù)攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速為150-200rpm，攪拌時(shí)間為30-40min，攪拌結(jié)束構(gòu)成脫硫石膏渾濁液i；
2）將上述渾濁液與[bmim][pf6]（1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽）離子液體按1500-3000:1，在室溫條件下進(jìn)行混合并攪拌萃?。ㄞD(zhuǎn)速為100-150rpm），利用稀硫酸調(diào)節(jié)體系ph=3-5，萃取時(shí)間為40-80min；
3）將上述溶液進(jìn)行過(guò)濾并水洗3次獲得離子液體提取液、水溶液及殘余固體，將殘余固體10g與與1l水進(jìn)行混合并連續(xù)攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速為150-200rpm，攪拌時(shí)間為30-40min，攪拌結(jié)束構(gòu)成脫硫石膏渾濁液ii；
4）將上述渾濁液與[bmim][pf6]離子液體按1500-3000:1，在室溫條件下進(jìn)行混合并攪拌萃取（轉(zhuǎn)速為100-150rpm），利用稀硫酸調(diào)節(jié)體系ph=5-7，萃取時(shí)間為40-100min；
5）將上述溶液進(jìn)行過(guò)濾并水洗3次獲得離子液體提取液、水溶液及殘余固體，將殘余固體置于馬弗爐中于300-350℃焚燒3h，取出備用；
6）將上述預(yù)處理后的脫硫石膏研磨至100-200目；
7）將10g預(yù)處理后的脫硫石膏原料投入反應(yīng)釜進(jìn)行反應(yīng)，同時(shí)加入300-400ml蒸餾水；
8）按照4-7℃/min升溫速率升高至120-140℃，維持反應(yīng)時(shí)間4h，同時(shí)通過(guò)200目粒徑的ca(oh)2固體來(lái)調(diào)節(jié)體系ph=6.5-7.5；
9）反應(yīng)結(jié)束后自然降壓至常壓狀態(tài)（1atm），在80-100℃下趁熱過(guò)濾可獲得長(zhǎng)徑比為100-200:1的硫酸鈣晶須前體；
10）向?yàn)V液中加入0.1-0.5gcaso4·0.5h2o，在10-50rpm轉(zhuǎn)速攪拌下快速降溫至50-55℃，待不再產(chǎn)生沉淀后恒溫過(guò)濾，濾渣即為長(zhǎng)徑比為100-200:1的硫酸鈣晶須。
所述的離子液體提取液與去離子水按1:10混合后獲得離子液體水溶液及重金屬沉淀經(jīng)過(guò)濾分離后，對(duì)離子液體水溶液進(jìn)行減壓濃縮至不再有液體蒸發(fā)即可獲得離子液體，可循環(huán)使用，實(shí)現(xiàn)了離子液體的再生。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果是：
1.本發(fā)明采用離子液體對(duì)脫硫石膏原料中的重金屬進(jìn)行預(yù)處理，可將原料中殘存的ni、cu、pb進(jìn)行高效萃取，提高了脫硫石膏的純度；離子液體經(jīng)分離提純?cè)偕罂裳h(huán)使用，大幅降低生產(chǎn)成本，與此同時(shí)可有效去除脫硫石膏中ni、cu、pb等重金屬的含量達(dá)70%以上；利用ca(oh)2固體來(lái)調(diào)節(jié)體系的ph，不但增加體系內(nèi)ca2+濃度，有利于晶須的生長(zhǎng)，而且不引入雜質(zhì)離子，保證了體系純度。
2.本發(fā)明所需設(shè)備簡(jiǎn)單，工藝簡(jiǎn)便，且不會(huì)造成附加的環(huán)境危害，實(shí)現(xiàn)了脫硫石膏廢棄物的資源化利用，解決了脫硫石膏對(duì)環(huán)境的污染問(wèn)題，同時(shí)本發(fā)明生產(chǎn)的硫酸鈣晶須具有尺寸均勻、成本低、附加值高等特點(diǎn)，具有極其深遠(yuǎn)的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明通過(guò)以下實(shí)施例進(jìn)一步詳述，但本實(shí)施例所敘述的技術(shù)內(nèi)容是說(shuō)明性的，而不是限定性的，不應(yīng)依此來(lái)局限本發(fā)明的保護(hù)范圍。
實(shí)施例1：
一種離子液體預(yù)處理脫硫石膏生產(chǎn)硫酸鈣晶須的方法包括如下步驟：
1）將10g脫硫石膏與1l水進(jìn)行混合并連續(xù)攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速為150rpm，攪拌時(shí)間為30min，攪拌結(jié)束構(gòu)成脫硫石膏渾濁液i；
2）將上述渾濁液與[bmim][pf6]（1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽）離子液體按2800:1，在室溫條件下進(jìn)行混合并攪拌萃?。ㄞD(zhuǎn)速為100rpm），利用稀硫酸調(diào)節(jié)體系ph=3，萃取時(shí)間為40min；
3）將上述溶液進(jìn)行過(guò)濾并水洗3次獲得離子液體提取液、水溶液及殘余固體，將殘余固體10g與與1l水進(jìn)行混合并連續(xù)攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速為150rpm，攪拌時(shí)間為30min，攪拌結(jié)束構(gòu)成脫硫石膏渾濁液ii；
4）將上述渾濁液與[bmim][pf6]離子液體按2800:1，在室溫條件下進(jìn)行混合并攪拌萃?。ㄞD(zhuǎn)速為100rpm），利用稀硫酸調(diào)節(jié)體系ph=5，萃取時(shí)間為40min；
5）將上述溶液進(jìn)行過(guò)濾并水洗3次獲得離子液體提取液、水溶液及殘余固體，將殘余固體置于馬弗爐中于300℃焚燒3h，取出備用；
6）將上述預(yù)處理后的脫硫石膏研磨至100目；
7）將10g預(yù)處理后的脫硫石膏原料投入反應(yīng)釜進(jìn)行反應(yīng)，同時(shí)加入300ml蒸餾水；
8）按照5℃/min升溫速率升高至125℃，維持反應(yīng)時(shí)間4h，同時(shí)通過(guò)200目粒徑的ca(oh)2固體來(lái)調(diào)節(jié)體系ph=6.5；
9）反應(yīng)結(jié)束后自然降壓至常壓狀態(tài)（1atm），在80℃下趁熱過(guò)濾可獲得長(zhǎng)徑比為100:1的硫酸鈣晶須前體；
10）向?yàn)V液中加入0.1gcaso4·0.5h2o，在25rpm轉(zhuǎn)速攪拌下快速降溫至50℃，待不再產(chǎn)生沉淀后恒溫過(guò)濾，濾渣即為長(zhǎng)徑比為110:1的硫酸鈣晶須。
將上述離子液體提取液與去離子水按1:10混合后獲得離子液體水溶液及重金屬沉淀經(jīng)過(guò)濾分離后，對(duì)離子液體水溶液進(jìn)行減壓濃縮至不再有液體蒸發(fā)即可獲得離子液體，可循環(huán)使用，實(shí)現(xiàn)了離子液體的再生。
經(jīng)離子液體預(yù)處理后的脫硫石膏中ni的去除率為80%，cu的去除率為95%、pb的去除率為70%。
實(shí)施例2：
一種離子液體預(yù)處理脫硫石膏生產(chǎn)硫酸鈣晶須的方法包括如下步驟：
1）將10g脫硫石膏與1l水進(jìn)行混合并連續(xù)攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速為180rpm，攪拌時(shí)間為35min，攪拌結(jié)束構(gòu)成脫硫石膏渾濁液i；
2）將上述渾濁液與[bmim][pf6]（1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽）離子液體按2000:1，在室溫條件下進(jìn)行混合并攪拌萃取（轉(zhuǎn)速為130rpm），利用稀硫酸調(diào)節(jié)體系ph=4.5，萃取時(shí)間為60min；
3）將上述溶液進(jìn)行過(guò)濾并水洗3次獲得離子液體提取液、水溶液及殘余固體，將殘余固體10g與1l水進(jìn)行混合并連續(xù)攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速為180rpm，攪拌時(shí)間為35min，攪拌結(jié)束構(gòu)成脫硫石膏渾濁液ii；
4）將上述渾濁液與[bmim][pf6]離子液體按2000:1，在室溫條件下進(jìn)行混合并攪拌萃?。ㄞD(zhuǎn)速為130rpm），利用稀硫酸調(diào)節(jié)體系ph=5.5，萃取時(shí)間為100min；
5）將上述溶液進(jìn)行過(guò)濾并水洗3次獲得離子液體提取液、水溶液及殘余固體，將殘余固體置于馬弗爐中于350℃焚燒3h，取出備用；
6）將上述預(yù)處理后的脫硫石膏研磨至200目；
7）將10g預(yù)處理后的脫硫石膏原料投入反應(yīng)釜進(jìn)行反應(yīng)，同時(shí)加入400ml蒸餾水；
8）按照6℃/min升溫速率升高至130℃，維持反應(yīng)時(shí)間4h，同時(shí)通過(guò)200目粒徑的ca(oh)2固體來(lái)調(diào)節(jié)體系ph=7.1；
9）反應(yīng)結(jié)束后自然降壓至常壓狀態(tài)（1atm），在95℃下趁熱過(guò)濾可獲得長(zhǎng)徑比為180:1的硫酸鈣晶須前體；
10）向?yàn)V液中加入0.3gcaso4·0.5h2o，在10-50rpm轉(zhuǎn)速攪拌下快速降溫至50℃，待不再產(chǎn)生沉淀后恒溫過(guò)濾，濾渣即為長(zhǎng)徑比為180:1的硫酸鈣晶須。
將上述離子液體提取液與去離子水按1:10混合后獲得離子液體水溶液及重金屬沉淀經(jīng)過(guò)濾分離后，對(duì)離子液體水溶液進(jìn)行減壓濃縮至不再有液體蒸發(fā)即可獲得離子液體，可循環(huán)使用，實(shí)現(xiàn)了離子液體的再生。
經(jīng)離子液體預(yù)處理后的脫硫石膏中ni的去除率為98%，cu的去除率為100%、pb的去除率為85%。
實(shí)施例3：
一種離子液體預(yù)處理脫硫石膏生產(chǎn)硫酸鈣晶須的方法包括如下步驟：
1）將10g脫硫石膏與1l水進(jìn)行混合并連續(xù)攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速為200rpm，攪拌時(shí)間為40min，攪拌結(jié)束構(gòu)成脫硫石膏渾濁液i；
2）將上述渾濁液與[bmim][pf6]（1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽）離子液體按1500:1，在室溫條件下進(jìn)行混合并攪拌萃?。ㄞD(zhuǎn)速為150rpm），利用稀硫酸調(diào)節(jié)體系ph=5，萃取時(shí)間為70min；
3）將上述溶液進(jìn)行過(guò)濾并水洗3次獲得離子液體提取液、水溶液及殘余固體，將殘余固體10g與1l水進(jìn)行混合并連續(xù)攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速為180rpm，攪拌時(shí)間為35min，攪拌結(jié)束構(gòu)成脫硫石膏渾濁液ii；
4）將上述渾濁液與[bmim][pf6]離子液體按1500:1，在室溫條件下進(jìn)行混合并攪拌萃?。ㄞD(zhuǎn)速為150rpm），利用稀硫酸調(diào)節(jié)體系ph=7，萃取時(shí)間為50min；
5）將上述溶液進(jìn)行過(guò)濾并水洗3次獲得離子液體提取液、水溶液及殘余固體，將殘余固體置于馬弗爐中于350℃焚燒3h，取出備用；
6）將上述預(yù)處理后的脫硫石膏研磨至150目；
7）將10g預(yù)處理后的脫硫石膏原料投入反應(yīng)釜進(jìn)行反應(yīng)，同時(shí)加入400ml蒸餾水；
8）按照7℃/min升溫速率升高至140℃，維持反應(yīng)時(shí)間4h，同時(shí)通過(guò)200目粒徑的ca(oh)2固體來(lái)調(diào)節(jié)體系ph=7.4；
9）反應(yīng)結(jié)束后自然降壓至常壓狀態(tài)（1atm），在100℃下趁熱過(guò)濾可獲得長(zhǎng)徑比為170:1的硫酸鈣晶須前體；
10）向?yàn)V液中加入0.5gcaso4·0.5h2o，在50rpm轉(zhuǎn)速攪拌下快速降溫至55℃，待不再產(chǎn)生沉淀后恒溫過(guò)濾，濾渣即為長(zhǎng)徑比為160:1的硫酸鈣晶須。
將上述離子液體提取液與去離子水按1:10混合后獲得離子液體水溶液及重金屬沉淀經(jīng)過(guò)濾分離后，對(duì)離子液體水溶液進(jìn)行減壓濃縮至不再有液體蒸發(fā)即可獲得離子液體，可循環(huán)使用，實(shí)現(xiàn)了離子液體的再生。
經(jīng)離子液體預(yù)處理后的脫硫石膏中ni的去除率為90%，cu的去除率為100%、pb的去除率為80%。