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我国大多数钛白生产企业采用石灰中和法处理钛白废酸,副产的石膏多用于建材行业,经济价值不高。石膏晶须是一种由石膏加工而成的新型材料,在改性沥青、造纸、复合材料增强剂等领域有着广泛的应用。为了更有效利用钛白废酸并提高石膏的经济价值,本文以钛白废酸为原料,用络合还原法生产高纯度石膏,再通过水热法制备优质石膏晶须。主要研究内容和结果如下:
(1)研究金属离子种类和含量对石膏晶须生长的影响。在制备石膏晶须的体系中,Ti4+、Fe3+和Al3+对石膏晶须的生长存在不利的影响。只有当料浆中Ti4+、Fe3+和Al3+的浓度分别≤0.60、0.44和0.33g·L-1时,石膏晶须的长径比才可达40以上。当Mg2+的浓度≤0.16g·L-1时,Mg2+可促进石膏晶须的生长。长径比≥40时,石膏晶须的形貌均为均匀的纤维状;长径比≤10时,则几乎全是短柱状。
(2)通过单因素实验考察了各因素对石膏质量的影响。在实验范围内存在优化的工艺条件。在处理100mL钛白废酸时,在反应温度为20℃、EDTA用量为1.30g、Na2S2O4的用量为1.50g、一次中和的pH值为0.75、络合时间为20min和还原时间为20min的优化条件下,可制得优质的钛白石膏,石膏中CaSO4·2H2O、TiO2、Fe2O3和Al2O3的含量分别为98.4%、0.68%、0.018%和0.020%。其杂质含量较低,二水硫酸钙含量较高,能满足制备钛白石膏晶须的条件。
(3)以上述优化条件下制备的石膏为原料,采用单因素实验研究不同实验条件下各因素对钛白石膏晶须生长的影响。利用光学显微镜和电子扫描电镜(SEM)观察不同工艺条件下石膏晶须的形貌,并由相应的处理软件确定其长径比,用X-射线衍射仪(XRD)确定石膏晶须的物相。在料浆浓度为5.0%、料浆初始pH值为4.0、反应温度为120℃、反应时间为2h和反应压力为0.6MPa的优化实验条件下,制得的钛白石膏晶须其物相为CaSO4·0.5H2O,平均长径比为88,结晶水含量为6.48%。