氯堿廢棄物生產(chǎn)硫酸鈣晶須工藝研究

弓 碩，孫璐璐

（連云港市工投集團(tuán)利海化工有限公司，江蘇連云港 222000）

氯堿廢棄物是一種對(duì)環(huán)境污染較重的工業(yè)廢料，處理時(shí)會(huì)對(duì)氯堿企業(yè)產(chǎn)生一定的附加成本。而利用氯堿廢棄物進(jìn)行硫酸鈣晶須的生產(chǎn)不僅可以減少對(duì)環(huán)境的污染，還可以產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益，降低生石膏資源的使用和開采，實(shí)現(xiàn)固廢資源化利用。

1 概述

1.1 氯堿廢棄物的來源

傳統(tǒng)的硫酸鈣晶須主要以生石膏為原料進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。雖然我國的生石膏資源儲(chǔ)備非常豐富，但是生石膏屬于不可再生資源，不能過度地進(jìn)行開采和使用。隨著工業(yè)技術(shù)不斷的發(fā)展和進(jìn)步，研究發(fā)現(xiàn)可以將工業(yè)廢料二次利用生產(chǎn)硫酸鈣晶須，其中氯堿廢棄物應(yīng)用最為廣泛。燒堿企業(yè)和氯堿企業(yè)使用電石法制造聚氯乙烯時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電石渣、鹽酸、稀硫酸、芒硝、鹽泥等廢棄物，這些廢棄物通過合理配合，可以進(jìn)行硫酸鈣晶須的生產(chǎn)。我國燒堿和氯堿企業(yè)眾多，生產(chǎn)中會(huì)產(chǎn)生大量的廢酸、鹽泥等廢棄物，可以為硫酸鈣晶須的生產(chǎn)提供豐富的原料來源。

1.2 硫酸鈣晶須的性質(zhì)

硫酸鈣晶須是一種單晶形式生長(zhǎng)的新型針狀纖維亞納米材料，具有橫截面均勻、外形完整、內(nèi)部結(jié)構(gòu)完善的特點(diǎn)，硫酸鈣晶須的形態(tài)是晶體在軸向和側(cè)面生長(zhǎng)速率不同而產(chǎn)生的。硫酸鈣晶須具有高強(qiáng)度、高模量、高韌性、絕緣性好、耐磨損、耐高溫、耐腐蝕等特點(diǎn)，可以作為功能填料用于樹脂、塑料、橡膠、油漆涂料等的制備，還可以作為過濾材料和絕緣材料。因其性能優(yōu)良，價(jià)格低廉而具有極好的性能價(jià)格比，所以成為應(yīng)用領(lǐng)域較廣、市場(chǎng)前景極為廣闊的新型材料，也是極有發(fā)展前途的無機(jī)鹽晶須材料。

1.3 硫酸鈣晶須生產(chǎn)原理

硫酸鈣晶須生產(chǎn)是指晶體狀的二水硫酸鈣缺少結(jié)晶水，變成一半是水，一半是硫酸鈣液體的狀態(tài)。主要生產(chǎn)過程是先進(jìn)行溶解再變成結(jié)晶狀態(tài)，最后進(jìn)行脫水處理。進(jìn)行硫酸鈣晶須生產(chǎn)時(shí)，最重要的環(huán)節(jié)是晶體形成和晶體的成長(zhǎng)過程。晶體的軸面和側(cè)面生長(zhǎng)的速率不同，控制其他影響因素，使得晶體沿著固定的方向一直生長(zhǎng)，生成硫酸鈣纖維狀的晶須。

2 氯堿廢棄物生產(chǎn)硫酸鈣晶須的工藝研究

2.1 不同工藝路線的選擇

氯堿廢棄物是燒堿和氯堿行業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的。氯堿企業(yè)使用電石法生產(chǎn)聚氯乙烯，此過程中會(huì)產(chǎn)生電石渣，當(dāng)生產(chǎn)過程中出現(xiàn)不平衡時(shí)還會(huì)產(chǎn)生大量的鹽酸。氧氣干燥環(huán)節(jié)使用濃硫酸作為干燥劑時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的稀硫酸，脫硝環(huán)節(jié)使用鹽水，膜法裝置會(huì)產(chǎn)生大量的芒硝和鹽泥。這些廢棄物通過合理配比，選擇合理的工藝，可用來生產(chǎn)硫酸鈣晶須。首先利用廢棄物制作生石膏，再對(duì)生石膏進(jìn)行調(diào)控和結(jié)晶制造出CaSO4·1/2H2O 或 CaSO4這兩種物質(zhì)。該產(chǎn)品生產(chǎn)方法有多種，可根據(jù)企業(yè)實(shí)際需求情況，結(jié)合其生產(chǎn)規(guī)模大小和經(jīng)濟(jì)投入自行選擇。因此探究氯堿廢棄物生產(chǎn)硫酸鈣晶須的工藝時(shí)，研究廢棄物的性能和特點(diǎn)以及選擇合適的工藝線路是非常重要的，這也是進(jìn)行氯堿廢棄物生產(chǎn)硫酸鈣晶須的 基礎(chǔ)。

利用氯堿廢棄物生產(chǎn)硫酸鈣晶須工業(yè)上常用以下兩種工藝。第一種是常壓酸化法，把生石膏的懸濁液在合適的溫度下，在酸性條件下，結(jié)晶形成纖維狀的CaSO4·1/2H2O 或 CaSO4晶須。該工藝優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單，材料成本較低，缺點(diǎn)是對(duì)設(shè)備有腐蝕性，后期的設(shè)備維護(hù)和保養(yǎng)費(fèi)用較高，產(chǎn)量不大，適合一些中小型企業(yè)。第二種是水熱壓法，把一定量的生石膏懸濁液放入到高壓蒸汽條件下，用水壓器進(jìn)行高壓處理，讓生石膏變成針狀的CaSO4·1/2H2O，最后形成硫酸鈣晶須。該工藝優(yōu)點(diǎn)是由于水在制作中具有溶劑和促進(jìn)劑的雙重作用，使得反應(yīng)的速度很快，所以適合大規(guī)模的硫酸鈣晶須生產(chǎn)，且生產(chǎn)效率高。缺點(diǎn)是對(duì)設(shè)備要求高，對(duì)操作人員的素質(zhì)和知識(shí)水平要求也很高，導(dǎo)致水熱壓法的成本高。因此水熱壓法適合大型企業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)，通過提高生產(chǎn)數(shù)量而降低綜合成本。

2.2 利用電石渣制作二水硫酸鈣

探究硫酸鈣晶須的制作工藝時(shí)，要對(duì)硫酸鈣晶須進(jìn)行充分了解。制作硫酸鈣晶須的重要原料是二水硫酸鈣，因此探究氯堿廢棄物生產(chǎn)硫酸鈣晶須工藝時(shí)，可以把制作成二水硫酸鈣作為目標(biāo)進(jìn)行探究。對(duì)氯堿廢棄物進(jìn)行了解和實(shí)驗(yàn)，找出能夠生成二水硫酸鈣的物質(zhì)是什么，然后用這種廢棄物進(jìn)行硫酸鈣晶須的生產(chǎn)。電石渣是電石二次水解后的產(chǎn)物，其中70%的物質(zhì)是 Ca（OH）2，此外含有Fe2O3、SiO2、MgO、Al2O3等金屬氧化物、氫氧化物以及少量有機(jī)物。電石渣經(jīng)過合理處理可以制成二水硫酸鈣，因此以氯堿廢棄物中的電石渣作為原料，生產(chǎn)硫酸鈣晶須。電石渣首先要進(jìn)行過濾處理，然后再使用活性炭吸附出電石渣中的雜物，把吸附好的液體放入到攪拌容器中，再往攪拌容器中加入適量的稀硫酸，在常溫狀態(tài)下進(jìn)行反應(yīng)。反應(yīng)過程要對(duì)液體的pH進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)pH達(dá)到目標(biāo)終點(diǎn)時(shí)停止反應(yīng)。最后把液體中的沉淀物取出進(jìn)行洗滌處理，得到硫酸鈣晶須，完成制作。反應(yīng)過程中，要注意稀硫酸的濃度，最好把握在30%左右，這樣生產(chǎn)的硫酸鈣晶須質(zhì)量最好。但是該工藝反應(yīng)速度慢，產(chǎn)量低，難以滿足市場(chǎng)的需求。因此該方法主要用于氯堿企業(yè)自身電石渣廢料處理，避免污染的同時(shí)，還產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 使用電石渣、鹽酸、芒硝混合制作硫酸鈣晶須

根據(jù)電石渣工藝中存在的問題，可以把其他的氯堿廢棄物加入反應(yīng)之中，提高反應(yīng)的速度，加大氯堿廢棄物的使用，提高硫酸鈣晶須的產(chǎn)量。可以把廢鹽酸、廢稀硫酸、芒硝等廢棄物按一定比例作為原料加入到硫酸鈣晶須生產(chǎn)工藝中。

將之前的電石渣工藝進(jìn)行完善，在原來的單純的電石渣液體中，用鹽酸替代其中的20%，此法能夠制作成雜質(zhì)較少的CaCl2溶液，再加入適量的芒硝，提高反應(yīng)的速度，反應(yīng)完成后溶液底部的沉淀物就是硫酸鈣晶須。這兩種物質(zhì)的雜質(zhì)都比較少，制作的硫酸鈣晶須品質(zhì)就得到了提高。通過這些手段進(jìn)行的同離子反應(yīng)，可以降低溶液中其他副反應(yīng)產(chǎn)生，減少了電石渣中的沉淀物洗滌工序，簡(jiǎn)化了工序，縮短生產(chǎn)硫酸鈣晶須的時(shí)間。除此之外，因?yàn)橹半娛鼮樵仙a(chǎn)硫酸鈣晶須工藝，是在常溫的狀態(tài)下進(jìn)行，所以制成的硫酸鈣晶須的硬度較低，使得生產(chǎn)的硫酸鈣晶須的使用范圍大大縮減。而電石渣、鹽酸、芒硝三者混合生產(chǎn)硫酸鈣晶須的過程中，加入具有誘導(dǎo)作用的媒晶劑，在媒晶劑的作用下生產(chǎn)的硫酸鈣晶須的硬度會(huì)得到很大的提高。

綜上所述，根據(jù)電石渣作為原料生產(chǎn)硫酸鈣晶須工藝中出現(xiàn)的弊端，進(jìn)行有效的改進(jìn)，使用氯堿廢棄物中的鹽酸和芒硝，縮短反應(yīng)時(shí)間的同時(shí)，提高硫酸鈣晶須的質(zhì)量和堅(jiān)硬程度，得到更高品質(zhì)的硫酸鈣晶須。

3 結(jié)語

對(duì)氯堿廢棄物生產(chǎn)硫酸鈣晶須的工藝進(jìn)行探討，首先要對(duì)硫酸鈣晶須的性質(zhì)和制作原理進(jìn)行充分了解，其次根據(jù)氯堿廢棄物具體組分的性質(zhì)，選擇合適的工藝方案，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)篩選出高效的硫酸鈣晶須生產(chǎn)工藝。