氯碱废弃物生产硫酸钙晶须工艺研究

弓 硕，孙璐璐

（连云港市工投集团利海化工有限公司，江苏连云港 222000）

氯碱废弃物是一种对环境污染较重的工业废料，处理时会对氯碱企业产生一定的附加成本。而利用氯碱废弃物进行硫酸钙晶须的生产不仅可以减少对环境的污染，还可以产生一定的经济效益，降低生石膏资源的使用和开采，实现固废资源化利用。

1 概述

1.1 氯碱废弃物的来源

传统的硫酸钙晶须主要以生石膏为原料进行工业化生产。虽然我国的生石膏资源储备非常丰富，但是生石膏属于不可再生资源，不能过度地进行开采和使用。随着工业技术不断的发展和进步，研究发现可以将工业废料二次利用生产硫酸钙晶须，其中氯碱废弃物应用最为广泛。烧碱企业和氯碱企业使用电石法制造聚氯乙烯时，会产生电石渣、盐酸、稀硫酸、芒硝、盐泥等废弃物，这些废弃物通过合理配合，可以进行硫酸钙晶须的生产。我国烧碱和氯碱企业众多，生产中会产生大量的废酸、盐泥等废弃物，可以为硫酸钙晶须的生产提供丰富的原料来源。

1.2 硫酸钙晶须的性质

硫酸钙晶须是一种单晶形式生长的新型针状纤维亚纳米材料，具有横截面均匀、外形完整、内部结构完善的特点，硫酸钙晶须的形态是晶体在轴向和侧面生长速率不同而产生的。硫酸钙晶须具有高强度、高模量、高韧性、绝缘性好、耐磨损、耐高温、耐腐蚀等特点，可以作为功能填料用于树脂、塑料、橡胶、油漆涂料等的制备，还可以作为过滤材料和绝缘材料。因其性能优良，价格低廉而具有极好的性能价格比，所以成为应用领域较广、市场前景极为广阔的新型材料，也是极有发展前途的无机盐晶须材料。

1.3 硫酸钙晶须生产原理

硫酸钙晶须生产是指晶体状的二水硫酸钙缺少结晶水，变成一半是水，一半是硫酸钙液体的状态。主要生产过程是先进行溶解再变成结晶状态，最后进行脱水处理。进行硫酸钙晶须生产时，最重要的环节是晶体形成和晶体的成长过程。晶体的轴面和侧面生长的速率不同，控制其他影响因素，使得晶体沿着固定的方向一直生长，生成硫酸钙纤维状的晶须。

2 氯碱废弃物生产硫酸钙晶须的工艺研究

2.1 不同工艺路线的选择

氯碱废弃物是烧碱和氯碱行业生产过程中产生的。氯碱企业使用电石法生产聚氯乙烯，此过程中会产生电石渣，当生产过程中出现不平衡时还会产生大量的盐酸。氧气干燥环节使用浓硫酸作为干燥剂时，会产生大量的稀硫酸，脱硝环节使用盐水，膜法装置会产生大量的芒硝和盐泥。这些废弃物通过合理配比，选择合理的工艺，可用来生产硫酸钙晶须。首先利用废弃物制作生石膏，再对生石膏进行调控和结晶制造出CaSO4·1/2H2O 或 CaSO4这两种物质。该产品生产方法有多种，可根据企业实际需求情况，结合其生产规模大小和经济投入自行选择。因此探究氯碱废弃物生产硫酸钙晶须的工艺时，研究废弃物的性能和特点以及选择合适的工艺线路是非常重要的，这也是进行氯碱废弃物生产硫酸钙晶须的 基础。

利用氯碱废弃物生产硫酸钙晶须工业上常用以下两种工艺。第一种是常压酸化法，把生石膏的悬浊液在合适的温度下，在酸性条件下，结晶形成纤维状的CaSO4·1/2H2O 或 CaSO4晶须。该工艺优点是工艺简单，材料成本较低，缺点是对设备有腐蚀性，后期的设备维护和保养费用较高，产量不大，适合一些中小型企业。第二种是水热压法，把一定量的生石膏悬浊液放入到高压蒸汽条件下，用水压器进行高压处理，让生石膏变成针状的CaSO4·1/2H2O，最后形成硫酸钙晶须。该工艺优点是由于水在制作中具有溶剂和促进剂的双重作用，使得反应的速度很快，所以适合大规模的硫酸钙晶须生产，且生产效率高。缺点是对设备要求高，对操作人员的素质和知识水平要求也很高，导致水热压法的成本高。因此水热压法适合大型企业大规模生产，通过提高生产数量而降低综合成本。

2.2 利用电石渣制作二水硫酸钙

探究硫酸钙晶须的制作工艺时，要对硫酸钙晶须进行充分了解。制作硫酸钙晶须的重要原料是二水硫酸钙，因此探究氯碱废弃物生产硫酸钙晶须工艺时，可以把制作成二水硫酸钙作为目标进行探究。对氯碱废弃物进行了解和实验，找出能够生成二水硫酸钙的物质是什么，然后用这种废弃物进行硫酸钙晶须的生产。电石渣是电石二次水解后的产物，其中70%的物质是 Ca（OH）2，此外含有Fe2O3、SiO2、MgO、Al2O3等金属氧化物、氢氧化物以及少量有机物。电石渣经过合理处理可以制成二水硫酸钙，因此以氯碱废弃物中的电石渣作为原料，生产硫酸钙晶须。电石渣首先要进行过滤处理，然后再使用活性炭吸附出电石渣中的杂物，把吸附好的液体放入到搅拌容器中，再往搅拌容器中加入适量的稀硫酸，在常温状态下进行反应。反应过程要对液体的pH进行检测，当pH达到目标终点时停止反应。最后把液体中的沉淀物取出进行洗涤处理，得到硫酸钙晶须，完成制作。反应过程中，要注意稀硫酸的浓度，最好把握在30%左右，这样生产的硫酸钙晶须质量最好。但是该工艺反应速度慢，产量低，难以满足市场的需求。因此该方法主要用于氯碱企业自身电石渣废料处理，避免污染的同时，还产生一定的经济效益。

2.3 使用电石渣、盐酸、芒硝混合制作硫酸钙晶须

根据电石渣工艺中存在的问题，可以把其他的氯碱废弃物加入反应之中，提高反应的速度，加大氯碱废弃物的使用，提高硫酸钙晶须的产量。可以把废盐酸、废稀硫酸、芒硝等废弃物按一定比例作为原料加入到硫酸钙晶须生产工艺中。

将之前的电石渣工艺进行完善，在原来的单纯的电石渣液体中，用盐酸替代其中的20%，此法能够制作成杂质较少的CaCl2溶液，再加入适量的芒硝，提高反应的速度，反应完成后溶液底部的沉淀物就是硫酸钙晶须。这两种物质的杂质都比较少，制作的硫酸钙晶须品质就得到了提高。通过这些手段进行的同离子反应，可以降低溶液中其他副反应产生，减少了电石渣中的沉淀物洗涤工序，简化了工序，缩短生产硫酸钙晶须的时间。除此之外，因为之前电石渣为原料生产硫酸钙晶须工艺，是在常温的状态下进行，所以制成的硫酸钙晶须的硬度较低，使得生产的硫酸钙晶须的使用范围大大缩减。而电石渣、盐酸、芒硝三者混合生产硫酸钙晶须的过程中，加入具有诱导作用的媒晶剂，在媒晶剂的作用下生产的硫酸钙晶须的硬度会得到很大的提高。

综上所述，根据电石渣作为原料生产硫酸钙晶须工艺中出现的弊端，进行有效的改进，使用氯碱废弃物中的盐酸和芒硝，缩短反应时间的同时，提高硫酸钙晶须的质量和坚硬程度，得到更高品质的硫酸钙晶须。

3 结语

对氯碱废弃物生产硫酸钙晶须的工艺进行探讨，首先要对硫酸钙晶须的性质和制作原理进行充分了解，其次根据氯碱废弃物具体组分的性质，选择合适的工艺方案，经过实验筛选出高效的硫酸钙晶须生产工艺。