Область техники
Данное изобретение относится к способу непрерывной модификации дигидрата гипса, а также к модифицированному дигидрату гипса, полученному этим способом. В соответствии с этим способом существующий дигидрат гипса, такой как природный гипс или вторичный гипс (побочный продукт производства) из различных источников, непрерывно модифицируют до кристаллической формы, отличающейся от исходной кристаллической формы, путем однократного кальцинирования существующего дигидрата гипса до полугидрата гипса, а затем перекристаллизации полученного в результате полугидрата гипса.
Предшествующий уровень техники
Много лет дигидрат гипса широко используют в качестве сырьевого материала для строительных материалов, таких как гипсокартон и строительный гипс. Дигидрат гипса включает два типа, один из которых представляет собой природный гипс, а другой - полученный химическим путем гипс. В качестве гипса, полученного химическим путем (химического гипса), большинство продуктов представляет собой вторичный гипс, полученный как побочный продукт различных химических процессов, таких как описано ниже, хотя существует гипс, синтезированный из серной кислоты и карбоната кальция. Вторичный гипс включает гипс десульфуризации топочного газа, образующийся в качестве побочного продукта в процессах десульфуризации топочного газа, фосфогипс, полученный в результате обработки фосфорита серной кислотой, гипс нейтрализации, полученный в результате нейтрализации серной кислоты, образующейся при получении оксида титана, вторичный гипс, образующийся в качестве побочного продукта при получении полиалюминий хлорида как флокулянт водной обработки, и тому подобное. Средние размеры частиц этих химических гипсов обычно находятся в интервале от 30 до 60 мкм, и химический гипс из кристаллов большего размера, чем данный интервал размера частиц, очень редок. Однако существуют области применения, для которых желателен дигидрат гипса из кристаллов, больших по среднему размеру частиц, чем 60 мкм. Известно, что α-полугидрат гипса большого размера и правильной формы можно получить, например, когда дигидрат гипса, образованный из кристаллов, больших по среднему размеру частиц, чем 60 мкм, используют в качестве материала при получении α-полугидрата гипса путем кальцинирования дигидрата гипса.
Однако еще не разработана технология непрерывной модификации простым способом существующего дигидрата гипса в виде сырьевого материала, такого как природный гипс, такого как вторичный гипс, как описано выше, или отходы гипса, до дигидрата гипса, который обладает высокой чистотой, однороден по размеру частиц и образован из крупных кристаллов, имеющих средний размер частиц более 60 мкм, например, средний размер частиц 64 мкм или более. Такая технология, если она будет разработана, будет крайне полезна с практической точки зрения. С другой стороны, при использовании гипсового продукта, такого как строительный гипс, внутри этого гипсового продукта или на нем может образоваться потемнение или темные пятна за счет растворимой или нерастворимой примеси, которая является иной, чем сульфат кальция, и содержится в гипсовом материале. Несмотря на такую потенциальную проблему, существуют немногие гипсовые материалы, которые не содержат примеси, вызывающие такое потемнение или темные пятна, и обладают высокой степенью белизны. Если может быть разработана технология, способная легко модифицировать дигидрат гипса, который получен из природного гипса, вторичного гипса, отходов гипса или тому подобного, в белый гипсовый материал высокой чистоты, такая технология будет очень полезна, в частности, для обеспечения сырьевого материала, применимого для изготовления продукта, который требует высокой степени белизны, такого как стоматологический гипс.
Что касается получения дигидрата гипса большого размера частиц, при получении дигидрата гипса из отработанной серной кислоты и карбоната кальция предложено делить реакционную емкость на две секции и делать концентрацию растворенного гипса в реакционной емкости более однородной, чтобы поддерживать перенасыщение при степени, адекватной для роста кристаллов, в течение длительного времени (см. патентный документ 1). Однако этот способ относится к усовершенствованию в случае получения дигидрата гипса путем химического синтеза и не модифицирует существующий гипсовый материал или гипсовый материал малого диаметра частиц, такой как природный гипс или вторичный гипс, такой как описано выше, до дигидрата гипса большого размера кристаллических частиц и высокой чистоты.
Что касается удаления примесей из гипсового материала, также предложено модифицировать гипсовый материал путем эффективного и надежного удаления хлора или хлоридов, которые либо прилипают, либо включаются, либо растворены в твердом веществе внутри гипсового материала (см. патентный документ 2). В свете облегчения рециклинга гипсовых продуктов также сделано дополнительное предложение относительно способа обработки отходов гипса, чтобы повторно собрать дигидрат гипса большого среднего размера частиц (см. патентный документ 3). В этих технологиях дигидрат гипса сначала преобразуют в полугидрат гипса, который затем преобразуют обратно в дигидрат гипса при температуре 80°С или ниже. Кроме того, в патентном документе 3 раскрыто воздействие на отходы гипса мокрого измельчения, включение в полученную в результате суспензию гидроксикарбоксилата щелочного металла или щелочноземельного металла, имеющего от 4 до 6 атомов углерода, проведение термической обработки под давлением для преобразования дигидрата гипса в полугидрат гипса, а затем смешивание дигидрата гипса среднего размера частиц от 40 до 60 мкм с суспензией полугидрата гипса, чтобы преобразовать полугидрат гипса в дигидрат гипса. В патентном документе 3 в каждом примере описано, что был получен дигидрат гипса со средним размером частиц от 42 до 62 мкм.
Однако технологии, описанные в патентных документах 2 и 3, упомянутых выше, еще не способны достичь модификации гипсового материала, который состоит из существующего дигидрата гипса, такого как природный гипс, вторичный гипс или отходы гипса, до дигидрата гипса, который имеет большой средний размер частиц, превышающий 60 мкм, обладает высокой чистотой и применим в широком диапазоне областей применения. Данная модификация является задачей, которая должна быть решена настоящим изобретением. В каждом из изобретений, на которые ссылаются выше, способ обработки представляет собой периодический процесс и не является непрерывным процессом обработки. Следовательно, эти технологии предполагают решение проблемы, которая состоит в том, что эти технологии должны быть усовершенствованы для достижения повышенной производительности и могли быть применимы к стабильному промышленному производству.
Сделано еще одно предложение, состоящее в том, чтобы подвергать дигидрат гипса сухому кальцинированию для преобразования его в полугидрат гипса, приводить полученный в результате полугидрат гипса в суспензионную форму, а затем гидратировать полугидрат гипса при температуре от 10 до 60°С с получением дигидрата гипса большого размера частиц (см. патентный документ 4). Предпочтительный кристаллизатор проиллюстрирован на ФИГ.1 патентного документа 4. Описано использование этого кристаллизатора, дающее возможность непрерывной дегидратирующей обработки. В соответствии с этой технологией, однако, возникает перетекание суспензии или надосадочной воды в кристаллизаторе через край в результате загрузки полугидрата гипса или суспензии полугидрата гипса. Соответственно, необходимы дополнительные средства для повторной утилизации или обработки перетекающей суспензии. Согласно исследованию авторов настоящего изобретения этой технологии сопутствует тот недостаток, что в связи с вызванным перетеканием суспензии в кристаллизаторе через край время пребывания суспензии варьирует, и полученный в результате дигидрат гипса не сохраняет стабильность по размеру частиц.
Когда модифицированный дигидрат гипса имеет белый цвет, его можно использовать в качестве сырьевого материала для изготовления продуктов, таких как стоматологический гипс, что приводит к расширению областей применения. Хотя нет специальных указаний в отношении белизны гипса, белизну, которая воспринимается человеком как "белая", например на бумаге, считают равной примерно 80 в единицах белизны по Хантеру. Следует отметить, что чем выше это значение, тем больше белизна. Патентные документы 2-4, описанные выше, не содержат какого-либо описания по поводу такой технической задачи.
Документы предшествующего уровня техники
Патентные документы
Патентный документ 1:JP-A-2006-143503
Патентный документ 2:JP-A-2004-345900
Патентный документ 3:JP-A-2006-273599
Патентный документ 4:JP-A-2008-81329
Раскрытие изобретения
Задача, которая должна быть решена изобретением
Таким образом, целью настоящего изобретения является разработка способа преобразования сырьевого дигидрата гипса, такого как природный гипс, любой из различных вторичных гипсов или отходы гипса, в модифицированный дигидрат гипса кристаллической формы, отличающейся от исходной кристаллической формы, путем однократного кальцинирования дигидрата гипса до полугидрата гипса, а затем непрерывной перекристаллизации полугидрата гипса, и, в частности, разработка способа модификации гипсового материала, при котором гипсовый материал непрерывно модифицируют до дигидрата гипса, находящегося в форме крупных кристаллов, причем такие крупные кристаллы невозможно получить обычными методами, и имеет средний размер частиц предпочтительно более чем 60 мкм, более предпочтительно 64 мкм или более, который однороден по размеру частиц и который обладает высокой чистотой 95% или выше. Другой целью настоящего изобретения является разработка способа модификации дигидрата гипса, который дает возможность с помощью простого непрерывного способа обработки получить модифицированный дигидрат гипса, который обладает высокой чистотой и имеет большой размер кристаллических частиц, имеет белый цвет и позволяет предотвратить появление потемнения или темных пятен в гипсовом продукте или на гипсовом продукте, таком как строительный гипс, при изготовлении гипсового продукта, хотя такое потемнение или темные пятна в противном случае появлялись бы за счет примесей, иных, чем сульфат кальция, содержащихся в гипсе в виде сырьевого материала, такого как природный гипс, любой из различных вторичных гипсов или отходы гипса.
Средства решения задачи
Вышеописанные цели могут быть достигнуты настоящим изобретением, которое описано в данной заявке далее. Более конкретно, в настоящем изобретении предложен способ непрерывной модификации дигидрата гипса, включающий (а) стадию образования полугидрата, на которой исходный сырьевой дигидрат гипса подвергают влажному кальцинированию или сухому кальцинированию для преобразования дигидрата гипса в полугидрат гипса, (б) стадию загрузки, на которой полугидрат гипса подают в водную суспензию в реакционной емкости для перекристаллизации, (в) стадию перекристаллизации, на которой гидратируют и перекристаллизуют полугидрат гипса в модифицированный дигидрат гипса кристаллической формы, отличной от дигидрата гипса в виде сырьевого материала, и (г) стадию выгрузки, на которой выгружают часть модифицированного дигидрата гипса из реакционной емкости для перекристаллизации, где по меньшей мере стадии (б)-(г) проводят непрерывно или прерывисто, скорость подачи полугидрата гипса на стадии загрузки (б) и скорость выгрузки модифицированного дигидрата гипса на стадии выгрузки (г) по существу равны друг другу, и на стадии перекристаллизации (в) водную суспензию в реакционной емкости для перекристаллизации поддерживают при постоянной температуре при перемешивании, так что водная суспензия становится однородной, чтобы избежать разделения твердой и жидкой фаз; а также предложен модифицированный дигидрат гипса, модифицированный данным способом.
В качестве более предпочтительных форм осуществления вышеописанного способа непрерывной модификации дигидрата гипса можно упомянуть соответствие нижеописанным требованиям в дополнение к вышеописанным требованиям. В частности, для более стабильной модификации до дигидрата гипса большего и однородного размера частиц и высокой чистоты предпочтительно контролировать скорость подачи полугидрата гипса на стадии загрузки (б) и скорость выгрузки модифицированного дигидрата гипса на стадии выгрузки (г) таким образом, чтобы эти скорости составляли не более 20% суммарного количества гипса в реакционной емкости для перекристаллизации в час, контролировать температуру водной суспензии в реакционной емкости для перекристаллизации на стадии перекристаллизации (в) таким образом, чтобы она была выше 80°С, но не выше 90°С, или добавлять дигидрат гипса в реакционную емкость для перекристаллизации на стадии перекристаллизации (в) непрерывно или прерывисто в качестве затравочных кристаллов в диапазоне от 0,01 мас.% не более чем до 5 мас.% на основе количества полугидрата гипса, который подают в реакционную емкость для перекристаллизации. В дополнение к вышеописанным требованиям также предпочтительно добавлять по меньшей мере либо в водную суспензию на стадии получения полугидрата (а), когда осуществляют влажное кальцинирование, либо в водную суспензию на стадии перекристаллизации (в), либо в обе указанные водные суспензии сурфактант и/или пеногаситель в диапазоне от 0,01 до 0,2 мас.% от массы сырьевого дигидрата гипса, чтобы удалить компоненты, вызывающие потемнение, содержащиеся в сырьевом дигидрате гипса.
Преимущества изобретения
В соответствии с настоящим изобретением предложен способ непрерывной модификации, который может посредством простой непрерывной обработки модифицировать дигидрат гипса в виде сырьевого материала, такого как природный гипс, любой из различных вторичных гипсов или отходы гипса, до модифицированного дигидрата гипса другой кристаллической формы, например дигидрата гипса, имеющего средний размер кристаллизованных частиц более 60 мкм, более предпочтительно средний размер частиц 64 мкм или более. В частности, предложен способ непрерывной модификации, который может модифицировать сырьевой дигидрат гипса до модифицированного дигидрата гипса другой кристаллической формы, например дигидрата гипса, который имеет средний размер кристаллизованных частиц более 60 мкм, и, кроме того, столь высокую чистоту, как, например, 95% или выше, и является однородным по размеру частиц, путем однократного кальцинирования дигидрата гипса до полугидрата гипса, а затем непрерывного проведения стабильной перекристаллизационной обработки. В соответствии с настоящим изобретением, в частности, предложен способ непрерывной модификации дигидрата гипса, который может модифицировать дигидрат гипса в виде сырьевого материала, такой как природный гипс, любой из различных вторичных гипсов или отходы гипса, до кристаллизованного дигидрата гипса, имеющего средний размер частиц 64 мкм или более и/или насыпную плотность 0,8 или более. В соответствии с предпочтительной формой осуществления настоящего изобретения также предложен способ модификации гипсового материала, посредством которого можно непрерывно получать модифицированный дигидрат гипса, который обладает высокой чистотой и большим размером кристаллических частиц, имеет белый цвет и может предотвратить появление потемнения или темных пятен в гипсовом продукте или на продукте, таком как строительный гипс, при изготовлении гипсового продукта, хотя в противном случае такое потемнение или темные пятна появлялись бы за счет примесей, иных, чем сульфат кальция, содержащихся в гипсовом материале.
Краткое описание графических материалов
ФИГ.1 представляет собой блок-схему, показывающую один пример последовательности способа непрерывной модификации дигидрата гипса по настоящему изобретению.
ФИГ.2 представляет собой схематическую иллюстрацию к описанию одного примера оборудования для использования в способе непрерывной модификации дигидрата гипса по настоящему изобретению.
ФИГ.3 представляет собой микрофотографию сырьевого материала, используемого для модификации в Примере 4.
ФИГ.4 представляет собой микрофотографию α-полугидрата гипса, полученного после стадии кальцинирования в Примере 4.
ФИГ.5 представляет собой микрофотографию дигидрата гипса, модифицированного в Примере 4.
Осуществление изобретения
Далее в данной заявке настоящее изобретение будет описано на основе предпочтительных форм осуществления. В качестве дигидрата гипса, который должен быть модифицирован в настоящем изобретении, полезны все материалы, широко используемые в качестве сырьевых материалов для гипсовых продуктов. При конкретном описании каждый из природного гипса, синтетического гипса, различных вторичных гипсов, полученных в качестве побочных продуктов различных химических процессов, отходов гипсовых форм, отходов гипса, полученных из отходов гипсокартона, образующихся при новом строительстве или разборке индивидуальных жилых домов, многоквартирных домов или кооперативных жилых домов и тому подобного, полезен в качестве сырьевого материала, если он представляет собой дигидрат гипса. В настоящем изобретении дигидрат гипса, состоящий из такого сырьевого материала, как упомянуто выше (далее называемый в данной заявке "сырьевым гипсом"), модифицируют до дигидрата гипса, который имеет настолько большой размер кристаллов, высокую чистоту и однородный размер частиц, которые к настоящему времени не являются общедоступными, и который можно применять в качестве оптимального гипсового материала для различных областей применения. Способ в соответствии с настоящим изобретением включает по меньшей мере стадию образования полугидрата путем кальцинирования такого сырьевого гипса, как упомянуто выше, до полугидрата гипса, стадию загрузки, на которой полугидрат гипса подают в водную суспензию в реакционной емкости для перекристаллизации, стадию перекристаллизации путем гидратации и перекристаллизации полугидрата гипса в водной суспензии с преобразованием его в модифицированный дигидрат гипса (далее в настоящей заявке называемый "модифицированный дигидрат гипса") кристаллической формы, отличной от сырьевого гипса, и стадию выгрузки, на которой выгружают часть модифицированного дигидрата гипса из реакционной емкости для перекристаллизации. На стадии перекристаллизации водную суспензию в реакционной емкости для перекристаллизации поддерживают при постоянной температуре (предпочтительно при температуре выше 80°С, но не выше 90°С) при перемешивании, так чтобы водная суспензия была однородно диспергирована без отделения твердого компонента и жидкого компонента друг от друга в водной суспензии. В настоящем изобретении подачу полугидрата гипса в реакционную емкость для перекристаллизации и выгрузку перекристаллизованного и модифицированного дигидрата гипса из реакционной емкости для перекристаллизации проводят непрерывно или прерывисто, контролируя при этом скорость подачи полугидрата гипса и скорость выгрузки перекристаллизованного и модифицированного дигидрата гипса таким образом, чтобы они стали по существу равными друг другу (предпочтительно, чтобы каждую из скорости подачи и скорости выгрузки контролировали таким образом, чтобы она составляла 20% или менее от суммарного количества гипса в реакционной емкости для перекристаллизации), и посредством непрерывной обработки полугидрат гипса, таким образом, гидратируют и перекристаллизуют до модифицированного дигидрата гипса. Далее изобретение описано подробно.
Сырьевой гипс
В способе модификации дигидрата гипса по настоящему изобретению более предпочтительно, чтобы сырьевой гипс, который нужно модифицировать, представлял собой гипс, имеющий средний размер частиц 30 мкм или менее. Причина этого состоит в том, что, в частности, когда дигидрат гипса, образованный из таких мелких кристаллов, как имеющие средний размер частиц 30 мкм или менее, подвергают кальцинированию до кальцинированного гипсового продукта, количество воды, с которой его нужно смешивать, значительно увеличивается, поэтому дигидрат гипса имеет проблему ограничения областей, в которых применим дигидрат гипса, и, следовательно, давно существует потребность в разработке технологии модификации дигидрата гипса до такого дигидрата гипса, который дает возможность расширить области его применения. Если сырьевой гипс, средний размер частиц которого составляет 30 мкм или менее, как упомянуто выше, может быть модифицирован посредством непрерывной обработки до дигидрата гипса, образованного из более крупных кристаллов более 60 мкм, в частности, 64 мкм или более, и обладающего высокой чистотой и однородным размером частиц, хотя такой дигидрат гипса до сих пор не был легко доступен, такой сырьевой гипс можно сделать широко применимым для различных областей применения, и, следовательно, он становится очень полезным с промышленной точки зрения.
Стадия образования полугидрата
В способе модификации дигидрата гипса по настоящему изобретению сырьевой гипс, такой как описано выше, сначала подвергают кальцинированию до полугидрата гипса на стадии образования полугидрата. Особых ограничений на способ кальцинирования не налагают. Температура кальцинирования обычно составляет от 100°С до 250°С, но конкретно не ограничена. Однако предпочтительно, чтобы на стадии образования полугидрата сырьевой гипс был гарантированно полностью кальцинирован до промежуточного соединения полугидрата гипса, и связанная вода в полученном в результате полугидрате гипса была снижена, например, до 8% или менее. В качестве способов образования полугидрата, полезных в настоящем изобретении для сырьевого гипса, существует, например, способ, в котором используют шахтную обжиговую печь, вращающуюся обжиговую печь, обжиговую печь с прямым огневым нагревом или обжиговую печь с непрямым нагревом или тому подобное, и проводят сухое кальцинирование с получением β-полугидрата гипса, и способ, при котором проводят влажное кальцинирование (кальцинирование под давлением), такой как способ водного раствора под давлением, при котором посредством каталитического взаимодействия с водяным паром или жидкой водой под давлением сырьевой гипс преобразуют до получения α-полугидрата гипса. В настоящем изобретении можно использовать как сухой способ, так и влажный способ. В данном случае операцию сухого кальцинирования или кальцинирования под давлением можно проводить либо непрерывно, либо посредством кальцинирования периодическим способом. С точки зрения этой операции непрерывное кальцинирование предпочтительно для непрерывно проводимой модификации в стабильном состоянии. При получении полугидрата гипса непрерывным способом, однако, предпочтительно адаптировать способ непрерывного кальцинирования, предназначенный для повторения операции сухого кальцинирования или кальцинирования под давлением, таким образом, чтобы проводить сухое кальцинирование или кальцинирование под давлением многостадийным способом. Если непрерывное кальцинирование проводят посредством только одной обжиговой печи, в вероятностном смысле неизбежно, что часть подаваемого сырьевого гипса имеет короткий прогон все еще в форме дигидрата гипса. Если желательно проводить многостадийное кальцинирование дигидрата гипса, с другой стороны, сырьевой гипс может быть более надежно преобразован в полугидрат гипса на стадии образования полугидрата. Описывая это более конкретно, поскольку содержимое обжиговой печи, в которой проводят кальцинирование, перемешивают мешалкой, часть сырьевого гипса, который подается непрерывно, может выходить в том же виде в смеси с кальцинированным полугидратом гипса. Путем конструирования такого оборудования, чтобы примесь сырьевого гипса могла быть подвергнута кальцинированию в следующей обжиговой печи или обжиговых печах, образование полугидрата сырьевого гипса может быть проведено полностью. Как следствие, такая конструкция дает возможность более надежно преобразовать сырьевой гипс в полугидрат гипса.
Модификатор габитуса кристалла
В способе водного раствора под давлением (кальцинирования под давлением), который преобразует сырьевой гипс в α-полугидрат гипса посредством каталитического взаимодействия с водяным паром или жидкой водой, известно добавление карбоновой кислоты или ее соли в качестве модификатора габитуса кристалла. Такая карбоновая кислота или ее соль также предпочтительно применима в настоящем изобретении. Карбоновые кислоты и их соли, которые применимы при проведении преобразования, включают глюконовую кислоту, янтарную кислоту, малеиновую кислоту, винную кислоту, яблочную кислоту, акриловую кислоту и поликарбоновые кислоты, а также их соли. Такую карбоновую кислоту или ее соль можно добавлять предпочтительно в таком количестве, которое находится в интервале от 0,1 до 2,0 мас.% от массы дигидрата гипса, которое нужно подавать. В соответствии с другим исследованием, проведенным авторами настоящего изобретения, перекристаллизованный и модифицированный дигидрат гипса особенно большого среднего размера частиц и высокой чистоты может быть легко получен, когда сырьевой гипс преобразуют в α-полугидрат гипса таким способом, как описано выше, и раствор, содержащий полученный в результате полугидрат гипса (далее называемый в настоящей заявке "суспензией полугидрата гипса или суспензией") подают в таком виде в следующую стадию перекристаллизации для его перекристаллизации. Когда карбоновую кислоту или ее соль не используют при преобразовании сырьевого гипса в полугидрат гипса, как в случае сухого кальцинирования, предпочтительно контролировать, чтобы такая карбоновая кислота или ее соль, как упомянуто выше, была включена в вышеописанной концентрации в суспензию полугидрата гипса в реакционной емкости для перекристаллизации для использования на следующей стадии перекристаллизации.
Размер частиц полугидрата гипса
Согласно следующему исследованию, проведенному авторами настоящего изобретения, при сравнении условий перекристаллизации при их контроле было обнаружено, что на характеристики, такие как средний размер частиц модифицированного дигидрата гипса, который должен быть получен в конце, влияет размер частиц и характеристики полугидрата гипса, полученного в качестве промежуточного продукта в способе в соответствии с настоящим изобретением. Более конкретно, средний размер частиц полученного α-полугидрата гипса составляет 30 мкм или более в соответствии с вышеописанным способом водного раствора под давлением. Когда процесс протекает через образование такого α-полугидрата гипса с размером частиц 30 мкм или более в качестве промежуточного соединения, перекристаллизованный и модифицированный дигидрат гипса принимает форму кристаллов, имеющих больший средний размер частиц. С другой стороны, модифицированный дигидрат гипса, перекристаллизованный из α-полугидрата гипса с размерами частиц менее 30 мкм, хуже по сравнению с перекристаллизованным из α-полугидрата гипса со средними размерами частиц 30 мкм или более, но может быть модифицирован до дигидрата гипса большего размера кристаллических частиц, чем дигидрат гипса, перекристаллизованный из β-полугидрата гипса. В любом случае, хотя природный гипс или вторичный гипс, который нужно модифицировать, и кристаллы после модификации в любом случае представляют собой дигидрат гипса, в способе модификации сырьевого гипса по настоящему изобретению особенно важно, чтобы природный гипс или вторичный гипс был однократно преобразован в полугидрат гипса в качестве промежуточного соединения между природным гипсом или вторичным гипсом и кристаллами. Более конкретно, дигидрат гипса, такой как природный гипс или вторичный гипс, может быть преобразован в модифицированный дигидрат гипса, который состоит из кристаллов со средним размером частиц более 60 мкм, в частности, 64 мкм или более, не темнеет, однороден по размеру частиц и обладает высокой чистотой, если дигидрат гипса сначала преобразуют в полугидрат гипса, а затем полугидрат гипса перекристаллизуют до дигидрата гипса в соответствии с условиями, описанными в настоящем изобретении. В настоящем изобретении необходимо только преобразовать сырьевой гипс в полугидрат гипса таким способом, как описано выше. Полугидрат гипса на этой стадии может предпочтительно быть таким, чтобы содержать 8% или менее связанной воды. Если содержание связанной воды выше этого уровня, сырьевой гипс остается таким как он был, и содержание примесей, которые являются причиной потемнения или темных пятен, возрастает, и, кроме того, средний размер частиц модифицированного дигидрата гипса, который нужно получить посредством перекристаллизации, также будет меньшим.
Стадия перекристаллизации и стадия выгрузки
Перемешивание
В способе модификации дигидрата гипса по настоящему изобретению такой дигидрат гипса, как природный гипс или вторичный гипс, надежно преобразуют в полугидрат гипса таким способом, как описано выше, и полугидрат гипса перекристаллизуют в модифицированный дигидрат гипса в условиях, которые описаны в данной заявке далее. Более конкретно, полугидрат гипса или суспензию полугидрата гипса, полученную, как описано выше, сначала вводят в реакционную емкость для перекристаллизации для проведения перекристаллизации, и, хотя проводят перемешивание, чтобы сделать суспензию однородной во избежание отделения твердого компонента и жидкого компонента друг от друга, суспензию поддерживают при постоянной температуре, чтобы преобразовать полугидрат гипса в модифицированный дигидрат гипса. Перемешивание можно проводить любым способом при условии, чтобы суспензию в реакционной емкости для перекристаллизации можно было сделать насколько возможно однородной. Конкретно можно упомянуть способ, в котором используют, например, перемешивающие лопасти, хотя способ перемешивания варьирует в зависимости от концентрации полугидрата гипса. Когда суспензию делают однородной, как описано выше, не возникает вариаций во времени пребывания суспензии и, следовательно, полугидрат гипса может быть преобразован в модифицированный дигидрат гипса, который является в большей степени однородным по размеру частиц. Хотя реакцию гидратации от полугидрата гипса до дигидрата гипса также проводят при перемешивании суспензии гипса в патентном документе 4, ссылка на который приведена выше, это перемешивание приходится проводить медленно, поскольку полученный в результате дигидрат гипса увеличенного размера частиц выгружают из нижней части кристаллизатора. В отличие от настоящего изобретения, перемешивание, таким образом, не проводят так, чтобы сделать суспензию однородной.
Концентрация суспензии
Концентрация (концентрация твердого вещества) суспензии, которая содержит полугидрат гипса и используется на стадии перекристаллизации способа модификации дигидрата гипса по настоящему изобретению, может быть установлена от 10 до 50 мас.%, предпочтительно от 25 до 40 мас.%. Избыточно высокая концентрация суспензии не является предпочтительной, поскольку трудно осуществить однородное перемешивание на стадии перекристаллизации. С другой стороны, излишне низкая концентрация суспензии не является предпочтительной, поскольку тогда не возможна эффективная и экономичная обработка.
Температура
В настоящем изобретении полугидрат гипса подвергают гидратации и перекристаллизации в суспензии. При проведении гидратации и перекристаллизации предпочтительно контролировать температуру суспензии на уровне выше 80°С, но не выше 90°С. Если перекристаллизация продолжается длительное время при температуре 80°С или ниже, средний размер частиц, полученный в результате модифицированного дигидрата, не остается стабильным, а варьирует, что, таким образом, затрудняет стабильное получение модифицированного дигидрата гипса с однородным гранулометрическим составом. Такая низкая температура, следовательно, не является предпочтительной. Следует отметить, что крупный модифицированный дигидрат гипса, имеющий средний размер частиц более 60 мкм, все же может быть получен при температуре раствора 70°С или около того. Однако затруднительно стабильно получить модифицированный дигидрат гипса с однородным гранулометрическим составом, подобным описанному выше. Такая низкая температура, следовательно, не является предпочтительной. При температуре ниже 70°С перекристаллизацию можно все же проводить с легкостью, но трудно стабильно преобразовать полугидрат гипса в крупный модифицированный дигидрат гипса, имеющий средний размер частиц 60 мкм или более, и полученный в результате модифицированный дигидрат гипса склонен принимать форму кристалла меньшего размера частиц. В данном случае также трудно стабильно получить модифицированный дигидрат гипса в виде плотных кристаллов, имеющих большую объемную удельную плотность. С другой стороны, если температуру раствора устанавливают выше 90°С, время перекристаллизации становится значительно большим. Соответственно, полугидрат гипса можно с трудом полностью преобразовать в модифицированный дигидрат гипса за предопределенное время, много полугидрата гипса остается в форме полугидрата гипса, и, следовательно, модификацию невозможно проводить достаточно экономично. Следовательно, такая избыточно высокая температура также не является предпочтительной.
Подача полугидрата гипса и выгрузка дигидрата гипса
В настоящем изобретении требуется непрерывно или прерывисто производить подачу полугидрата гипса в реакционную емкость для перекристаллизации и выгрузку перекристаллизованного и модифицированного дигидрата гипса из реакционной емкости для перекристаллизации на стадии перекристаллизации, осуществляя при этом контроль, чтобы скорость подачи (скорость загрузки) полугидрата гипса и скорость выгрузки перекристаллизованного дигидрата гипса были по существу равными друг другу. Поскольку, если скорость подачи полугидрата гипса выше, чем скорость выгрузки перекристаллизованного и модифицированного дигидрата гипса, суспензия перетекает через край реакционной емкости для перекристаллизации, так что необходимы дополнительные средства для повторной утилизации или обработки суспензии. Если скорость подачи полугидрата гипса меньше, чем скорость выгрузки перекристаллизованного и модифицированного дигидрата гипса, реакционная емкость для перекристаллизации в конечном итоге опустеет, в результате чего станет трудно непрерывно проводить модификацию. Хотя на вышеописанный способ контроля не налагают конкретных ограничений, существует, например, способ, с помощью которого измеряют концентрацию суспензии, которая содержит модифицированный дигидрат гипса и должна быть выгружена, вычисляют массу модифицированного дигидрата гипса на основании массы выгруженной суспензии и загружают полугидрат гипса в количестве, эквивалентном массе выгруженного модифицированного дигидрата гипса.
При контроле скорости подачи полугидрата гипса и скорости выгрузки перекристаллизованного и модифицированного дигидрата гипса скорость подачи и скорость выгрузки в час можно предпочтительно контролировать таким образом, чтобы контролировать каждую при 20% или менее от суммарной массы гипса в реакционной емкости для перекристаллизации. На способ контроля скорости подачи и скорости выгрузки не налагают конкретных ограничений. Например, существует способ осуществления контроля путем непрерывного измерения количества суспензии на основании уровня суспензии в реакционной емкости для перекристаллизации или суммарной массы реакционной емкости для перекристаллизации, контролируя при этом концентрацию суспензии в реакционной емкости. Последнее более предпочтительно, поскольку можно осуществлять более точный контроль. За счет осуществления контроля, как описано выше, сырьевой гипс может быть более стабильно модифицирован до модифицированного дигидрата гипса с отличными характеристиками путем непрерывной обработки.
На стадии перекристаллизации способа модификации дигидрата гипса по настоящему изобретению суспензию полугидрата гипса поддерживают при постоянной температуре, перемешивая при этом суспензию, чтобы сделать ее однородной, так чтобы она не претерпевала разделения твердой и жидкой фаз. При проведении перекристаллизации предпочтительно контролировать, чтобы гипс находился в реакционной емкости для перекристаллизации в течение 5 часов или дольше. Такое время пребывания можно обеспечить, если скорость подачи полугидрата гипса и скорость выгрузки дигидрата гипса будет составлять 20% или менее в час от общего количества гипса в реакционной емкости для перекристаллизации, как описано в настоящем изобретении. Согласно еще одному дополнительному исследованию, проведенному авторами настоящего изобретения, с целью полного преобразования полугидрата гипса в дигидрат гипса после завершения стадии перекристаллизации особенно эффективно дать возможность суспензии полугидрата гипса находиться в течение 5 часов или дольше в таких условиях, чтобы поддерживать суспензию при температуре выше 80°С, но не выше 90°С, как упомянуто выше. Согласно еще одному дополнительному исследованию, проведенному авторами настоящего изобретения, полугидрат гипса может быть стабильно и эффективно модифицирован, если время пребывания составляет 5 часов или дольше, более конкретно в интервале от 5 до 10 часов (при 10-20% скорости выгрузки в час), хотя время пребывания варьируется в зависимости от сорта и размера частиц гипсового материала, температуры жидкости, количества дигидрата гипса, который нужно добавить в качестве затравочных кристаллов, и тому подобного. Более длительное время пребывания хорошо для перекристаллизации, но избыточно длительное время пребывания приводит к сниженной продуктивности и большим затратам, и, следовательно, неэкономично.
Способ модификации
В настоящем изобретении способ, посредством которого перекристаллизуют полугидрат гипса, который получен путем сухого кальцинирования или влажного кальцинирования сырьевого гипса до модифицированного дигидрата гипса, может быть либо непрерывным, либо периодическим. Однако периодическая перекристаллизация имеет проблему, состоящую в том, что эта процедура утомительна, размер частиц перекристаллизованного дигидрата гипса нестабилен от одной партии к другой, дигидрат гипса может быть с трудом получен стабильно в виде крупных кристаллов и производительность низка. В соответствии со способом непрерывной модификации дигидрата гипса по настоящему изобретению стадию перекристаллизации полугидрата гипса в дигидрат гипса осуществляют непрерывно, таким образом можно обеспечить стабильную непрерывную модификацию простым методом. Непрерывную перекристаллизацию, которую осуществляют в настоящем изобретении, можно предпочтительно проводить способом многостадийного реактора, в котором реакцию перекристаллизации проводят ступенчато. Следует отметить, что термин "периодическая перекристаллизация", как используют в данной заявке, означает способ, при котором обработку для каждой реакции перекристаллизации прерывают, выгружают суспензию дигидрата гипса в количестве 50% или более из реакционной емкости после завершения каждой реакции перекристаллизации, а затем загружают суспензию полугидрата, которую нужно подвергать следующей реакции перекристаллизации. С другой стороны, термин "непрерывная перекристаллизация" означает способ, при котором осуществляют подачу полугидрата гипса и выгрузку перекристаллизованного дигидрата гипса постоянно без перерывов или осуществляют подачу и выгрузку непрерывно. В настоящем изобретении скорость подачи полугидрата гипса и скорость выгрузки дигидрата гипса контролируют таким образом, что они по существу равны друг другу, как указано выше. В этом случае более предпочтителен такой способ, при котором скорость подачи полугидрата гипса и скорость выгрузки дигидрата гипса в час составляют каждая 20% или менее от суммарного количества гипса во всех реакционных емкостях, иными словами, более предпочтительно осуществлять такой контроль, что время пребывания гипса в реакционной емкости для перекристаллизации становится 5 часов или более. В соответствии с таким контролем существующий дигидрат гипса, такой как природный гипс, вторичный гипс или отходы гипса, может быть стабильно и эффективно модифицирован до дигидрата гипса, который является крупным по размеру частиц, обладает высокой чистотой и однороден по размеру частиц, а также находится в другой кристаллической форме, путем непрерывной обработки.
На стадии перекристаллизации можно использовать реакционную емкость в виде одного реактора, либо в виде двух или более реакторов, соединенных последовательно либо параллельно для проведения множества стадий обработки (см. фиг.2). За счет проведения обработки, как описано выше, по существу весь полугидрат гипса может быть легче преобразован в модифицированный дигидрат гипса, и, кроме того, может быть получен модифицированный дигидрат гипса высокой чистоты. Таким образом, использование таких множественных реакторов предпочтительно. Подвергая полугидрат гипса перекристаллизации посредством множества реакционных емкостей, необходимо осуществлять такой контроль, чтобы суммарное время пребывания во всех индивидуальных реакторах попадало в вышеописанный интервал. Согласно следующему исследованию авторов изобретения за счет установки температур второго и последующих реакторов, которые соединены последовательно, ниже температуры первого реактора общее время пребывания можно уменьшить. В этом случае температуру жидкости по меньшей мере первого реактора можно предпочтительно устанавливать выше 80°С, но не выше 90°С.
Способ выгрузки
В настоящем изобретении на способ выгрузки модифицированного дигидрата гипса не налагают конкретных ограничений, поскольку необходимо проводить перекристаллизацию при перемешивании, так чтобы сделать суспензию полугидрата гипса в реакционной емкости для перекристаллизации однородной. Способ выгрузки может представлять собой, например, любой способ, который вызывает перетекание суспензии через край, или способ, при котором суспензию выгружают из желаемого места реакционной емкости для перекристаллизации, контролируя при этом уровень или массу суспензии в реакционной емкости для перекристаллизации.
Затравочные кристаллы
В настоящем изобретении также предпочтительно непрерывно или прерывисто добавлять дигидрат гипса в качестве затравочных кристаллов в небольшом количестве в реакционную емкость для перекристаллизации. Что касается конкретного количества, которое нужно добавлять, предпочтительно добавлять затравочные кристаллы не менее 0,01 мас.%, но менее 5 мас.%, более предпочтительно в интервале от 0,05 до 2,0 мас.% от массы полугидрата гипса, который нужно подавать. Таким образом, вышеописанный дигидрат гипса отличного качества может быть получен более стабильно. Добавление затравочных кристаллов не является обязательным в настоящем изобретении, но в соответствии с еще одним дополнительным исследованием авторов настоящего изобретения размер частиц модифицированного дигидрата гипса имеет тенденцию становиться неоднородным, когда затравочные кристаллы не добавляют, и размер частиц модифицированного дигидрата гипса имеет тенденцию становиться меньше, когда затравочные кристаллы добавляют в избыточном количестве. Для получения продукта более высокого качества добавление затравочных кристаллов в малом количестве, соответственно, предпочтительно.
В соответствии с еще одним дополнительным исследованием авторов настоящего изобретения средний размер частиц затравочных кристаллов, которые нужно добавлять в реакционную емкость для перекристаллизации, может составлять предпочтительно 40 мкм или менее, более предпочтительно 30 мкм или менее, поскольку их средний размер частиц определяет средний размер частиц модифицированного дигидрата гипса, который должен быть получен в результате перекристаллизации. Когда добавляют затравочные кристаллы такого размера, эти затравочные кристаллы могут стабильно обеспечивать соответствующий эффект в результате их добавления в малом количестве в вышеописанном интервале, и на стадии перекристаллизации можно получить модифицированный дигидрат гипса стабильного среднего размера частиц. Если размер затравочных кристаллов избыточно велик, с другой стороны, их эффект в качестве затравочных кристаллов снижен даже при добавлении. Следовательно, такой избыточно большой размер частиц не предпочтителен.
Когда дигидрат гипса такого малого размера частиц, как средний размер частиц, составляющий, например, 30 мкм или менее, используют в качестве сырьевого гипса, который нужно модифицировать в настоящем изобретении, дигидрат гипса, который нужно модифицировать, можно также использовать в качестве таких затравочных кристаллов. Если сырьевой гипс непригоден в качестве затравочных кристаллов, возможно, тем не менее, использовать исходный дигидрат гипса малого размера частиц, который может быть получен в результате перекристаллизации суспензии полугидрата гипса после того, как сырьевой гипс однократно кальцинирован с получением суспензии полугидрата гипса на стадии образования полугидрата, как описано выше. Например, часть вышеописанной суспензии полугидрата гипса, полученной на стадии образования полугидрата, как описано выше, можно вводить в реактор в системе, отличной от реакционной емкости, в которой проводят перекристаллизацию, и суспензию дигидрата гипса малого размера частиц, полученную путем проведения кристаллизации при температуре 70°С или ниже в этом реакторе, можно добавлять к полугидрату гипса, подаваемому в реакционную емкость для перекристаллизации так, чтобы суспензия дигидрата гипса малого размера частиц содержалась в интервале не менее 0,01 мас.%, но менее 5,0 мас.% от массы гипса.
Более предпочтительные формы осуществления
В качестве более предпочтительных форм осуществления настоящее изобретение может представлять собой описанное ниже, в дополнение к описанному выше.
В способе модификации дигидрата гипса по настоящему изобретению более предпочтительно дополнительно включать стадию выделения модифицированного дигидрата гипса, который имеет низкое содержание нерастворимых примесей и большой размер частиц, после того как суспензия дигидрата гипса, перекристаллизованного и модифицированного на стадии перекристаллизации, выгружена из реакционной емкости для перекристаллизации, и осуществлять способ, при котором перемешивают модифицированный дигидрат гипса в воде, оставляют полученную в результате суспензию для отстаивания и выделяют крупные кристаллы высокой скорости седиментации. Также предпочтительно дополнительно включать стадию обезвоживания и промывания с получением конечного продукта модифицированного дигидрата гипса, выделенного, как описано выше (см. фиг.1). При осуществлении вышеописанного возможно более стабильно получать модифицированный дигидрат гипса, который имеет низкое содержание нерастворимых примесей, существенно не темнеет, имеет большой размер частиц более 60 мкм, в частности 64 мкм или более, который не является традиционным и однороден по размеру частиц. Далее в настоящей заявке следует описание по поводу конкретного способа выделения. Следует отметить, что данный способ выделения также можно использовать, независимо от технологии модификации дигидрата гипса по настоящему изобретению, в качестве технологии получения белого гипса из сырьевого гипса, такого как природный гипс, различные вторичные гипсы или отходы гипса.
В настоящем изобретении сырьевой дигидрат гипса, такой как природный гипс, вторичные гипсы или отходы гипса, преобразуют в полугидрат гипса. При проведении преобразования возможно использовать, как упомянуто выше, способ, при котором осуществляют сухое кальцинирование с получением β-полугидрата гипса или способ кальцинирования под давлением, такой как способ водного раствора под давлением, при котором получают α-полугидрат гипса путем проведения преобразования посредством каталитического взаимодействия с водяным паром или жидкой водой. Когда полугидрат гипса получают способом водного раствора под давлением, полугидрат гипса получают в виде суспензии, которая содержит полугидрат гипса. Непрерывную обработку можно, таким образом, проводить путем введения суспензии полугидрата гипса как таковой в реакционную емкость для перекристаллизации, а затем проводить перекристаллизацию в условиях, указанных в настоящем изобретении. Когда β-полугидрат гипса получают путем проведения сухого кальцинирования, с другой стороны, полугидрат гипса может быть преобразован в модифицированный дигидрат гипса путем количественного введения полугидрата гипса непосредственно в реакционную емкость для перекристаллизации, одновременно добавляя предварительно определенное количество теплой воды, с образованием полугидрата гипса в суспензии, а затем проведения перекристаллизации в условиях, указанных в настоящем изобретении.
Агент, регулирующий форму кристалла
В способе модификации дигидрата гипса по настоящему изобретению предпочтительно в каждой из вышеописанных форм осуществления в суспензию в реакторе для образования полугидрата и/или реакционной емкости для перекристаллизации (при способе кальцинирования под давлением) добавлять карбоновую кислоту или ее соль, выбранную из глюконовой кислоты, янтарной кислоты, малеиновой кислоты, винной кислоты, яблочной кислоты, акриловой кислоты или поликарбоновой кислоты или ее соли, как описано выше. Количество, которое нужно добавлять, может быть установлено в интервале предпочтительно от 0,1 до 2,0 мас.%, более предпочтительно от 0,1 до 1,0 мас.%, еще более предпочтительно от 0,1 до 0,7 мас.% от массы полугидрата гипса. В соответствии с еще одним дополнительным исследованием авторов настоящего изобретения такую карбоновую кислоту или ее соль считают действующей в качестве агента, регулирующего форму кристалла. Если такую карбоновую кислоту или ее соль не добавляют, в некоторых случаях желаемый средний размер частиц не может быть стабильно получен, в частности, когда операцию модификации проводят непрерывно. Что касается количества, которое нужно добавлять, слишком малое количество влечет за собой проблему, состоящую в том, что полученный в результате модифицированный дигидрат гипса имеет большое аспектное отношение, тогда как избыточно большое количество сопровождается проблемами в том, что перекристаллизация становится медленнее, эксплуатационные расходы, требующиеся на регулирующий агент, возрастают, и поэтому способ модификации неэкономичен. Что касается конкретного способа добавления агента, регулирующего форму кристалла, такого как карбоновая кислота или ее соль, его можно добавлять в количестве от 0,1 до 2,0 массовых частей на 100 массовых частей сырьевого гипса в кальцинатор под давлением или в суспензию сырьевого гипса перед кальцинированием под давлением, когда сырьевой гипс подвергают кальцинированию под давлением с получением полугидрата гипса. Такую карбоновую кислоту или ее соль можно добавлять непосредственно в суспензию в реакционной емкости для перекристаллизации, когда сырьевой гипс подвергают сухому β-кальцинированию с получением полугидрата гипса.
В соответствии с еще одним дополнительным исследованием авторов настоящего изобретения особенно предпочтительно добавлять сукцинат натрия в количестве от 0,1 до 1,0 мас.%, более предпочтительно от 0,1 до 0,7 мас.% от массы гипса на стадии перекристаллизации. На стадии образования полугидрата сукцинат натрия можно предпочтительно добавлять в качестве модификатора габитуса кристалла в количестве от 0,1 до 1,0 мас.% на этапе, когда дигидрат гипса, который содержится в гипсовом материале, преобразуется в α-полугидрат гипса посредством каталитического взаимодействия с водяным паром или жидкой водой. Когда проводят преобразование, как описано выше, преобразование в α-полугидрат гипса может происходить полностью, и, кроме того, полугидрат гипса преобразуется в модифицированный дигидрат гипса в форме крупных кристаллов со средним размером 64 мкм или более путем непрерывной обработки полученной суспензии α-полугидрата гипса на стадии перекристаллизации.
В соответствии с еще одним дополнительным исследованием авторов настоящего изобретения сукцинат натрия и другое соединение типа поликарбоновой кислоты можно использовать в качестве агентов, регулирующих форму кристалла, для индукции перекристаллизации в растворе в комбинации в количестве от 0,05 до 0,2 мас.% и от 0,01 до 0,1 мас.% соответственно, от массы гипса. Более предпочтительно использовать сукцинат натрия и другое соединение типа поликарбоновой кислоты в комбинации в количестве от 0,07 до 0,15 мас.% и от 0,01 до 0,08 мас.% соответственно. Когда вышеописанный агент, регулирующий форму кристалла, добавляют на стадии кальцинирования под давлением на этапе, когда дигидрат гипса, содержащийся в гипсовом материале, преобразуется в α-полугидрат гипса посредством каталитического взаимодействия с водяным паром или жидкой водой, преобразование в α-полугидрат гипса осуществляется полностью, и, кроме того, путем непрерывной обработки полученной в результате суспензии α-полугидрата гипса как таковой на стадии перекристаллизации, полугидрат гипса может быть преобразован в модифицированный дигидрат гипса в форме крупных кристаллов со средним размером 64 мкм или более. Что касается количества, которое нужно добавлять, слишком малое количество дает в результате модифицированный дигидрат гипса с большим аспектным отношением и не является предпочтительным, тогда как избыточно большое количество приводит к медленной перекристаллизации и повышенным эксплуатационным расходам на регулирующие агенты и, следовательно, низкой экономии.
pH
Значение рН суспензии полугидрата гипса, которую вводят в реакционную емкость для ее обработки перекристаллизацией, может быть предпочтительно 7,0±2,0, более предпочтительно 7,0±1,5. Одним из физических свойств, требующихся для гипсовых продуктов, является рН. Гипсовые продукты со значением рН около нейтрального желательны во многих случаях. При преобразовании в α-полугидрат гипса путем использования карбоксилсодержащего соединения в качестве модификатора габитуса кристалла эффект карбоксилсодержащего соединения как модификатора габитуса кристалла может быть легко вызван, если рН раствора смещают в щелочную сторону. Когда принимают во внимание качество продукта, предпочтительно регулировать рН суспензии полугидрата гипса в таком диапазоне, как описано выше, так что полученный в результате модифицированный гипсовый материал получен при значении рН около нейтрального.
Сурфактант и/или пеногаситель
На стадии перекристаллизации способа модификации дигидрата гипса по настоящему изобретению в реакционную емкость для перекристаллизации можно добавлять один или более сурфактантов и/или пеногасителей в количестве от 0,01 до 0,2 мас.%. Применимые сурфактанты включают сурфактанты на основе алкилбензолсульфонатов, сурфактанты на основе алкилсульфатов, сурфактанты на основе алкилэфирсульфатов, сурфактанты на основе лигнинсульфонатов, сурфактанты на основе нафталинсульфонатов, сурфактанты на основе бис-фенола и сурфактанты на основе поликарбоксилатов. С другой стороны, пеногасители, которые можно использовать, включают пеногасители на основе полиэфиров, пеногасители на основе сложных эфиров жирных кислот, пеногасители на основе минеральных масел, пеногасители на основе силикона и пеногасители на эмульсионной основе. Добавление такого сурфактанта или пеногасителя дает возможность соответствующим образом отделить компоненты, вызывающие потемнение, которые представляют собой примеси, вызывающие потемнение или темные пятна, при сборе дигидрата гипса после завершения перекристаллизации. В соответствии с еще одним дополнительным исследованием авторов настоящего изобретения сурфактанты на основе алкилбензолсульфонатов и сурфактанты на основе поликарбоксилатов также эффективны в качестве агентов, регулирующих форму кристалла, и, следовательно, комбинированное использование такого сурфактанта обладает преимуществом в том, что количество вышеописанного агента, регулирующего форму кристалла, который нужно использовать дополнительно, может быть уменьшено.
Стадия выделения как технология получения белого гипса
Как описано выше, способ модификации дигидрата гипса по настоящему изобретению может предпочтительно включать дополнительную стадию выделения перекристаллизованного дигидрата гипса после стадии перекристаллизации, как описано выше, и дополнительную обработку, как будет описано ниже, для дальнейшего повышения его ценности в качестве материала для гипсовых продуктов. Как уже указано выше, этот способ выделения можно также использовать в качестве технологии получения белого гипса независимо от технологии модификации дигидрата гипса по настоящему изобретению. Далее в данной заявке следует описание по поводу данного способа выделения. После завершения стадии перекристаллизации компоненты, вызывающие потемнение продукта, могут быть удалены из суспензии, которая содержит модифицированный дигидрат гипса, путем отмучивания, как описано ниже. В результате перекристаллизации полугидрата гипса на стадии перекристаллизации растворимые или нерастворимые примеси, содержащиеся в сырьевом гипсе, отделяются от модифицированного дигидрата гипса и находятся в состоянии, где они смешиваются в суспензии. Нерастворимые примеси, содержащиеся в сырьевом гипсе, имеют средний размер частиц 30 мкм или менее и во многих случаях являются очень мелкими. Следовательно, они имеют низкую скорость седиментации по сравнению с модифицированным дигидратом гипса. Соответственно, использование способа отмучивания дает возможность отделить такие нерастворимые примеси от суспензии в удобной форме. Путем многократного проведения способа отмучивания можно получить модифицированный дигидрат гипса еще более высокой чистоты. Существует способ, при котором проводят отделение путем использования гидроциклона. В соответствии с еще одним дополнительным исследованием авторов настоящего изобретения данный способ непригоден как способ отделения только нерастворимых примесей от суспензии гипса в состоянии, где модифицированный дигидрат гипса и нерастворимые примеси смешаны. С другой стороны, в соответствии со способом отмучивания, эти примеси можно отделить и удалить посредством слива надосадочной воды, используя при этом различие в скорости седиментации, поскольку кристаллы модифицированного дигидрата гипса, имеющие больший средний размер частиц, обладают более высокой скоростью седиментации, чем нерастворимые примеси. Поскольку часть кристаллов модифицированного дигидрата гипса, которые имеют меньший средний размер частиц, в данном случае также одновременно отделяется вместе с примесями, полученный таким образом модифицированный дигидрат гипса будет иметь еще больший средний размер частиц. Можно также разработать такую схему, чтобы надосадочная вода, которая отделена и слита, возвращалась и повторно использовалась как вода для стадии образования полугидрата и/или стадии перекристаллизации (см. фиг.1). При такой схеме модифицирующую обработку проводят снова, так что модифицированный дигидрат гипса меньшего среднего размера частиц модифицируют до модифицированного дигидрата гипса, имеющего желаемый размер частиц, пригодного в качестве материала для гипсового продукта. Кроме того, кристаллы модифицированного дигидрата гипса, которые остаются после слива надосадочной воды и являются крупными по среднему размеру частиц, можно преобразовать в гипсовый материал, состоящий из модифицированного дигидрата гипса желаемого размера частиц, подходящий в качестве материала для гипсового продукта, путем повторного добавления воды к кристаллам с образованием суспензии, а затем обработки суспензии известным способом, таким как центрифугирование или фильтр-пресс, для отделения воды. Кроме того, растворимые примеси можно удалить путем промывания суспензии чистой водой до или во время обезвоживания при отделении воды, как описано выше (стадия обезвоживания и промывания).
В соответствии с еще одним дополнительным исследованием авторов настоящего изобретения компоненты, обуславливающие потемнение, заключенные внутри кристаллов, можно удалить путем кальцинирования природного гипса, вторичного гипса, отходов гипса или тому подобного до полугидрата гипса, и, как в настоящем изобретении, помещения полугидрата гипса в воду и его перекристаллизации. Более конкретно, из полугидрата гипса получают суспензию в присутствии сурфактанта и/или пеногасителя, добавленного для облегчения отделения компонентов, обуславливающих потемнение, и перекристаллизация полугидрата гипса вызывает отделение этих компонентов, прилипших к полугидрату гипса, и компонентов, заключенных внутри кристаллов полугидрата гипса. На температуру суспензии в данный момент не налагают конкретных ограничений при условии, что реакция гидратации протекает. Когда вышеописанный способ выделения осуществляют последовательно, эти компоненты, обуславливающие потемнение, можно удалить. В качестве сурфактанта и/или пеногасителя, используемого при проведении перекристаллизации, предпочтительно добавлять один или более таких сурфактантов и/или пеногасителей, примеры которых приведены выше, в количестве от 0,01 до 0,2 мас.%. Когда выделение осуществляют, как описано выше, может быть получен хороший белый гипс, например, с белизной 80 или выше, как измерено с помощью колориметра и выражено в единицах белизны по Хантеру. Когда природный гипс, любой из различных вторичных гипсов или отходы гипса используют в качестве сырьевого материала, продукт высокой белизны не может быть легко получен никаким общепринятым способом, и поэтому область применения такого продукта весьма ограничена. Поскольку использование вышеописанного способа может позволить осуществить расширение областей применения, этот вышеописанный способ также обладает значительными преимуществами с точки зрения рециклинга и сохранения окружающей среды.
Непрерывная система
В соответствии со способом модификации дигидрата гипса по настоящему изобретению сырьевой дигидрат гипса, такой как природный гипс или вторичный гипс, надежно преобразуют в полугидрат гипса на стадии образования полугидрата, и на последующей стадии перекристаллизации полугидрат гипса гидратируют и перекристаллизуют до модифицированного дигидрата гипса большого среднего размера частиц, а затем модифицированный дигидрат гипса собирают с получением его в виде гипсового материала, пригодного для гипсовых продуктов. Эту последовательность стадий можно проводить непрерывно. Схема иллюстративной непрерывной системы представлена на фиг.1 и 2. В иллюстративной системе две реакционных емкости используют для стадии образования полугидрата и три реакционных емкости используют для стадии перекристаллизации. Используя эти реакционные емкости и следуя такой процедуре, которая проиллюстрирована на фиг.1, сырьевой гипс, который преобразован в полугидрат гипса, гидратируют и перекристаллизуют полностью до модифицированного дигидрата гипса, модифицированный дигидрат гипса вводят в отстойник, и посредством способа отмучивания, как описано выше, выделяют модифицированный дигидрат гипса большого размера частиц. Как проиллюстрировано на фиг.1, надосадочную воду рециркулируют и используют, например, в качестве воды для образования суспензии для растворения сырьевого дигидрата гипса или воды для образования суспензии при перекристаллизации полугидрата гипса, полученного сухим кальцинированием. В предпочтительной форме осуществления настоящего изобретения температуру суспензии устанавливают выше 80°С при проведении перекристаллизации на стадии перекристаллизации, и, следовательно, необходима существенная тепловая энергия. Предпочтительно повторно собирать и использовать теплую воду, как описано выше, поскольку повторный сбор и использование теплой воды вносит вклад в сбережение энергии в такой системе в целом. Кроме того, модификатор габитуса кристалла, необходимый для преобразования в α-полугидрат гипса, карбоновая кислота или ее соль, необходимая при перекристаллизации, и тому подобное содержится в надосадочной воде. Если надосадочную воду повторно собирают и используют в качестве воды для образования суспензии, можно уменьшить используемые количества таких агентов. Соответственно, повторный сбор и использование такой надосадочной воды может снизить эксплуатационные расходы и является экономичным. Если такую надосадочную воду повторно используют, как описано выше, также возможно избежать загрязнения воды, которое в противном случае происходило бы за счет сточной воды. Такое повторное использование надосадочной воды, таким образом, также полезно в точки зрения защиты окружающей среды. При использовании надосадочной воды желательно разработать такую схему, чтобы анализировать концентрации таких агентов, которые упомянуты выше, в надосадочной воде предопределенными способами и добавлять их столько, сколько необходимо. Можно также разработать такую схему, чтобы вызвать ток повторно собранной надосадочной воды через известный отстойник, концентратор, фильтровальный аппарат и тому подобное для отделения нерастворимых примесей (см. фиг.1).
Характеристики модифицированного дигидрата гипса
Способ модификации дигидрата гипса по настоящему изобретению особенно полезен, в частности, в качестве способа простого преобразования сырьевого гипса в кристаллизованный и модифицированный дигидрат гипса, имеющий средний размер частиц 64 мкм или более и насыпную плотность 0,8 или более. В соответствии со способом модификации дигидрата гипса по настоящему изобретению модифицированный дигидрат гипса в форме кристаллов, которые имеют аспектное отношение 5 или менее и являются однородными по размеру частиц, как показано на фиг.5, может быть легко получен. В соответствии с еще одним дополнительным исследованием авторов настоящего изобретения, когда контроль не осуществляют, либо осуществляют контроль недостаточно хорошо при перекристаллизации полугидрата гипса, модифицированный дигидрат гипса, который может быть получен в результате перекристаллизации, имеет аспектное отношение более 5, и образуются исключительно кристаллы игольчатой формы. При образовании игольчатых кристаллов получают гипсовый материал со сниженной объемной плотностью. Когда кальцинированный гипсовый продукт изготавливают путем кальцинирования такого гипсового материала, возникают неудобства, такие как значительное увеличение количества воды, которую нужно смешивать, и, следовательно, такой гипсовый материал не считают хорошим гипсовым материалом. Термин "аспектное отношение модифицированного дигидрата гипса", как используют в данной заявке, означает величину, полученную путем деления длины большой оси кристалла на длину его малой оси. Если средний размер частиц составляет 60 мкм или более, подобно модифицированному дигидрату гипса в соответствии с настоящим изобретением, кристаллы можно легко наблюдать в оптический микроскоп с увеличением примерно × 100 (см. фиг.5). При способе модификации дигидрата гипса по настоящему изобретению насыпная плотность модифицированного дигидрата гипса может предпочтительно составлять 0,8 или более, более предпочтительно 0,9 или более. Насыпная плотность также связана с аспектным отношением. Существуют применения, где требуются высокие рыхлые объемные плотности. Способ модификации дигидрата гипса по настоящему изобретению полезен, в частности, в качестве способа преобразования сырьевого дигидрата гипса в кристаллизованный и модифицированный дигидрат гипса, имеющий средний размер частиц 64 мкм или более и насыпную плотность 0,9 или выше. Когда значение насыпной плотности модифицированного дигидрата гипса велико, дигидрат гипса занимает меньший объем, и, следовательно, обладает промышленной выгодой при его транспортировке и хранении. Следует также отметить, что термин "насыпная плотность кристаллов дигидрата гипса" означает массу дигидрата гипса, когда дигидрат гипса заполняют в сухую форму определенного объема без набивки, и может также называться "рыхлая насыпная плотность", "рыхлая объемная удельная плотность" или "рыхлая масса (вес) единичного объема". Следует также отметить, что в зависимости от применения модифицированный дигидрат гипса, полученный по настоящему изобретению, может быть перекристаллизован на стадии перекристаллизации без обезвоживания и промывания, и после перекристаллизации суспензия, выгруженная из реакционной емкости для перекристаллизации, может быть предложена в качестве гипсового продукта.
Примеры
Далее настоящее изобретение описано более конкретно на основе примеров, хотя его не следует ограничивать этими примерами. Нужно отметить, что обозначения "частей" или "%" в нижеследующем описании являются массовыми, если конкретно не указано иное. Средний размер частиц каждого гипса измеряли с помощью анализатора "MICROTRACK МК-II PARTICLE SIZE ANALYZER". Что касается аспектного отношения кристаллов, кристаллы фотографировали под оптическим микроскопом при увеличении × 100, малые оси и большие оси основных кристаллов измеряли и определяли среднее аспектное отношение. Что касается чистоты гипса, образец высушивали при 40°С, связанную воду измеряли с помощью электронного влагомера, и на основании теоретического значения ее процент вычисляли для определения чистоты. Для тестирования степени прохождения перекристаллизации образец высушивали при 40°С, а затем подвергали рентгеновской дифракции и на основании интенсивности пика дигидрата гипса и пика полугидрата гипса определяли степень прохождения перекристаллизации. Белизну каждого гипса измеряли с помощью колориметра и результат указывали в единицах белизны по Хантеру.
Пример 1
В качестве сырьевого материала для модификации был выбран природный гипс, который был измельчен до среднего размера частиц 28 мкм и имел белизну 71 и чистоту 95,5%. Сырьевой материал сначала подвергали сухому кальцинированию в течение 2 часов или около того в сушилке при температуре 150°С, в результате чего сырьевой материал был преобразован в β-полугидрат гипса, содержащий 5,2% связанной воды. Затем полугидрат гипса (800 г), полученный, как описано выше, и 0,5% раствор (1800 г) глюконата натрия, нагретый до 80,3°С, объединяли и перемешивали в 3 л реакционной емкости, оборудованной мешалкой и нагревателем, так что образовалась однородная суспензия. Затем добавляли новую порцию (20 г) природного гипса, который был таким же, как сырьевой материал для модификации, и был измельчен до среднего размера частиц 28 мкм. При поддержании суспензии при 80,3°С перемешивание продолжали в течение 24 часов в условиях, подобных описанным выше. В результате подтвердили, что гипс в суспензии полностью перекристаллизован до дигидрата гипса. Затем новую порцию (160 г/ч) того же полугидрата гипса, новую порцию (360 г/ч) того же 0,5% водного раствора глюконата натрия, нагретого до 80,3°С, и новую порцию (4 г/ч) того же природного гипса в качестве сырьевого материала для модификации, где природный гипс был измельчен до среднего размера частиц 28 мкм, непрерывно добавляли в течение 24 часов для проведения перекристаллизации. Суспензию в реакционной емкости выгружали таким образом, что время пребывания гипса становилось равным примерно 5,9 часам [процент выгруженного количества в час на основе суммарного количества суспензии в емкости (далее в данной заявке называемый "скорость выгрузки"):16,9%], как определено путем вычисления. Из суспензии, выгруженной таким образом, выделяли твердое вещество высокой скорости седиментации способом отмучивания и выделенное твердое вещество высушивали при 40°С.
Полученный в результате сухой продукт анализировали рентгеновской дифракцией. В результате подтвердили, что этот сухой продукт полностью состоит из дигидрата гипса и из связанной воды, также подтвердили, что его чистота составляет 97,5% и существенно возросла. Белизна составляла 71. Также измеряли его средний размер частиц. В результате было обнаружено, что продукт был модифицирован до большого размера частиц 86 мкм в противоположность 28 мкм до обработки. Кроме того, насыпная объемная плотность составляла 0,9.
Пример 2
В качестве сырьевого материала для модификации был выбран гипс десульфуризации топочного газа, который имел средний размер частиц 32 мкм и чистоту 98,5%. Сырьевой материал сначала подвергали сухому кальцинированию в течение 2 часов или около того в сушилке при температуре 150°С, в результате чего сырьевой материал был преобразован в β-полугидрат гипса, содержащий 6,3% связанной воды. Затем полученный в результате полугидрат гипса (800 г) и 0,5% раствор (2000 г) малеиновой кислоты, нагретый до 83,0°С, смешивали в 3 л реакционной емкости, оборудованной мешалкой и нагревателем, так что образовалась однородная суспензия. Затем добавляли новую порцию (10 г) гипса десульфуризации топочного газа, который был таким же, как сырьевой материал для модификации, и имел средний размер частиц 32 мкм. При поддержании суспензии при 83,0°С перемешивание продолжали в течение 24 часов в условиях, подобных описанным выше. В результате подтвердили, что гипс в суспензии полностью перекристаллизован до дигидрата гипса. Затем новую порцию (160 г/ч) того же полугидрата гипса, новую порцию (400 г/ч) того же 0,5% водного раствора малеиновой кислоты, нагретого до 83,0°С, и новую порцию (2 г/ч) того же гипса десульфуризации топочного газа, что и сырьевой материал для модификации, измельченного до среднего размера частиц 32 мкм, непрерывно добавляли в течение 24 часов для проведения обработки перекристаллизацией. Суспензию в реакционной емкости выгружали таким образом, что время пребывания гипса становилось равным примерно 5,4 часам (скорость выгрузки в час: 18,5%), как определено путем вычисления. Из суспензии, выгруженной таким образом, выделяли твердое вещество высокой скорости седиментации способом отмучивания и выделенное твердое вещество высушивали при 40°С.
Полученный в результате сухой продукт анализировали рентгеновской дифракцией. В результате подтвердили, что этот сухой продукт полностью состоит из дигидрата гипса и из связанной воды, также подтвердили, что его чистота повышена до 99,0%. Также измеряли его средний размер частиц. В результате было обнаружено, что продукт был модифицирован до большого размера частиц 133 мкм в противоположность 32 мкм до обработки. Кроме того, насыпная объемная плотность составляла 1,1, и, следовательно, продукт был плотным.
Пример 3
В качестве сырьевого материала для модификации был выбран фосфогипс, который имел средний размер частиц 37 мкм и чистоту 98,6%. Сырьевой материал сначала подвергали сухому кальцинированию в течение 2 часов или около того в сушилке при температуре 150°С, в результате чего сырьевой материал был преобразован в β-полугидрат гипса, содержащий 6,1% связанной воды. Затем полученный в результате полугидрат гипса (800 г) и 0,5% раствор (2000 г) янтарной кислоты, нагретый до 84,8°С, смешивали в 3 л реакционной емкости, оборудованной мешалкой и нагревателем, так что образовалась однородная суспензия. Затем добавляли новую порцию (20 г) фосфогипса, который имел средний размер частиц 37 мкм и был таким же, как сырьевой материал для модификации. При поддержании суспензии при 84,8°С перемешивание продолжали в течение 24 часов в условиях, подобных описанным выше. В результате подтвердили, что гипс в суспензии полностью перекристаллизован до дигидрата гипса. Затем новую порцию (160 г/ч) того же полугидрата гипса, новую порцию (400 г/ч) того же 0,5% водного раствора янтарной кислоты, нагретого до 84,8°С, и новую порцию (2 г/ч) того же фосфогипса, что и сырьевой материал для модификации, имеющего средний размер частиц 37 мкм, непрерывно добавляли в течение 24 часов для проведения обработки перекристаллизацией. Суспензию в реакционной емкости выгружали таким образом, что время пребывания гипса становилось равным примерно 5,4 часам (скорость выгрузки в час: 18,5%), как определено путем вычисления. Из суспензии, выгруженной таким образом, выделяли твердое вещество высокой скорости седиментации способом отмучивания и выделенное твердое вещество высушивали при 40°С.
Полученный в результате сухой продукт анализировали рентгеновской дифракцией. В результате подтвердили, что этот сухой продукт полностью состоит из дигидрата гипса и из связанной воды, также подтвердили, что его чистота повышена до 98,8%. Также измеряли его средний размер частиц. В результате было обнаружено, что продукт был модифицирован до большого размера частиц 109 мкм в противоположность 37 мкм до обработки. Кроме того, также определяли его насыпную объемную плотность. В результате было обнаружено, что она составляет 1,0.
Пример 4
В качестве сырьевого материала для модификации был выбран гипс нейтрализации, который имел средний размер частиц 22 мкм, белизну 72 и чистоту 99,1%, и проводили непрерывную обработку, как описано ниже. Микрофотография под оптическим микроскопом гипса нейтрализации - сырьевого материала в данном примере, приведена на фиг.3. Крупных кристаллов не наблюдали. Сырьевой материал сначала помещали и смешивали с 0,5% раствором сукцината натрия для приготовления суспензии, которая содержала сырьевой материал в концентрации 35%. Затем суспензию подавали с постоянной скоростью в автоклав и выгружали с постоянной скоростью из автоклава, который поддерживали при 130°С под давлением, в течение 24 часов, так что время пребывания становилось равным 2 часам. После обработки сырьевой материал, выгруженный из автоклава, анализировали. Подтвердили, что твердое вещество представляет собой α-полугидрат гипса, содержащий 6,1% связанной воды, а также, что такой полугидрат гипса непрерывно получали. Микрофотография в оптическом микроскопе α-полугидрата гипса, полученного, как описано выше, представлена на фиг.4. рН суспензии составлял 7,2.
Затем суспензию α-полугидрата гипса, непрерывно получаемую на вышеописанной стадии, непрерывно подавали с постоянной скоростью в реакционную емкость, оборудованную нагревателем и мешалкой, где поддерживали температуру 85,2°С, и, кроме того, новую порцию гипса нейтрализации в качестве сырьевого материала непрерывно добавляли, так что количество гипса нейтрализации должно было доходить до 0,6% на основе подаваемого полугидрата гипса. При проведении перемешивания, так что суспензия становилась однородной, обработку перекристаллизацией проводили, осуществляя контроль, чтобы время пребывания суспензии полугидрата гипса, подаваемого таким образом, стало равным 5,5 часам (скорость выгрузки в час: 18,2%). После того, как подачу с постоянной скоростью продолжали в течение 24 часов, как описано выше, твердое вещество высокой скорости седиментации выделяли способом отмучивания из суспензии, выгруженной из реакционной емкости.
Твердое вещество высушивали при 40°С. Полученный в результате сухой продукт анализировали рентгеновской дифракцией. В результате подтвердили, что этот сухой продукт полностью состоит из дигидрата гипса и из связанной воды, также подтвердили, что его чистота повышена до 99,2%. В результате наблюдения сухого продукта под оптическим микроскопом было обнаружено, что этот сухой продукт представляет собой кристаллизованный продукт с однородным и большим размером частиц, как показано на фиг.5. Его средний размер частиц также измеряли. В результате было обнаружено, что продукт модифицирован до крайне большого размера частиц 138 мкм в противоположность 22 мкм до обработки. Кроме того, также определяли его насыпную объемную плотность. В результате было обнаружено, что его насыпная объемная плотность составляет 1,2 и, следовательно, продукт является плотным. Кроме того, аспектное отношение составляло примерно 2, а белизна по Хантеру составляла 73.
Пример 5
В качестве сырьевого материала для модификации был выбран гипс нейтрализации, который имел средний размер частиц 23 мкм, и способом, подобным примеру 4, был получен α-полугидрат гипса. Затем α-полугидрат гипса непрерывно подавали при постоянной скорости в реакционную емкость, оборудованную нагревателем и мешалкой, и контролировали при 85,4°С, и, кроме того, новую порцию того же гипса нейтрализации в качестве сырьевого материала непрерывно добавляли, так что количество гипса нейтрализации должно было доходить до 0,6% на основе подаваемого полугидрата гипса. При проведении перемешивания, так что суспензия становилась однородной, обработку перекристаллизацией проводили, осуществляя контроль, чтобы время пребывания суспензии полугидрата гипса, подаваемого таким образом, стало равным 8,0 часам (скорость выгрузки в час: 12,5%). После того, как подачу с постоянной скоростью продолжали в течение 24 часов, как описано выше, твердое вещество высокой скорости седиментации выделяли способом отмучивания из суспензии, выгруженной из реакционной емкости.
Твердое вещество высушивали при 40°С. Полученный в результате сухой продукт анализировали рентгеновской дифракцией. В результате подтвердили, что этот сухой продукт полностью состоит из дигидрата гипса и из связанной воды, также подтвердили, что его чистота составляет 99,6%. Его средний размер частиц также измеряли. В результате было обнаружено, что продукт модифицирован до крайне большого размера частиц 142 мкм в противоположность 23 мкм до обработки. Кроме того, также определяли его насыпную объемную плотность. В результате было обнаружено, что его насыпная объемная плотность составляет 1,0 и, следовательно, продукт является плотным.
Пример 6
В качестве сырьевого материала для модификации был выбран гипс, являющийся побочным продуктом при синтезе полиалюминий хлорида, имеющий чистоту 97,2% и средний размер частиц 25 мкм. К сырьевому материалу сначала добавляли раствор с сукцинатом натрия и поликарбоксилатным сурфактантом на основе полиалкиленгликоля, растворенными при концентрации 0,2% и 0,1% соответственно, с последующим смешиванием до получения 35% суспензии. Затем добавляли 0,4% раствор гидроксида кальция для доведения рН суспензии до 9,5. Затем суспензию подавали при постоянной скорости в автоклав и выгружали из автоклава, который поддерживали при 130°С, так что ее время пребывания становилось равным 2 часам. После обработки гипс, выгруженный из автоклава, анализировали. Подтвердили, что гипс представляет собой α-полугидрат гипса, содержащий 6,2% связанной воды, а также, что такой полугидрат гипса получали непрерывно.
Затем суспензию α-полугидрата гипса с рН 6,9, непрерывно получаемую на вышеописанной стадии, вводили в реакционную емкость, оборудованную нагревателем и мешалкой, с температурой 85,1°С, и, кроме того, новую порцию того же вторичного гипса - побочного продукта при синтезе полиалюминий хлорида, как сырьевой материал для модификации, непрерывно подавали при постоянной скорости, так что количество вторичного гипса должно было доходить до 0,6 мас.% гипса. При проведении перемешивания, так что суспензия становилась однородной, проводили обработку перекристаллизацией, осуществляя контроль, чтобы время пребывания суспензии стало равным 6 часам. После того, как подачу с постоянной скоростью продолжали в течение 24 часов, как описано выше, твердое вещество высокой скорости седиментации выделяли способом отмучивания из суспензии, выгруженной из реакционной емкости.
Твердое вещество высушивали при 40°С. Полученный в результате сухой продукт анализировали рентгеновской дифракцией. В результате подтвердили, что этот сухой продукт полностью состоит из дигидрата гипса и из связанной воды, также подтвердили, что его чистота повышена до 99,1%. Его средний размер частиц также измеряли. В результате было обнаружено, что продукт модифицирован до крайне большого размера частиц 132 мкм в противоположность 25 мкм до обработки. Кроме того, также определяли его насыпную объемную плотность. В результате было обнаружено, что его насыпная объемная плотность составляет 1,2. Аспектное отношение составляло примерно 3.
Пример 7
Модификацию гипса нейтрализации, имеющего средний размер частиц 22 мкм, проводили точно таким же способом и в точно таких же условиях, как в примере 4, за исключением того, что в суспензию перед кальцинированием добавляли сурфактант на основе нафталинсульфоната при концентрации 0,1%. Подобно примеру 4, после того как подачу с постоянной скоростью продолжали в течение 24 часов, твердое вещество высокой скорости седиментации выделяли способом отмучивания из суспензии, выгруженной из реакционной емкости.
Твердое вещество высушивали при 40°С. Полученный в результате сухой продукт анализировали рентгеновской дифракцией. В результате подтвердили, что этот сухой продукт полностью состоит из дигидрата гипса и из связанной воды, также подтвердили, что его чистота повышена до 99,2%. Его средний размер частиц также измеряли. В результате было обнаружено, что продукт модифицирован до крайне большого размера частиц 136 мкм в противоположность 22 мкм до обработки. Кроме того, также определяли его насыпную объемную плотность. В результате было обнаружено, что его насыпная объемная плотность составляет 1,2. Аспектное отношение составляло примерно 2, а белизна по Хантеру составляла 90. Продукт представлял собой материал, особенно пригодный в качестве белого гипса.
Пример 8
Модификацию гипса нейтрализации, имеющего средний размер частиц 22 мкм, проводили точно таким же способом и в точно таких же условиях, как в примере 4, за исключением того, что в суспензию перед кальцинированием добавляли имеющийся в продаже пеногаситель на полиэфирной основе в концентрации 0,1%. Подобно примеру 4, после того как подачу с постоянной скоростью продолжали в течение 24 часов, твердое вещество высокой скорости седиментации выделяли способом отмучивания из суспензии, выгруженной из реакционной емкости.
Твердое вещество высушивали при 40°С. Полученный в результате сухой продукт анализировали рентгеновской дифракцией. В результате подтвердили, что этот сухой продукт полностью состоит из дигидрата гипса и из связанной воды, также подтвердили, что его чистота повышена до 99,3%. Его средний размер частиц также измеряли. В результате было обнаружено, что продукт модифицирован до крайне большого размера частиц 137 мкм в противоположность 22 мкм до обработки. Кроме того, также определяли его насыпную объемную плотность. В результате было обнаружено, что его насыпная объемная плотность составляет 1,2. Аспектное отношение составляло примерно 2, а белизна по Хантеру составляла 91. Продукт представлял собой материал, особенно пригодный в качестве белого гипса.
Пример 9
Модификацию гипса нейтрализации, имеющего средний размер частиц 22 мкм, проводили точно таким же способом и в точно таких же условиях, как в примере 4, за исключением того, что количество гипса нейтрализации, который был таким же, как сырьевой материал для модификации, и должен был быть добавлен в качестве затравочных кристаллов при перекристаллизации, было изменено до 2%. Подобно примеру 4, после того как подачу с постоянной скоростью продолжали в течение 24 часов, твердое вещество высокой скорости седиментации выделяли способом отмучивания из суспензии, выгруженной из реакционной емкости.
Твердое вещество высушивали при 40°С. Полученный в результате сухой продукт анализировали рентгеновской дифракцией. В результате подтвердили, что этот сухой продукт полностью состоит из дигидрата гипса и из связанной воды, также подтвердили, что его чистота повышена до 99,2%. Его средний размер частиц также измеряли. В результате было обнаружено, что продукт модифицирован до большого размера частиц 87 мкм в противоположность 22 мкм до обработки, хотя размер частиц был меньше по сравнению с таковым в других примерах. Кроме того, насыпная объемная плотность составляла 1,1, а аспектное отношение составляло примерно 2.
Пример 10
Модификацию гипса нейтрализации, имеющего средний размер частиц 22 мкм, проводили точно таким же способом и в точно таких же условиях, как в примере 4, за исключением того, что количество гипса нейтрализации, который был таким же, как сырьевой материал для модификации, и должен был быть добавлен в качестве затравочных кристаллов при перекристаллизации, было изменено до 4,8%. Подобно примеру 4, после того как подачу с постоянной скоростью продолжали в течение 24 часов, твердое вещество высокой скорости седиментации выделяли способом отмучивания из суспензии, выгруженной из реакционной емкости.
Твердое вещество высушивали при 40°С. Полученный в результате сухой продукт анализировали рентгеновской дифракцией. В результате подтвердили, что этот сухой продукт полностью состоит из дигидрата гипса и из связанной воды, также подтвердили, что его чистота повышена до 99,1%. Его средний размер частиц также измеряли. В результате было обнаружено, что средний размер частиц составляет 64 мкм в противоположность 22 мкм до обработки, и что продукт модифицирован до продукта, имеющего большой размер частиц, хотя размер частиц был меньше по сравнению с другими примерами. Кроме того, насыпная объемная плотность составляла 1,0, а аспектное отношение составляло примерно 2.
Пример 11
Модификацию гипса нейтрализации, имеющего средний размер частиц 22 мкм, проводили точно таким же способом и в точно таких же условиях, как в примере 4, за исключением того, что концентрацию раствора сукцината натрия, добавленного при получении 35% суспензии сырьевого материала, изменяли до 0,1%. Твердое вещество высокой скорости седиментации выделяли способом отмучивания и выделенное твердое вещество высушивали при 40°С. Полученный в результате сухой продукт анализировали рентгеновской дифракцией. В результате подтвердили, что этот сухой продукт полностью состоит из дигидрата гипса и из связанной воды, также подтвердили, что его чистота повышена до 99,2%. Его средний размер частиц также измеряли. В результате было обнаружено, что средний размер частиц составляет 101 мкм в противоположность 22 мкм до обработки, и что продукт модифицирован до большего размера частиц. Однако насыпная объемная плотность составила 0,7, тогда как аспектное отношение было примерно 7. Качество продукта в качестве гипсового материала было, следовательно, хуже, чем в других примерах.
Контрольный пример 1
Модификацию гипса нейтрализации, имеющего средний размер частиц 22 мкм, проводили точно таким же способом и в точно таких же условиях, как в примере 4, за исключением того, что количество гипса нейтрализации, который был таким же, как сырьевой материал для модификации, и должен был быть добавлен в качестве затравочных кристаллов при перекристаллизации, было изменено до 10%. Подобно примеру 4, после того как подачу с постоянной скоростью продолжали в течение 24 часов, твердое вещество высокой скорости седиментации выделяли способом отмучивания из суспензии, выгруженной из реакционной емкости.
Твердое вещество высушивали при 40°С. Полученный в результате сухой продукт анализировали рентгеновской дифракцией. В результате было подтверждено, что сухой продукт полностью состоит из дигидрата гипса. Его средний размер частиц составлял 43 мкм, так что сырьевой гипс не был модифицирован до такого размера, как желательно в настоящем изобретении. Кроме того, насыпная объемная плотность составляла 1,0, а аспектное отношение составляло примерно 2.
Контрольный пример 2
Модификацию гипса нейтрализации, имеющего средний размер частиц 22 мкм, проводили точно таким же способом и в точно таких же условиях, как в примере 7, за исключением того, что температуру суспензии в реакционной емкости для перекристаллизации поддерживали равной 60,3°С. Подобно примеру 4, после того как подачу с постоянной скоростью продолжали в течение 24 часов, твердое вещество высокой скорости седиментации выделяли способом отмучивания из суспензии, выгруженной из реакционной емкости.
Твердое вещество высушивали при 40°С. Полученный в результате сухой продукт анализировали рентгеновской дифракцией. В результате было подтверждено, что сухой продукт полностью состоит из дигидрата гипса. На основании связанной воды также подтвердили, что его чистота составляет 99,1%. Его средний размер частиц также измеряли. В результате было обнаружено, что средний размер частиц составляет 50 мкм в противоположность 22 мкм до обработки и является малым по сравнению с другими примерами. Также измеряли насыпную объемную плотность. В результате насыпная объемная плотность составила 0,7. Белизна по Хантеру составляла 87, и продукт представлял собой материал, пригодный, в частности, в качестве белого гипса.
Контрольный пример 3
Модификацию фосфогипса, имеющего средний размер частиц 37 мкм, проводили точно таким же способом и в точно таких же условиях, как в примере 3, за исключением того, что температуру суспензии в реакционной емкости для перекристаллизации поддерживали равной 92,0°С. Твердое вещество высокой скорости седиментации выделяли способом отмучивания и выделенное твердое вещество высушивали при 40°С. Связанная вода в высушенном продукте доходила до 11,0%. При анализе рентгеновской дифракцией пик полугидрата гипса все же оставался значительным. Таким образом, подтвердили, что перекристаллизация была неполной.
Контрольный пример 4
Модификацию фосфогипса, имеющего средний размер частиц 37 мкм, проводили точно таким же способом и в точно таких же условиях, как в примере 3, за исключением того, что температуру суспензии в реакционной емкости для перекристаллизации поддерживали равной 60,3°С. Твердое вещество высокой скорости седиментации выделяли способом отмучивания и выделенное твердое вещество высушивали при 40°С. Полученный в результате сухой продукт анализировали рентгеновской дифракцией. В результате было подтверждено, что этот сухой продукт полностью состоит из дигидрата гипса. Его средний размер частиц составлял 51 мкм и был малым по сравнению со средними размерами частиц в примерах. Его насыпная объемная плотность была составила 0,7.
Контрольный пример 5
Модификацию фосфогипса, имеющего средний размер частиц 37 мкм, проводили точно таким же способом и в точно таких же условиях, как в примере 3, за исключением того, что температуру суспензии в реакционной емкости для перекристаллизации поддерживали равной 70,1°С. Твердое вещество выделяли способом отмучивания, а затем высушивали при 40°С. Полученный в результате сухой продукт анализировали рентгеновской дифракцией. В результате было подтверждено, что этот сухой продукт полностью состоит из дигидрата гипса. Его средний размер частиц составлял 58 мкм и был малым по сравнению со средними размерами частиц в других примерах. Кроме того, его насыпная объемная плотность составляла 0,9.
Сравнительный пример
Модификацию гипса нейтрализации, имеющего средний размер частиц 22 мкм, проводили точно таким же способом и в точно таких же условиях, как в примере 4, за исключением того, что проводили перекристаллизацию, осуществляя контроль таким образом, что время пребывания подаваемой суспензии полугидрата гипса становилось равным 3,5 часам (скорость выгрузки в час: 28,6%). Подобно примеру 4, после того как подачу при постоянной скорости продолжали в течение 24 часов, твердое вещество высокой скорости седиментации выделяли способом отмучивания из суспензии, выгруженной из реакционной емкости. Выделенное твердое вещество высушивали при 40°С. При анализе рентгеновской дифракцией подтвердили, что дигидрат гипса и полугидрат гипса присутствуют вместе, и перекристаллизация была неполной.
Условия обработки, используемые в примерах, контрольных примерах и сравнительном примере, представлены в Таблице 1, и характеристики образцов полученного в результате гипса приведены в Таблице 2.
Изобретение может быть использовано в производстве строительных материалов. Способ модификации дигидрата гипса включает стадию образования полугидрата, на которой кальцинируют сырьевой дигидрат гипса до полугидрата гипса, и стадию перекристаллизации, на которой гидратируют и перекристаллизуют полугидрат гипса в водной суспензии в модифицированный дигидрат гипса. На стадии перекристаллизации водную суспензию в реакционной емкости поддерживают при постоянной температуре при перемешивании, так что водная суспензия становится однородной. Подачу полугидрата гипса и выгрузку перекристаллизованного и модифицированного дигидрата гипса проводят непрерывно или прерывисто. Изобретение позволяет получить модифицированный дигидрат гипса, имеющий средний размер частиц, по меньшей мере, 64 мкм, который обладает чистотой 95% и выше. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 5 ил., 2 табл., 17 пр.
1. Способ модификации дигидрата гипса, включающий:
(а) стадию образования полугидрата, на которой исходный сырьевой дигидрат гипса подвергают влажному кальцинированию или сухому кальцинированию для преобразования дигидрата гипса в полугидрат гипса,
(б) стадию загрузки, на которой полугидрат гипса подают в водную суспензию в реакционной емкости для перекристаллизации,
(в) стадию перекристаллизации, на которой полугидрат гипса гидратируют и перекристаллизуют с получением модифицированного дигидрата гипса кристаллической формы, отличной от кристаллической формы сырьевого дигидрата гипса, и
(г) стадию выгрузки, на которой из реакционной емкости для перекристаллизации выгружают часть модифицированного дигидрата гипса, в котором:
по меньшей мере стадии (б)-(г) осуществляют непрерывно или прерывисто,
скорость подачи полугидрата гипса на стадии (б) и скорость выгрузки модифицированного дигидрата гипса на стадии (г) составляют не более 20% от общего количества гипса в реакционной емкости для перекристаллизации в час, и
на стадии (в) перекристаллизации водную суспензию в реакционной емкости для перекристаллизации поддерживают при постоянной температуре при перемешивании, таким образом, что водная суспензия становится однородной, чтобы избежать разделения твердой и жидкой фаз.
2. Способ по п.1, в котором температура водной суспензии в реакционной емкости для перекристаллизации на стадии (в) перекристаллизации составляет от 80°С до 90°С.
3. Способ по п.1, в котором в реакционную емкость для перекристаллизации на стадии (в) перекристаллизации дигидрат гипса непрерывно или прерывисто добавляют в качестве затравочных кристаллов в количестве от 0,01 мас.% до 5 мас.% от массы полугидрата гипса, который подают в реакционную емкость для перекристаллизации.
4. Способ по п.3, в котором дигидрат гипса, который добавляют в качестве затравочных кристаллов, имеет средний размер частиц не более 30 мкм.
5. Способ по п.1, в котором либо к водной суспензии на стадии (а) образования полугидрата, когда осуществляют влажное кальцинирование, либо к водной суспензии на стадии (в) перекристаллизации, либо к обеим указанным водным суспензиям добавляют сурфактант и/или пеногаситель в количестве от 0,01 до 0,2 мас.% от массы сырьевого дигидрата гипса для удаления компонентов, вызывающих потемнение, содержащихся в сырьевом дигидрате гипса.
6. Способ по п.5, в котором сурфактант включает, по меньшей мере, один сурфактант, выбранный из группы, состоящей из сурфактантов на основе алкилбензолсульфонатов, сурфактантов на основе алкилсульфатов, сурфактантов на основе алкилэфирсульфатов, сурфактантов на основе лигнинсульфонатов, сурфактантов на основе нафталинсульфонатов, сурфактантов на основе бис-фенола и сурфактантов на основе поликарбоксилатов.
7. Способ по п.5, в котором пеногаситель включает, по меньшей мере, один пеногаситель, выбранный из группы, состоящей из пеногасителей на основе полиэфиров, пеногасителей на основе сложных эфиров жирных кислот, пеногасителей на основе минеральных масел, пеногасителей на основе силикона и пеногасителей на эмульсионной основе.
8. Способ по любому из п.1-7, дополнительно включающий после выгрузки суспензии перекристаллизованного дигидрата гипса из реакционной емкости для перекристаллизации на стадии (в) стадию выделения (д), на которой выделяют дигидрат гипса с низким содержанием нерастворимых примесей и большим размером частиц.
9. Способ по п.8, в котором стадия выделения (д) включает стадию выделения дигидрата гипса с низким содержанием нерастворимых примесей и большим размером частиц после выгрузки суспензии перекристаллизованного дигидрата гипса из реакционной емкости для перекристаллизации, стадию перемешивания дигидрата гипса в воде, отстаивания полученной суспензии и выделения крупных кристаллов, обладающих высокой скоростью седиментации, и стадию промывки, на которой обезвоживают и промывают выделенный дигидрат гипса с получением конечного продукта.
10. Способ по п.1, в котором на стадии (а) образования полугидрата сухое кальцинирование или влажное кальцинирование непрерывно осуществляют многостадийным способом, в котором используют, по меньшей мере, две обжиговых печи.
11. Способ по п.1, в котором на стадии (в) перекристаллизацию проводят многостадийным способом путем последовательного соединения, по меньшей мере, двух реакционных емкостей для перекристаллизации.
12. Способ по п.1, в котором либо к водной суспензии на стадии (а) образования полугидрата, когда осуществляют влажное кальцинирование, либо к водной суспензии на стадии (в) перекристаллизации, либо к обеим указанным водным суспензиям добавляют, по меньшей мере, один модификатор габитуса кристалла, выбранный из группы, состоящей из глюконовой кислоты, янтарной кислоты, малеиновой кислоты, винной кислоты, яблочной кислоты, акриловой кислоты и поликарбоновых кислот, а также их солей, в количестве от 0,1 до 2,0 мас.% от массы дигидрата гипса.
13. Способ по п.1, в котором сырьевой дигидрат гипса имеет средний размер частиц не более 30 мкм.
14. Способ по п.1, в котором модифицированный дигидрат гипса имеет средний размер частиц, по меньшей мере, 64 мкм.
15. Способ по п.1, в котором модифицированный дигидрат гипса имеет насыпную объемную плотность, по меньшей мере, 0,8.
16. Модифицированный дигидрат гипса, полученный способом по п.1, имеющий средний размер частиц, по меньшей мере, 64 мкм и белизну по Хантеру, по меньшей мере, 80.
| Станок для изготовления деревянных ниточных катушек из цилиндрических, снабженных осевым отверстием, заготовок | 1923 |
|
SU2008A1 |
| Пломбировальные щипцы | 1923 |
|
SU2006A1 |
| Топчак-трактор для канатной вспашки | 1923 |
|
SU2002A1 |
| Пломбировальные щипцы | 1923 |
|
SU2006A1 |
| СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА, КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ, СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ СЫРЬЕВОЙ СМЕСИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА И СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ГИПСОВОЛОКНИСТЫХ ПЛИТ | 1989 |
|
RU2101252C1 |
