脱硫石膏制备α-半水石膏研究进展及应用

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2023-0242

摘要/Abstract

摘要：

随着中国工业的不断发展，产生了大量的脱硫石膏，目前脱硫石膏的综合利用量虽在逐年增加，但其利用率却在降低，探寻脱硫石膏的高值化利用途径迫在眉睫，其中脱硫石膏资源化利用途径之一是将其脱水转化成α-半水石膏。利用脱硫石膏来制备高性能、高附加值的α-半水石膏，不仅能减轻石膏堆积对环境的污染，减少天然石膏的开采，还能带来新的经济效益。基于此，系统地综述了国内外脱硫石膏制备α-半水石膏的研究现状及影响因素，总结了其生产工艺路径及应用，并对推进脱硫石膏的减量化、资源化利用提出了展望，旨在提高固废利用率，促进“碳中和、碳减排”。

关键词: 脱硫石膏, α-半水石膏, 工艺路径, 资源化利用

Abstract:

With the continuous development of China's industry，a large amount of desulphurization gypsum has been produced.At present，although the current comprehensive utilization of desulfurization gypsum is increasing year by year，its utilization rate is decreasing，and it is indispensable to explore the high-value utilization path of desulfurization gypsum.One of the ways to resource utilization of desulfurization gypsum is to dehydrate and convert it into α-hemihydrate gypsum.Using desulfurization gypsum to prepare high-performance and high-value-added α-hemihydrate gypsum can reduce the environmental pollution caused by gypsum accumulation，reduce the mining of natural gypsum and bring new economic benefits.Based on this，the current research status of the methods of preparing α-hemihydrate gypsum from desulphurization gypsum at home and abroad and its influencing factors were systematically reviewed，its production process path and its applications were summarized，and the prospect of promoting the reduction and resource utilization of desulfurization gypsum were put forward，aiming to improve the utilization rate of solid waste and promote“carbon neutrality and carbon emission reduction”.

Key words: desulfurization gypsum, α-hemihydrate gypsum, process path, resource utilization

中图分类号:

TQ177.3

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图/表 13

图1

图2

表1

图3

图4

表2

表3

生成α-半水石膏影响因素对比

影响因素	制备方法	研究结果	总结
反应温度	蒸压法^［16］	生成半水石膏时存在一个相变温度，当温度超过此值时会发生反应进行脱水	随着温度的升高，反应时间缩短，生成晶体的速率加快
	常压盐溶液法^［21］	反应温度对产品的晶形有很大的影响
	常压醇水法^［35］	随着温度的升高，反应速率加快，反应时间缩短，转化率升高
盐溶液浓度	常压盐溶液法^［21］	NaCl溶液浓度对反应的影响较大	可通过改变溶液浓度调控晶体生长速率
	常压盐溶液法^［35］	当醇质量分数为50%时，二水石膏能较快转化生成半水石膏晶体
	常压盐溶液法^［48］	通过比较Ca²⁺、Mg²⁺、K⁺、Na⁺的氯盐溶液发现，NaCl最有利于半水石膏的生成
	常压盐溶液法^［34］	盐溶液浓度是该方法制备半水石膏的关键因素
反应时间	常压盐溶液法^［21］	当反应时间较短时，反应进行较慢，转化率较低，随着反应时间的延长，产物晶形逐渐变为棒状甚至是短柱状	主要决定了石膏脱水生成产物的程度，以及生成产物中石膏相态的组成状况
	常压醇水法^［19］	随着时间的延长，生成的α-半水石膏比例增大
	常压盐溶液法^［32］	随着丁二酸掺量的增加，样品脱水速率减缓，脱水时间延长
pH	常压盐溶液法^［13］	随着pH升高，样品脱水速率先快后慢	能改变石膏相的溶解度，同时还会影响溶液中的离子电离平衡
	常压醇水法^［22］	随着pH升高，样品脱水速率先快后慢
	常压盐溶液法^［31］	通过调控pH来影响丁二酸的电离程度进而影响半水石膏的晶体形貌
	常压盐溶液法^［27］	随着pH升高，长棒状α-HH晶体逐渐减少
转晶剂	常压盐溶液法^［32］	随着丁二酸掺量的增加，α-半水石膏的长径比降低	通过影响晶体的成核、生长情况来调控α-半水石膏的晶体形貌
	微波加热法^［43］	随着Na₂SO₄掺量的增加，所得晶体长径比先增大后减小
	常压盐溶液法^［27］	通过添加不同转晶剂发现，掺加质量分数为0.06%的柠檬酸制得的α-HH强度较高
	加压水溶液法^［49］	随着硫酸铝掺量（质量分数为1%~5%）的增加，α-HH晶体长径比减小，反应时间变长

表3

图5

表4

表5

表6

表7

表8

参考文献 56

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化学式	a/Å	b/Å	c/Å	晶系，空间组
CaSO₄·0.5H₂O^［8］	12.028 0	6.932 0	12.691 0	单斜，I2
CaSO₄·0.5H₂O^［9］	17.518 0（8）	6.929 1（1）	12.034 4（2）	单斜，C2
CaSO₄·0.5H₂O^［10］	12.031 7（4）	6.927 2（2）	12.671 1	单斜，I12
CaSO₄·0.5H₂O^［11］	12.035 0（5）	6.929 4（3）	12.670 5（4）	单斜，I12
CaSO₄·0.5H₂O^［12］	12.031 7（4）	6.926 9（2）	12.671 2（3）	单斜，I121

制备方法		优缺点
化学转化法	亚硫酸钙强制氧化法	成本较高，需在高温下强制通入空气或氧气来进行氧化
固相转化法	陈化法	制得的产品不均一，强度一般也比较低
	折衷法	简单易操作，但制备过程中易残留羧酸盐，不利于产品的凝结硬化
	干闷法	能耗较低，但所需设备和生产成本较高且所得产物不纯
	蒸压法	能耗高，但反应时间短、产率高，易于工业化生产
液相转化法	加压水溶液法	生产工艺较复杂且效率较低，能耗成本较高，但产品强度等级很高
	常压盐溶液法	节能、常压、温度低，但此工艺较为复杂
	常压醇水法	反应条件温和，对设备无腐蚀
	反相微乳液法	反应条件温和，易于操作
微波加热法	微波脱水法	物料整体受热均匀，反应时间短且效率高

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