基本信息
- 作品名稱：
- 電廠脫硫石膏資源化制備硫酸鈣晶須及改性應用
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 小類：
- 能源化工
- 簡介：
本項目是在燃煤電廠脫硫石膏資源化利用創(chuàng)新技術基礎上提出的，針對量大面廣、污染嚴重的脫硫石膏，回收利用電廠廢熱蒸汽資源，采用創(chuàng)新的重結晶法制備性能優(yōu)異、成本低廉的硫酸鈣晶須材料，旨在提高大宗脫硫石膏及其他工業(yè)副產石膏的利用率。本項目采用常壓重結晶法制備硫酸鈣晶須，對反應條件精度要求低，有利于處理量大面廣、環(huán)境污染嚴重的脫硫石膏及其他工業(yè)副產石膏，易于實現工業(yè)化生產，已與多家下游應用企業(yè)簽訂合作意向。
- 詳細介紹：
1）立項意義
煤炭占我國各能源發(fā)電比例近70%，煤炭燃燒產生大量二氧化硫，我國80%以上燃煤電廠采用煙氣濕法脫硫, 2009年我國工業(yè)副產石膏產量約1.18億噸，綜合利用率僅38%，脫硫石膏產量達4300萬噸，工業(yè)副產石膏堆存量超過3億噸，脫硫石膏堆存量超過5000萬噸，形成二次污染，造成嚴重的環(huán)境、生態(tài)問題和經濟負擔，得到國家高度重視，本項目的主要目是實現脫硫石膏資源化利用、高附加值利用，制備高品質硫酸鈣晶須。本項目是在脫硫石膏資源化利用創(chuàng)新技術基礎上提出的，有利于處理量大面廣、環(huán)境污染嚴重的脫硫石膏及其他工業(yè)副產石膏，推動下游應用產業(yè)的發(fā)展。
2）基本思路
傳統(tǒng)工藝以天然石膏或工業(yè)硫酸鈣作為原料、采用水熱法制備硫酸鈣晶須，這種方法反應條件苛刻，產率不高，二次污染環(huán)境，而我們則以量大易得的脫硫石膏作為原料，通過創(chuàng)新性的常壓重結晶法，經過獨創(chuàng)的純化技術及高效的制備工藝得到高品質硫酸鈣晶須。本項目不僅節(jié)約了有限的硫酸鈣自然資源，而且使本來嚴重污染環(huán)境，占據人們生存空間的“廢品”，變成了寶貴的資源。本項目完成了制備工藝設計，實現了放大試驗，探討了其在涂料領域的應用。
本項目采用常壓重結晶法制備高附加值硫酸鈣晶須，包括以下內容：硫酸鈣晶須制備工藝條件優(yōu)化、形貌控制技術、改性及應用。
本項目從根本上解決了脫硫石膏品位低、雜質種類復雜等工業(yè)化利用的瓶頸問題，使用自來水即可實現硫酸鈣晶須的制備及形貌控制，為脫硫石膏及其他工業(yè)副產石膏資源化利用開辟了新的道路。
3）創(chuàng)新點
①常壓下制備了形貌規(guī)整的高品質硫酸鈣晶須
目前尚未發(fā)現常壓重結晶制備形貌規(guī)整的硫酸鈣晶須的報道，本項目利用常壓重結晶法，通過控制硫酸鈣晶須制備的物化條件、媒晶劑種類等制備了形貌規(guī)整、穩(wěn)定性高、純度高、白度高的高品質硫酸鈣晶須，能夠顯著改善復合材料的應用性能。
②常壓重結晶法實現了液相的循環(huán)使用
液相之所以能夠循環(huán)利用，是因為硫酸鈣晶須制備過程中并不消耗液相，只是根據硫酸鈣（脫硫石膏的主要成分）在特定液相中溶解度隨溫度變化明顯的特點，通過變化溫度，使硫酸鈣先溶解后結晶，能夠實現溶劑的循環(huán)使用，不污染環(huán)境，降低了生產成本。常壓重結晶法工藝條件寬松，對反應溫度、溶劑濃度、時間等條件精度要求較低，常壓下易于實現工業(yè)化的規(guī)模生產。
4）技術關鍵和主要技術指標
硫酸鈣晶須制備工藝條件技術關鍵：脫硫石膏在硫酸鈣含量、Mg、Si、Fe、Al、白度等方面均未達到脫硫石膏作為建筑石膏的歐洲標準。本項目利用硫酸鈣在特定溶液中溶解度隨溫度變化明顯的特點，使硫酸鈣先溶解后結晶制備硫酸鈣晶須，同時起到了純化及改善脫硫石膏顆粒級配的作用，優(yōu)化了固液比、溶液濃度、反應溫度、反應時間等工藝條件。
硫酸鈣晶須制備工藝條件技術指標：所制備硫酸鈣晶須在硫酸鈣含量、Mg、Si、Fe、Al、白度等方面均超過脫硫石膏歐洲標準。由白度值僅44.7%脫硫石膏制備了白度高達94.5%的硫酸鈣晶須，純度高達99.9%。
硫酸鈣晶須形貌控制技術關鍵：在硫酸鈣晶須制備過程中，優(yōu)化結晶時間、結晶速率、媒晶劑、改性劑等影響因素，以得到形貌規(guī)整、尺寸可控、性能穩(wěn)定的硫酸鈣晶須。
硫酸鈣晶須形貌控制技術指標：硫酸鈣晶須是一種具有均勻的橫截面、規(guī)整的外形、完善的內部結構的纖維狀單晶體，具有一定長徑比（一般大于30），長度為2至300μm，直徑為0.1至10μm。從微觀形貌及晶型分析中可以看出，脫硫石膏經重結晶后完全轉變?yōu)榱蛩徕}晶須，且形貌規(guī)整、分散性好、性能穩(wěn)定。
硫酸鈣晶須在涂料中應用技術關鍵：硫酸鈣晶須應用領域廣泛，進行硫酸鈣晶須的親油化改性，并探索出在涂料中應用恰當的填料添加量是本研究的重點內容。在丙烯酸、環(huán)氧樹脂體系中，能顯著地改善涂料的機械性能。
硫酸鈣晶須在涂料中應用技術指標：帶有羧酸的有機體對硫酸鈣晶須進行改性能達到良好的改性效果，硫酸鈣晶須能顯著增強涂料的機械性能，如彈性模量、硬度、耐磨性、抗沖擊性等，在硫酸鈣晶須添加到40%時，對丙烯酸樹脂和環(huán)氧樹脂的硬度和抗沖擊性都有顯著的增強作用。
本項目進行了中試試驗，與多家下游應用企業(yè)簽訂了合作意向，有利于實現產業(yè)化推廣，創(chuàng)造良好的經濟效益。- 獲獎情況：
第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品 三等獎
1）2011年，第八屆“自強杯”大學生課外學術科技作品競賽暨第十二屆“挑戰(zhàn)杯”全國大學生課外學術科技作品競賽校級選拔賽一等獎、省級選拔賽二等獎；
2）2010年，“贏在常熟”——大學生創(chuàng)業(yè)計劃大賽二等獎；
3）2010年，申請三項相關專利，兩項獲得授權。
