一种杂质离子含量高的石膏的除杂方法
技术领域
本文涉及石膏材料除杂技术，尤指一种杂质离子含量高的石膏的除杂方法，具体为一种工业副产石膏除杂的方法。
背景技术
现在，我国纸面石膏板主要以工业副产石膏为原料。而工业副产石膏作为工业副产石膏，与天然石膏相比，存在纯度不高、含水率较高、杂质多、有害成分超标等问题。纸面石膏板强度受工业副产石膏上述缺点的影响尤为明显。
目前，因离子交换剂含有的活性基团能与工业废液中重金属污染物、酸性与碱性有机物及盐类阴离子等发生作用，从而可以达到脱除的效果。迄今为止，离子交换树脂被认为是最高效、节能的净化方式。但离子交换剂主要应用于废水净化除杂领域，还未应用于石膏除杂领域。目前石膏除杂的方法普遍存在需水量大、除杂效率低等问题。因此，开发一项节能且高效的石膏除杂方法意义重大。
发明内容
本申请提供了一种杂质离子含量高的石膏的除杂方法，可以去除工业副产石膏中的杂质离子，降低杂质对石膏板性能的影响。
脱硫石膏中含有Cl-、Mg2+、K+、Na+等杂质离子。磷石膏含有H2PO4-、HPO42-、PO43-、F-、Mg2+、K+、Na+等杂质离子。其中H2PO4-、HPO42-、PO43-可称为磷石膏中可溶磷杂质。本发明通过使用离子交换剂去除一部分工业副产石膏中的杂质离子Cl-、Mg2+、K+、Na+、H2PO4-、HPO42-、PO43-、F-等杂质离子，从而减弱杂质对石膏板强度、护面纸粘接等性能的影响。
本发明提供的一种杂质离子含量高的石膏的除杂方法，具体为：将杂质离子含量高的石膏溶解于水中，加入离子交换剂，后搅拌混合均匀、经静置、过滤和干燥即得杂质离子含量低的石膏。
在本发明提供的杂质离子含量高的石膏的除杂方法中，所述杂质离子含量高的石膏为脱硫石膏和磷石膏中的一种或两种。
在本发明提供的杂质离子含量高的石膏的除杂方法中，所述磷石膏含有可溶磷、F-、Mg2+、K+或Na+中的一种或多种；
在本发明提供的杂质离子含量高的石膏的除杂方法中，所述可溶磷在磷石膏中的含量为5000-10000mg/kg、F-在磷石膏中的含量为400-900mg/kg、Mg2+在磷石膏中的含量为500-1000mg/kg、K+在磷石膏中的含量为1200-1600mg/kg、Na+在磷石膏中的含量为600-900mg/kg；
在本发明提供的杂质离子含量高的石膏的除杂方法中，可选地，H2PO4-在磷石膏中的含量为2000-4000mg/kg、HPO42-在磷石膏中的含量为2000-4000mg/kg或PO43-在磷石膏中的含量为2000-4000mg/kg
在本发明提供的杂质离子含量高的石膏的除杂方法中，所述脱硫石膏含有杂质离子Cl-、Mg2+、K+或Na+中的一种或多种；
在本发明提供的杂质离子含量高的石膏的除杂方法中，所述Cl-在脱硫石膏中的含量为800-1300mg/kg、Mg2+在脱硫石膏中的含量为100-450mg/kg、K+在脱硫石膏中的含量为200-600mg/kg、Na+在脱硫石膏中的含量为100-400mg/kg。
在本发明提供的杂质离子含量高的石膏的除杂方法中，所述离子交换剂为无机离子交换剂和有机离子交换剂中的一种或两种；
在本发明提供的杂质离子含量高的石膏的除杂方法中，所述无机离子交换剂选自天然沸石、合成沸石和杂多酸盐中的一种或多种；
在本发明提供的杂质离子含量高的石膏的除杂方法中，所述有机离子交换剂选自磺化煤离子交换剂、苯乙烯系的共聚物离子交换剂、氯乙烯系离子交换剂、醋酸系离子交换剂、环氧系离子交换剂和丙烯酸系的共聚物离子交换剂中的一种或多种。
在本发明提供的杂质离子含量高的石膏的除杂方法中，所述加入离子交换剂的操作具体为先加入阳离子离子交换剂混合搅拌均匀、静置后，再加入阴离子离子交换剂。
在本发明提供的杂质离子含量高的石膏的除杂方法中，所述杂质离子含量高的石膏与阳离子离子交换剂以及阴离子离子交换剂的质量比为100-150:0-8:0-8，阳离子离子交换剂与阴离子离子交换剂的用量不同时取0。
在本发明提供的杂质离子含量高的石膏的除杂方法中，所述阳离子离子交换剂的交换容量为3.5-5.5mmol/g，所述阴离子离子交换剂的交换容量为3.0-4.0mmol/g；
在本发明提供的杂质离子含量高的石膏的除杂方法中，优选地，阳离子交换剂的交换容量为4.5mmol/g，阴离子交换剂的交换容量为3.6mmol/g。
在本发明提供的杂质离子含量高的石膏的除杂方法中，所述杂质离子含量高的石膏与水的质量比为(1-1):(1-3)；
在本发明提供的杂质离子含量高的石膏的除杂方法中，所述静置时间为1-4h。
在本发明提供的杂质离子含量高的石膏的除杂方法中，所述干燥温度为30-55℃。
在本发明提供的杂质离子含量高的石膏的除杂方法中，优选地，对于脱硫石膏(阳离子交换剂交换容量为4.5mmol/g，阴离子交换剂的交换容量为3.6mmol/g时)，实验表明每100g脱硫石膏除杂，需要0～4g阳离子交换剂，0～8g阴离子交换剂，阳离子或阴离子交换剂不同时取0。
在本发明提供的杂质离子含量高的石膏的除杂方法中，优选地，对于磷石膏(阳离子交换树脂交换容量为4.5mmol/g，阴离子交换树脂的交换容量为3.6mmol/g时)，实验表明每100g磷石膏除杂，需要1～5g阳离子交换剂，2～9g阴离子交换剂。
在本发明提供的杂质离子含量高的石膏的除杂方法中，由于一些离子交换树脂会改变溶液的pH值而且一些工业副产石膏的PH值不呈中性，所以当溶液PH值不为7时，用0.05mol/L的稀硫酸或Ca(OH)2饱和溶液调节溶液PH值为7。
另一方面，本发明提供了一种生石膏，所述生石膏为使用上述杂质离子含量高的石膏的除杂方法除杂后得到。
离子交换剂是能与溶液中的离子进行等当量交换反应的物质。离子交换与吸附类似，但选择性更高。利用离子交换剂与溶液中的某种同性电荷离子发生离子交换，最终溶液中的离子进入离子交换剂而离子交换剂中的离子进入溶液。在石膏溶解在水中的同时，杂质离子也会溶于水中。所以，我们可以用离子交换剂，在杂质离子溶于水后，将杂质离子置换除去，对还未煅烧的工业副产石膏进行预处理。
在净化石膏中的Cl-、Mg2+、K+、Na+、H2PO4-、HPO42-、PO43-、F-等杂质离子时不必把离子交换剂与石膏分离，离子交换剂在熔融状态下再凝固后能够有类似于胶粘剂的成膜性，则还可以与其他外加剂协同增韧增强石膏制品。由于用工业副产石膏制备的许多石膏制品还具有强度不高的缺点，所以提高石膏制品的强度一直是石膏行业的一个难题。本发明通过添加离子交换剂使得石膏制品的抗折强度和抗压强度都有所提高。另外，在纸面石膏板行业，护面纸与石膏的粘接性能极大的影响纸面石膏板的性能。采用本发明技术方案的添加了离子交换剂后的石膏与护面纸的粘接性能明显提高。
本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所描述的方案来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本申请技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。
图1为本发明提供的工业副产石膏除杂流程示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
本发明实施例提供了一种杂质离子含量高的石膏的除杂方法，具体为：将杂质离子含量高的石膏溶解于水中，加入离子交换剂，后搅拌混合均匀、经静置、过滤和干燥即得杂质离子含量低的石膏。
在本发明实施例中，所述杂质离子含量高的石膏为脱硫石膏和磷石膏中的一种或两种。
在本发明实施例中，所述磷石膏含有可溶磷、F-、Mg2+、K+或Na+中的一种或多种；
在本发明实施例中，所述可溶磷在磷石膏中的含量为5000-10000mg/kg、F-在磷石膏中的含量为400-900mg/kg、Mg2+在磷石膏中的含量为500-1000mg/kg、K+在磷石膏中的含量为1200-1600mg/kg、Na+在磷石膏中的含量为600-900mg/kg；
在本发明实施例中，可选地，H2PO4-在磷石膏中的含量为2000-4000mg/kg、HPO42-在磷石膏中的含量为2000-4000mg/kg或PO43-在磷石膏中的含量为2000-4000mg/kg；
在本发明提供的杂质离子含量高的石膏的除杂方法中，所述脱硫石膏含有杂质离子Cl-、Mg2+、K+或Na+中的一种或多种；
在本发明实施例中，所述Cl-在脱硫石膏中的含量为800-1300mg/kg、Mg2+在脱硫石膏中的含量为100-450mg/kg、K+在脱硫石膏中的含量为200-600mg/kg、Na+在脱硫石膏中的含量为100-400mg/kg。
在本发明实施例中，所述离子交换剂为无机离子交换剂和有机离子交换剂中的一种或两种；
在本发明实施例中，所述无机离子交换剂选自天然沸石、合成沸石和杂多酸盐中的一种或多种；
在本发明实施例中，所述有机离子交换剂选自磺化煤离子交换剂、苯乙烯系的共聚物离子交换剂、氯乙烯系离子交换剂、醋酸系离子交换剂、环氧系离子交换剂和丙烯酸系的共聚物离子交换剂中的一种或多种。
在本发明实施例中，所述加入离子交换剂的操作具体为先加入阳离子离子交换剂混合搅拌均匀、静置后，再加入阴离子离子交换剂。
在本发明实施例中，所述杂质离子含量高的石膏与阳离子离子交换剂以及阴离子离子交换剂的质量比为100-150:0-8:0-8，阳离子离子交换剂与阴离子离子交换剂的用量不同时取0。
在本发明实施例中，所述阳离子离子交换剂的交换容量为3.5-5.5mmol/g，所述阴离子离子交换剂的交换容量为3.0-4.0mmol/g；
在本发明实施例中，优选地，阳离子交换剂的交换容量为4.5mmol/g，阴离子交换剂的交换容量为3.6mmol/g。
在本发明实施例中，所述杂质离子含量高的石膏与水的质量比为(1-1):(1-3)；
在本发明实施例中，所述静置时间为1-4h。
在本发明实施例中，所述干燥温度为30-55℃。
在本发明提供的杂质离子含量高的石膏的除杂方法中，优选地，对于脱硫石膏(阳离子交换剂交换容量为4.5mmol/g，阴离子交换剂的交换容量为3.6mmol/g时)，实验表明每100g脱硫石膏除杂，需要0～4g阳离子交换剂，0～8g阴离子交换剂，阳离子或阴离子交换剂不同时取0。
在本发明提供的杂质离子含量高的石膏的除杂方法中，优选地，对于磷石膏(阳离子交换树脂交换容量为4.5mmol/g，阴离子交换树脂的交换容量为3.6mmol/g时)，实验表明每100g磷石膏除杂，需要1～5g阳离子交换剂，2～9g阴离子交换剂。
在本发明实施例中，由于一些离子交换树脂会改变溶液的pH值而且一些工业副产石膏的PH值不呈中性，所以当溶液PH值不为7时，用0.05mol/L的稀硫酸或Ca(OH)2饱和溶液调节溶液PH值为7。
实施例1
取脱硫石膏生料为原料，脱硫石膏中的Cl-含量1281mg/kg，Mg2+含量350mg/kg，K+含量400mg/kg，Na+含量290mg/kg；
取购自天津市津达正源节能环保科技有限公司公司的001×7牌号的强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂为阳离子交换剂，所述阳离子交换剂的交换容量为4.5mmol/g；
取购自天津市津达正源节能环保科技有限公司公司的201×7(717)牌号的强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂为阴离子交换剂；所述阴离子交换剂的交换容量为3.6mmol/g；
按图1所示流程图进行脱硫石膏原料的除杂，操作如下。
脱硫石膏称取100g，溶解于200g水中。加入2g阳离子交换剂，搅拌均匀，静置2h；加入4g阴离子交换剂，搅拌均匀，静置2h，过滤，在45℃下干燥。即得杂质离子少的脱硫石膏。在120℃煅烧成半水石膏。
实施例2
取磷石膏生料为原料，磷石膏中的Mg2+含量780mg/kg，K+含量1450mg/kg，Na+含量820mg/kg，可溶磷含量9000mg/kg，可溶氟670mg/kg；
取购自廊坊标马密封材料有限公司公司的D113牌号的大孔弱酸性丙烯酸系阳离子交换树脂为阳离子交换剂，所述阳离子交换剂的交换容量为4.5mmol/g；
取购自辽源新材料公司的D218牌号的大孔强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂为阴离子交换剂；所述阴离子交换剂的交换容量为3.5mmol/g；
按图1所示流程图进行磷石膏原料的除杂及石膏板的制备，操作如下。
磷石膏称取100g，溶解于200g水中。加入3g阳离子交换剂，搅拌均匀，静置2h；加入6g阴离子交换剂，搅拌均匀，静置2h，过滤，在45℃下干燥。即得杂质离子少的磷石膏。在120℃煅烧成半水石膏。
对比例1
对比例1的原料脱硫石膏与实施例1相同，未经离子交换剂进行除杂，称取脱硫石膏100g，溶解于200g水中，搅拌均匀后静置4h，过滤，45℃下干燥得到脱硫石膏，再将脱硫石膏在120℃煅烧成半水石膏。
对比例2
对比例2的原料磷石膏与实施例2相同，未经离子交换剂进行除杂，称取脱硫石膏100g，溶解于200g水中，搅拌均匀后静置4h，过滤，45℃下干燥得到磷石膏，再将磷石膏在120℃煅烧成半水石膏。
石膏的性能测试：
石膏的各杂质离子浓度按照GB/T 5484-2012测试方法测量。测试结果如表1所示。
半水石膏的抗折强度、抗压强度按照GB/T 17669.3-1999测试方法测量。测试结果如表1所示。
半水石膏的初终凝时间按照GB/T 17669.4-1999测试方法测量。测试结果如表1所示。
半水石膏的粘接性能按照GB/T 9775-2008测试方法测量。测试结果如表1所示。
表1实施效果
根据表1数据可以看出：
相较于对比例1，由实施例1可以看出，脱硫石膏在添加了离子交换剂之后，Cl-、Mg2+、K+、Na+杂质离子的浓度都有不同程度的下降。同时，相比于对比例1，实施例1的半水石膏的凝结时间没有明显变化，抗折强度和抗压强度提高。即离子交换剂的添加未对石膏的凝结性能产生影响。在一定程度上，离子交换剂的添加除了降低杂质离子浓度，还能提高石膏的力学性能与粘接性能。
相较于对比例2，由实施例2可以看出，磷石膏在添加了离子交换剂之后，可溶磷、F-、Mg2+、K+、Na+杂质离子的浓度都有不同程度的下降。同时，相比于对比例2，实施例2的半水石膏的凝结时间没有明显变化，抗折强度和抗压强度提高。即离子交换剂的添加未对石膏的凝结性能产生影响。在一定程度上，离子交换剂的添加除了降低了杂质离子浓度，还能提高石膏的力学性能与粘接性能。
虽然本申请所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本申请而采用的实施方式，并非用以限定本申请。任何本申请所属领域内的技术人员，在不脱离本申请所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本申请的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
