《用檸檬酸石膏生產建築石膏的方法》是蚌埠華東石膏有限公司於2008年3月27日申請的發明專利，該專利申請號為200810015015X，公布號為CN101255024，專利公布日為2008年9月3日，發明人是張緒慶。
《用檸檬酸石膏生產建築石膏的方法》所述檸檬酸生產過程產生含有硫酸鈣的檸檬酸廢渣，造成了巨大的環境污染。截至2008年3月，全球尚無一種理想的用檸檬酸石膏生產建築石膏粉的方法。該發明方法為：將檸檬酸石膏與強酸性氧化劑混合，加入間歇式迴轉炒鍋中；升溫至100－120℃；加入鹼性氧化劑；加入生石灰，調節pH值至7－10，繼續升溫至190℃；將上述反應物質陳化24小時；將陳化後的物質粉碎至160目。該發明方法具有生產方法簡單；成本低；生產過程無污染的優點。
2016年1月，《用檸檬酸石膏生產建築石膏的方法》獲得第四屆安徽專利獎優秀獎。
基本介紹
- 中文名：用檸檬酸石膏生產建築石膏的方法
- 公布號：CN101255024
- 公布日：2008年9月3日
- 申請號：200810015015X
- 申請日：2008年3月27日
- 申請人：蚌埠華東石膏有限公司
- 地址：安徽省蚌埠市勝利西路2786號
- 發明人：張緒慶
- 代理機構：安徽省蚌埠博源專利商標事務所
- 代理人：楊傑民
- Int.Cl.：C04B11/00(2006.01)
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
檸檬酸生產過程以澱粉為原料經發酵產生檸檬酸發酵液，然後由碳酸鈣中和，再加入硫酸酸解，生成檸檬酸和硫酸鈣。過濾檸檬酸後剩下的含有硫酸鈣的廢渣即檸檬酸石膏。該廢渣以二水硫酸鈣（CaSO4·2H2O）為主，占固體成分的98％左右。2％左右的雜質為二氧化矽（SiO2）、三氧化二鋁（Al2O3）、氧化鎂（MgO）和檸檬酸鈣（C12H10Ca3O14·4H2O）。另外附著40％左右的游離水，有較多的檸檬酸殘留，pH值2-3。這些廢渣造成了巨大的環境污染。建築用石膏是建材行業的重要原料，隨著中國經濟的發展、人民生活水平的提高和牆改工作的逐步深入，建築石膏已成為建材市場的緊俏產品。將含有硫酸鈣的檸檬酸石膏生產建築石膏既可以消除檸檬酸石膏帶來的環境污染，又可以滿足城鄉建設中對建築石膏的需要，是一件十分有意義的事。中國國內及國外一些科研單位對此做了大量研究，主要是以下方法：一是水洗法，即用水洗去廢渣中的酸性物質，但是這樣形成了大量污染環境的水洗液，同時也使得石膏成本大大提高。二是高溫煅燒法，高溫造成了檸檬酸碳化，生產的石膏為黑色產品，建築上無法使用。中國專利Zl97119476.9將檸檬酸石膏先在蒸壓釜中蒸壓，形成α型結晶體，然後在迴轉窯中加熱脫水成α型半水石膏粉，但是這種方法至今無法套用於實際生產。經廣泛查閱全球文獻和檢索專利資料，截至2008年3月，全球尚無一種用檸檬酸石膏生產建築石膏的成功方法。因此發明一種生產方法簡單，成本低、無污染的用檸檬酸石膏生產建築石膏的方法是十分重要的。
發明內容
專利目的
《用檸檬酸石膏生產建築石膏的方法》的目的是在於提供一種生產方法簡單，成本低、無污染的檸檬酸石膏生產建築石膏的方法。
技術方案
《用檸檬酸石膏生產建築石膏的方法》是用以下方法實現的：
用檸檬酸石膏生產建築石膏的方法，包括以下步驟：
a.將檸檬酸石膏與酸性強氧化劑混合，加入間歇式迴轉炒鍋中；
b.將間歇式迴轉炒鍋中的混合物升溫至100-120℃；
c.向間歇式迴轉炒鍋中加入鹼性氧化劑；
d.加入生石灰，調節pH值至7-10，升溫至190℃；
e.將上述反應物質陳化24小時；
f.將陳化後的物質粉碎至120-160目。
上述所述的酸性強氧化劑為過硫酸銨。
上述所述的鹼性氧化劑為過碳酸鈉。
該發明的要點在於以酸性強氧化劑和鹼性氧化劑清除檸檬酸石膏中的檸檬酸。檸檬酸是最強的石膏緩凝劑之一，阻礙石膏結晶的形成，大幅降低石膏的強度。該發明以化學的方法，利用酸性強氧化劑將部分檸檬酸氧化成草酸，在100-120℃時，再加入鹼性氧化劑和生石灰，繼續氧化檸檬酸，同時中和草酸，使之生成草酸鹽，並調節pH值至7-10，使得石膏質量提高，石膏製品性狀穩定。氧化劑的使用量根據檸檬酸石膏的酸性和含水量而定。該發明使用的加熱升溫方法為使用燃料煤或燃料氣在炒鍋下面燃燒，使得炒鍋內物質升溫，料溫達到190℃時，出料，用粉碎機粉碎至120-160目，包裝出廠。
該發明方法的實施中，一般是將檸檬酸石膏在室外露天堆放3-6個月，使廢渣中的游離水含量穩定在25％左右，由於自然降解和水分流失，酸性約為pH值4-6。以pH值5、含水量25％左右的原料為例，1噸檸檬酸石膏加入過硫酸銨（（NH4）2S2O8）1.1公斤，加入過碳酸鈉（Na2CO3·3H2O2）0.9公斤，生石灰（CaO）1.5公斤。
它們的主要反應過程是：
1.過硫酸銨與檸檬酸石膏混合加入炒鍋後，受潮受熱分解放出臭氧和氧氣，將廢渣中的檸檬酸氧化成草酸：
（NH4）2S2O8→2NH3+2SO2+H2O+O3 2（NH4）2S2O8→2（NH4）2S2O7+O2 C6H8O7+2O3→3C2H2O4+H2OC6H8O7+3O2→3C2H2O4+H2O
2.過硫酸銨在炒鍋中與廢渣的游離水發生水解反應，產生過氧化氫將廢渣中的檸檬酸氧化成草酸：
（NH4）2S2O8+2H2O→2NH4HSO4+H2O2
C6H8O7+6H2O2→3C2H2O4+7H2O
3.過碳酸鈉在100℃時開始分解產生氧氣，也將廢渣中的檸檬酸氧化成草酸：
2Na2CO3·3H2O2→2Na2CO3+3O2↑+6H2O
C6H8O7+3O2→3C2H2O4+H2O
4.上面反應生成的碳酸鈉與檸檬酸反應生成檸檬酸鈉：
6Na2CO3+4C6H8O7→4C6H5Na3O7+6H2O+6CO2
5.生石灰與草酸反應生成草酸鈣：
C2H2O4+CaO→CaC2O4+H2O
經過上述化學反應，檸檬酸基本被清除。
廢渣中的二水硫酸鈣（CaSO4·2H2O）經過110-190℃脫水，85％-90％成為半水硫酸鈣（即半水石膏）：
CaSO4·2H2O→CaSO4·1/2H2O
另外8-13％與鍋底接觸時間較長，溫度較高，生成無水硫酸鈣（即無水石膏）：
CaSO4·2H2O→CaSO4
上述半水石膏和無水石膏的混合物即建築石膏。它含有2％左右的雜質：二氧化矽（SiO2）、三氧化二鋁（Al2O3）、氧化鎂（MgO）和檸檬酸鈣（C12H10Ca3O14·4H2O）。另有微量檸檬酸鈉（C6H5Na3O7）、草酸鈣（CaC2O4）、焦硫酸銨（（NH4）2S2O7）、硫酸氫銨（NH4HSO4）。除檸檬酸鈣和檸檬酸鈉有延緩作用對石膏質量稍微有些影響外，其餘均無明顯影響。
該發明方法生成的石膏產品，白度80％以上，細度120目以上，凝結時間：初凝6-12分鐘；終凝8-20分鐘；2小時強度：抗折2.2兆帕以上，抗壓3.2兆帕以上。是一種中、高檔建築石膏粉，市場銷售好。
改善效果
1、生產方法簡單。
2、成本低，每噸石膏產品添加外加劑成本僅15-20元。
3、生產過程基本無污染。
權利要求
1.《用檸檬酸石膏生產建築石膏的方法》包括以下步驟：
a.將檸檬酸石膏與過硫酸銨混合，加入間歇式迴轉炒鍋中；
b.將間歇式迴轉炒鍋中的混合物升溫至100-120℃；
c.向間歇式迴轉炒鍋中加入過碳酸鈉；
d.加入生石灰，調節pH值至7-10，升溫至100-190℃；
e.將上述反應物質陳化24小時；
f.將陳化後的物質粉碎至120-160目。
實施方式
- 實施例一
檸檬酸石膏室外堆放100天，測游離水含量26％，pH值4.5。取1噸廢渣，加入過硫酸銨（（NH4）2S2O8）1.3公斤，用螺旋輸送機將其送入間歇式迴轉炒鍋中迴轉混合，炒鍋下用煤加熱升溫至100-120℃，再加入過碳酸鈉（Na2CO3·3H2O2）1.2公斤，生石灰（CaO）1.6公斤，迴轉攪拌，繼續加熱升溫至190℃。出料，用提升機將間歇式迴轉炒鍋反應料送入料倉，陳化24小時，然後取出陳化料，用粉碎機粉碎至160目，裝袋入庫，待出廠。該批石膏粉經檢測：pH值8，抗折2.25兆帕，抗壓強度3.3兆帕，白度81％，初凝9分鐘，終凝13分鐘。
- 實施例二
檸檬酸石膏室外堆放120天，測游離水含量25％，pH值5。取1噸廢渣，用螺旋輸送機將其送入間歇式迴轉炒鍋中，加入過硫酸銨（（NH4）2S2O8）1.1公斤，迴轉混合，炒鍋下用煤加熱升溫至110℃，再加入過碳酸鈉（Na2CO3·3H2O2）0.9公斤，生石灰（CaO）1.5公斤，繼續加熱升溫至190℃。出料，用提升機送入料倉，陳化24小時，然後取出陳化料，用粉碎機粉碎至160目，裝袋入庫，待出廠。該批石膏粉經檢測，pH值8.5，抗折2.4兆帕，抗壓強度3.5兆帕，白度83％，初凝8分鐘，終凝11分鐘。
- 實施例三
檸檬酸石膏室外堆放180天，測游離水含量23％，pH值6。取1噸廢渣，用螺旋輸送機將其送入間歇式迴轉炒鍋中，加入過硫酸銨（（NH4）2S2O8）0.9公斤，炒鍋下煤加熱升溫至100℃，再加入過碳酸鈉（Na2CO3·3H2O2）0.7公斤，生石灰（CaO）1.2公斤，繼續加熱升溫至190℃。出料，用提升機送入料倉，陳化24小時，然後取出陳化料，用粉碎機粉碎至140目，裝袋入庫，待出廠。該批石膏粉經檢測，pH值8.0，抗折2.6兆帕，抗壓強度3.9兆帕，白度85％，初凝6分鐘，終凝9分鐘。
榮譽表彰
2016年1月，《用檸檬酸石膏生產建築石膏的方法》獲得第四屆安徽專利獎優秀獎。
