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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,采用創新的重結晶法制備性能優異、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、環境污染嚴重的脫硫石膏及其他工業副產石膏,易于實現工業化生產,已與多家下游應用企業簽訂合作意向。

詳細介紹:

1)立項意義
煤炭占我國各能源發電比例近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,造成嚴重的環境、生態問題和經濟負擔,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新技術基礎上提出的,有利于處理量大面廣、環境污染嚴重的脫硫石膏及其他工業副產石膏,推動下游應用產業的發展。
2)基本思路
傳統工藝以天然石膏或工業硫酸鈣作為原料、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,二次污染環境,而我們則以量大易得的脫硫石膏作為原料,通過創新性的常壓重結晶法,經過獨創的純化技術及高效的制備工藝得到高品質硫酸鈣晶須。本項目不僅節約了有限的硫酸鈣自然資源,而且使本來嚴重污染環境,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副產石膏資源化利用開辟了新的道路。
3)創新點
①常壓下制備了形貌規整的高品質硫酸鈣晶須
目前尚未發現常壓重結晶制備形貌規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整、穩定性高、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使用
液相之所以能夠循環利用,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使用,不污染環境,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化的規模生產。
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,以得到形貌規整、尺寸可控、性能穩定的硫酸鈣晶須。
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為硫酸鈣晶須,且形貌規整、分散性好、性能穩定。
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簽訂了合作意向,有利于實現產業化推廣,創造良好的經濟效益。

獲獎情況:

第十二屆“挑戰杯”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”——大學生創業計劃大賽二等獎;
3)2010年,申請三項相關專利,兩項獲得授權。

作品視頻

作品圖片

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