[发明专利]用于提纯硫酸钙的方法、装置及使用的螯合剂

说明书

                     技术领域

下文描述的本发明涉及获得纯净产品的材料加工。尤其是，描述了一种从天然存在的原料如矿物石膏、或从材料的工业生产过程或技术利用中产生的含有硫酸钙的材料中，回收几乎纯净的硫酸钙的新方法。因此，本发明为从原生的矿物源生产纯净材料创造了条件，或者可作为再循环工艺的一部分。

                    发明背景

化合物硫酸钙，在此指的是CaSO₄，在自然界中以矿物石膏的形式存在。CaSO₄是一种商业产品，其市场规模为全世界年产几百万吨。CaSO₄广泛应用于建筑、陶瓷和制药产业中。

世界上供应的CaSO₄大多是通过对石膏沉积物的露天开采而获得的。世界上几乎每个国家都开采石膏，尤其在英国、法国、西班牙和美国。开采方法是传统的：通过爆破(控制爆炸)采掘矿石，然后从低品位的原料中物理分选高品位石膏(＞98％按重量计的CaSO₄)。一般地，从爆破回收的原料中有一半(按重量计)将成为高品位石膏。剩余的低品位原料，其仍可能含有至多90％按重量计的CaSO₄，没有得到进一步的加工，一般做法是就地回填。

CaSO₄也是现代化矿物燃料驱动的电站中进行的烟气脱硫方法的副产物。在该方法中，存在于烟气中的羟基酸硫通过与氧化钙过滤材料的化学反应而被除去。该产品是低品位的CaSO₄，其被其它源于烟气的材料，包括元素硫，所污染。

从经济和环境方面考虑，促使人们研究将低品位CaSO₄转变成高品位或纯净CaSO₄的方法，和作为再循环工艺一部分的从类人来源的产品中提取CaSO₄的方法。

至今，传统方法还未揭露出实现该所需转化的经济的解决方案。

标准化学家的提纯方法是确定一种能优先溶解目标化合物的溶剂，由此允许用适当的物理方法如过滤或离心分离，除去不溶解的杂质。确定合适溶剂的第一步是要了解目标化合物的化学性质。

CaSO₄是一种离子化合物或盐，但不溶于水，因为其组成钙离子(Ca²⁺)和硫酸根离子(SO₄^2-)的水合作用，即形成水-离子键，所释放的能量小于中和固体中离子-离子键从而允许固态→液相转换所需的能量。因此该自然的顺序是将稳定性赋予固态盐而不是各个离子的溶液，并且人们容易观察到该固态物质与水接触时保持完整。因此，该令人气馁的观察结果使得含有CaSO₄的原料提纯对于那些本技术领域的普通技术人员来说是个挑战。

CaSO₄在水中的这种特有的稳定性与可溶性盐如氯化钠(NaCl)形成对照，在此于水-离子键形成中释放的能量大于晶格点阵中离子-离子键形成中释放的能量，因此该晶格点阵分解且离子溶解。然而，钙离子和硫酸根离子本质上是溶于水的，这可从与其它盐的比较中可见。因此，例如，硫酸钠(Na₂SO₄)和氯化钙(CaCl₂)两者均为高度水溶性盐。

但是CaSO₄将溶于含有钙螯合剂的水溶液中。螯合剂是一组可与二价金属离子(M²⁺)，如Ca²⁺，形成非常强的键的化合物，该键比金属离子和水之间形成的键要强得多。螯合剂的化学性质在科学文献中有详细描述。许多对与之螯合的特定金属离子具有不同特性的不同的螯合剂是可商购获得的。作为使其它的二价金属离子不溶性盐溶于溶液的手段，它们在化学和生物学中有许多的应用。