煅烧对半水硫酸钙晶须稳定化的影响

收稿日期： 2018-12-10 基金项目： 国家重点研发计划支持（2018YFB0605703）；上海市优秀学术/技术带头人计划（18XD1424600） 作者简介： 范 浩 (1990-)，男，湖北洪湖人，博士生，主要研究方向为工业结晶和固废的资源化利用。E-mail：198941@ 通信联系人： 宋兴福，E-mail：xfsong@ 引用本文： 范 浩, 宋兴福, 许妍霞, 等. 煅烧对半水硫酸钙晶须稳定化的影响 [J]. 华东理工大学学报（自然科学版）, 2019, 45(3): 388-395. Citation： FAN Hao, SONG Xingfu, XU Yanxia, et al. Effects of Calcination on the Stabilization of Calcium Sulfate Whisker[J]. Journal of East China
热重分析仪（TG，Q600，美国 TA 公司）分析产物 组成。称取 5 mg 左右的样品，以空气为分析气氛，采 用 10 ℃/min 的升温速率升温至 300 ℃，记录样品的 质量损失，以分析产物的组成。
煅烧过程的主要影响因素为煅烧温度和煅烧时 间。文献中主要是研究煅烧温度对晶须稳定性的影 响，以制备出稳定性好的晶须；但是煅烧是一个高耗 能过程，煅烧时间对煅烧过程的经济性影响重大，同 时也能影响晶须的稳定性，因此也需要进行详细研 究。本文以水热法制备的 HH 晶须为原料，同时研究 了煅烧温度和煅烧时间对硫酸钙晶须晶体结构以及 稳定化的影响，确定了硫酸钙晶须稳定化的最佳煅
中图分类号：TQ132.3+2
文献标志码：A
硫酸钙晶须是一种具有特殊形貌的晶体材料， 具有耐高温、机械强度高和质量轻等特点，能作为增 强补韧剂广泛应用于橡胶、造纸、沥青和聚合物材料 等领域[1-4]。我国工业石膏（主要成分为硫酸钙）产量 巨大，处理方式主要是露天堆放，这会占用大量土 地、污染环境，而将工业石膏制备为高附加值的硫酸 钙晶须，不仅可以解决工业石膏堆放产生的各种问 题，还能产生经济价值，为工业石膏的资源化利用提 供可行性方向。
硫 酸 钙 晶 须 的 常 见 制 备 方 法 有 水 热 合 成 法 [5-6]、 常压酸化法[7] 和反应结晶法[8-9]，所得产品主要为半 水硫酸钙（HH）。半水硫酸钙晶须在常温下遇水极易 水化转变为二水硫酸钙（DH），形貌由细长状变为片 状 ， 从 而 失 去 晶 须 作 为 补 强 增 韧 材 料 的 特 性 。 [10-13] 半水硫酸钙晶须稳定化方法主要有两种：表面改性 和煅烧 。 [14-15] 近年来，HH 晶须的表面改性研究取得 了一定的进展。有研究报道，在半水硫酸钙的水化 过程研究中加入含有三聚磷酸酯的超级可塑剂会使 半水硫酸钙的水化时间延迟 90 min，其原因为三聚磷 酸 酯 在 半 水 硫 酸 钙 表 面 的 吸 附 减 缓 了 其 水 化 [16]； 加 入有机改性剂（如油酸钠等）对半水硫酸钙晶须进
行表面改性，在水化处理 30 min 后，晶须的水化比例 从 100% 急剧下降到 10% 左右，但是水化处理 180 min 后，半水硫酸钙晶须有 90% 以上发生了水化[17]。这 说明，虽然有机添加剂的加入延缓了 HH 晶须在水 溶液中发生水化的时间，但是并不能完全抑制其水 化[18-19]；而 HH 在不同温度下煅烧会生成无水可溶硫 酸钙（SAH）或无水死烧硫酸钙（DAH），所得晶须产 品的晶型和稳定性均会发生变化。当煅烧温度大于 600 ℃，煅烧 4 h 时，所得硫酸钙晶须为 DAH，其晶型 稳 定 ， 在 水 溶 液 中 能 保 持 晶 须 形 貌 ， 不 发 生 水 化 [20]。 具有良好稳定性的硫酸钙晶须能广泛应用于各领 域，因此研究煅烧对硫酸钙晶须稳定化的影响很有 必要。
煅烧对半水硫酸钙晶须稳定化的影响
范 浩， 宋兴福， 许妍霞， 于建国 （华东理工大学国家盐湖资源综合利用工程技术研究中心，上海 200237）
摘要：以二水硫酸钙（DH）为原料通过水热法合成半水硫酸钙（HH），再进行煅烧得到稳定的
硫酸钙晶须。采用 SEM、TG、XRD 等分析方法，系统地研究了煅烧温度和煅烧时间对硫酸钙
晶须稳定化的影响。结果表明，在 200~600 ℃ 下，提高煅烧温度和延长煅烧时间，能有效促进
硫酸钙晶须的稳定化；当煅烧温度为 650 ℃、煅烧时间为 1 h 时，所得产物均为无水死烧硫酸
钙晶须。无水死烧硫酸钙结构致密，水分子难进入晶体内部，不易水化，可以实现硫酸钙晶须
的稳定化。
关键词：硫酸钙晶须；煅烧；稳定化；机理解释
1 实验部分
1.1 原料和试剂 实验所用药品和试剂分别为二水硫酸钙（分析
纯，上海凌峰化学试剂有限公司）、无水乙醇（分析 纯，国药集团化学试剂有限公司）和去离子水。 1.2 测试与表征
扫 描 电 子 显 微 镜 （ SEM， QUANTA 250， 美 国 FEI 公司）分析产物形貌。将反应得到的固体样品均 匀涂布在导电胶上，喷金，在高真空条件下观察产物 的形貌。
University of Science and Technology, 2019, 45(3): 388-395.
第3期
范 浩，等：煅烧对半水硫酸钙晶须稳不同煅烧条件下制备 的硫酸钙晶须产品及其水化产物，研究了煅烧后硫 酸钙晶须稳定化的机理，为稳定化的硫酸钙晶须制 备工艺参数选取及其工业化生产提供一定的理论 基础。
Vol. 45 No. 3
华 东 理 工 大 学 学 报（自 然 科 学 版）
2019-06
Journal of East China University of Science and Technology
388
文章编号：1006-3080(2019)03-0388-08
DOI: 10.14135/ki.1006-3080.20181127002