一步常压酸化法制备无水硫酸钙晶须

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硫酸钙晶须的制备及应用研究进展

硫酸钙晶须的制备及应用研究进展因硫酸钙晶须有许多优良性能，可用于塑料，橡胶，涂料等行业中。

硫酸钙晶须有较好的应用前景，故对硫酸钙晶须的制备及应用进行研究具有较高的价值。

本文对硫酸钙晶须的制备方法及应用做了概述。

标签：硫酸钙晶须;制备方法;应用硫酸钙晶须（CSW）是一种绿色环保无机材料。

无水晶须可在1000℃以上使用，因而无水的CSW具有高的使用价值和极高的强度。

[1]硫酸钙晶须的抗拉强度和弹性模量极高，有耐高温、高韧性、和橡胶等聚合物有较强的亲和力等优点，可用于橡胶、涂料、造纸等行业。

[2]CSW的应用前景广阔。

一、硫酸钙晶须的制备水热法水热法是用二水硫酸钙制得的悬浮液，放入高压釜中，在高温高压的环境下制得硫酸钙晶须。

Sichao Hou[3]等人研究结果表明：Mg2+对硫酸钙晶须一维方向生长有促进作用，形成的晶须长径比高。

在MgCl2浓度为1.9710-3mol/L时，CSW的长径比范围50-400。

常压酸化法除了水热法，制备CSW常用的另一种方法便是常压酸化法。

Hongjuan Sun[4]等人以烟气脱硫石膏为原料，用常压酸化法制备CSW。

研究酸浸温度和盐酸浓度对硫酸钙晶须形貌的影响。

结果表明：酸浸温度70℃，盐酸浓度3.7mol/L，制备的CSW纯度和白度均高。

CSW长径比范围在25～80。

二、硫酸钙晶须的应用硫酸钙晶须在沥青中的应用李利勤[5]等人研究结果表明：加入硫酸钙晶须的沥青的高温稳定性随硫酸钙晶须的掺量增加而逐步增大。

Taotao Fan[6]等人研究结果表明，两种CSW均能增强沥青混合料的抗车辙性能，且沥青混合料的高温性能随加入的硫酸钙晶须的含量增加而增加。

与半水硫酸钙晶须相比，无水硫酸钙晶须对沥青混合料高温性能具有更大的影响。

此外，无水硫酸钙晶须改性沥青的热稳定性优于半水硫酸钙晶须改性沥青。

硫酸钙晶须在复合材料中的应用硫酸钙晶须可提高聚丙烯（PP）的结晶性能与力学性能，添加适量的CSW 可使PP的弯曲模量、拉伸强度增加。

硫酸钙晶须的制备方法

硫酸钙晶须的制备方法硫酸钙晶须在20世纪70年代由日、美、德等国着手研究，20世纪80年代开始逐步应用。

我国也紧随其后，并在21世纪初进行了工业化生产，其中沈阳立昂新材料有限责任公司为国内最早工业化生产的企业，洛阳亮东非金属材料科技开发有限公司为目前国内工业化生产产能最大的企业。

硫酸钙晶须有二水（CaSO4·2H2O）、半水（CaSO4·0.5H2O）和无水（CaSO4）之分。

其制备方法目前主要有水压热法和常压酸化法。

硫酸钙晶须具有高强度、高模量、高韧性、高绝缘性、耐磨耗、耐高温、耐酸碱、抗腐蚀、红外线反射性良好、易于表面处理、易与聚合物复合、无毒等诸多优良的理化性能。

制备原理：结晶理论认为，硫酸钙晶须的制备实质上是颗粒状的二水硫酸钙失去结晶水，转变成半水或无水硫酸钙的过程，生产实质是一个溶解-结晶-脱水的过程【1】，化学方程式如下：caso4.2H2o(颗粒状)→caso4·（1/2）H2O(纤维状)+（3/2）H2O. caso4·（1/2）H2O(纤维状)→caso4(纤维状)+(1/2)H2O.(1)c aso4.2H2o的溶解过程：caso4.2H2o→ca2++ so42-+2H2O.(2)c aso4·（1/2）H2O的结晶过程：ca2++ so42-+(1/2)H2O→caso4·（1/2）H2O(3)c aso4·（1/2）H2O的脱水生成无水硫酸钙晶须：caso4·（1/2）O→caso4+(1/2)H2O.H2制备技术：（1）以石膏为原料以石膏为原料制备硫酸钙晶须的方法主要有水热法和常压酸化法。

水热法是将小于2%的二水石膏悬浮液加到水压热器中处理，在饱和蒸汽压下，二水石膏变成变成细小针状的半水石膏，再经晶型话处理得到半水硫酸钙晶须。

该方法生产成本高，应用受到限制。

常压酸化法是在一定温度下，此法不需要压热器，且原料的质量分数大大提高，成本大幅度降低，易于实现工业化生产【2-5】。

常压酸化法制备硫酸钙晶须综述

第一章综述1.1晶须及其结构性能1.1.1晶须的定义及分类晶须是指人为控制条件下以单晶形式生长的形状类似短纤维的须状单晶体,其长径比达5~1000,直径一般在0.01~10μm之间。

它具有均匀的横截面，完整的外形及高度完善的内部结构，在结晶时，高度有序的原子排列结构、容纳不下空洞、位错等结构缺陷，从而形成基本完整的晶体，使之成为一种力学性能优异的新型复合材料的补强剂，是一类重要的复合材料增强组元[1]。

从1948年美国贝尔电话公司的科学家首次发现晶须以来，迄今为止材料学家们研究开发出了数百种晶须，有金属、氧化物、碳化物、氮化物、硼化物以及无机盐等类晶须。

目前，晶须材料主要分为有机晶须和无机晶须两大类。

有机晶须主要有纤维素晶须、聚丙烯酸丁酯-苯乙烯晶须、聚4-羟基苯甲酸酯(PHB)晶须等几种类型，在聚合物中应用较多。

无机晶须主要包括非金属晶须和金属晶须两类，其中在聚合物材料中应用较多的是非金属晶须，金属晶须主要用于金属基复合材料中。

非金属晶须中的陶瓷质晶须的强度和耐热性优于金属晶须，是无机晶须中较为重要的一类。

它主要包括炭化硅晶须、氮化硅晶须、莫来石晶须、钛酸钾晶须、硼酸铝晶须、氧化锌晶须、氧化镁晶须、硫酸钙晶须、碳酸钙晶须以及镁盐晶须等。

1.1.2晶须的基本性质[2]1.1.2.1优良的力学性能（1）机械强度高。

晶须作为细微的单晶体，内部结构十分完整。

具有非常坚韧的性质，其抗张强度为玻璃纤维的5-10倍，比硼纤维有更好的韧性；（2）能弹性地承受较大的应变而无永久变形。

试验证明，晶须经4%的应变还在弹性范围内，不产生永久形变，而块状晶体的弹性变形范围却小于0.1%；（3）耐高温性。

晶须具有不会引起高温滑移的完整性，温度升高时，晶须不分解、不软化，其强度几乎没有损失。

所以这个特性使其在防火材料中的应用成为可能；(4)具有相当大的长径比。

晶须的横断面多具有六角形、斜方形、三角形或薄带形，不同于玻璃纤维或硼纤维具有圆形横断面，大大增加了长径比，其长径比都在30以上，能满足增强塑料、防火板材对长径比(大于30：1)的要求，使复合材料获得很高的强度和性能；(5)无疲劳效应。

硫酸钙晶须的制备方法

硫酸钙晶须的制备方法硫酸钙晶须在20世纪70年代由日、美、德等国着手研究，20世纪80年代开始逐步应用。

硫酸钙晶须有二水（CaSO4·2H2O）、半水（CaSO4·0.5H2O）和无水（CaSO4）之分。

其制备方法目前主要有水压热法和常压酸化法。

该方法生产成本高，应用受到限制。

常压酸化法是在一定温度下，此法不需要压热器，且原料的质量分数大大提高，成本大幅度降低，易于实现工业化生产【2-5】。

常压酸化法从磷钾伴生矿酸浸液中制备硫酸钙晶须

2017年7月第28卷第4期化学研究C H E M I C A L R E S E A R C H432http ：// 常压酸化法从磷钾伴生矿酸浸液中制备硫酸钙晶须刘存成\贺方杰\孙顺平2,吕仁亮\覃远航\王为国\王存文1S(1.武汉工程大学化工与制药学院，湖北武汉430073; 2.中国天辰工程有限公司，天津300400)摘要：以磷钾伴生矿的盐酸浸出液为介质，研究常压酸化法制备硫酸钙晶须，分别考察了不同硫酸浓度、加热温度、™(S〇4_)/™(Ca2+)、滴加速率以及搅拌转速等操作条件对硫酸钙晶须长径比的影响.实验结果表明:在硫酸浓度为 0.87 mol/L、加热温度为 105 T；、n>(S〇4_)/n(Ca2+)= 1.2、滴加速率为 2.5 m L/m i n、搅拌转速为 166 l'/min 较佳的条件下，可制得长径比为32的二水硫酸钙晶须.关键词：磷钾伴生矿；酸浸液;硫酸;常压酸化法;硫酸钙晶须中图分类号：TB32;TD985 文献标志码：A文章编号：1008-1011(2017)04-0432-07Preparation of calcium sulfate whisker from acid-leaching solution of phosphate-potassium associated oreby atmospheric acidification methodL I U C u n c h e n g1,H E Fangjie1,S U N Shunping2,L U Renliang1,Q I N Y u a n h a n g1,W A N G W e i g u o1,W A N G C u n w e n1*(1.School o f Chemical Engineering and Pharmacy, Wuhan Institute o f Technology, Wuhan430073, Hubei, China;2.China Tianchen Engineering Corporation, Tianjin300400, China)Abstract:Calcium sulfate whisker was prepared by atmospheric acidification method using the hydrochloric acid-leaching solution ol phosphate-potassium associated ores. T h e effects ol different concentrations ol sulfuric acid，heating temperatures，the molar ratios ol ore S〇4 /C a2+，the dropping rates ol sulfuric acid and stirring speeds on the aspect ratio ol calcium sulfate whisker were investigated in detail. T h e results ol experiment showed that the calcium sulfate whisker with an aspect ratio ol 32 could be obtained under the o p t i m u m conditions ol the sulfuric acid concentration 0.87 m o l/L，heating t emperature 105 T，the molar ratio ol sulfate ion to calcium ion 1.2，the dropping rate ol sulfuric acid 2.5 m L/m i n and the stirring speed 166 r/min.Keywords：phosphate-potassium associated ore; acid-leaching solution；sulfuric acid; atmospheric a- cidilication method ;calcium sulfate whisker硫酸钙晶须是硫酸钙的纤维状单晶体，有二水、半水以及无水三种类别.外观上均呈白色蓬松状. 硫酸钙晶须具有短纤维状填料的长径比，颗粒状填收稿日期：2017-01-17.基金项目：国家自然科学基金资助项目（51274153);湖北省自然科学基金重点项目（2011CDA120);湖北省自然科学基金资助项目（2015CFB523).作者简介：刘存成（1990-),男，硕士生，主要从事矿产综合利用方面的研究.* 通讯联系人，E-mail: wangcw0120@.料的粒度.此外，它还具有韧性好、耐高温、强度高、尺寸稳定、抗化学腐蚀等特性，是一种价格较低、性能优良的绿色环保材料，广泛应用在塑料、胶黏剂以及造纸等领域[|-2].水热法和常压酸化法是制备硫酸钙晶须的主要方法[3-4].常压酸化法是向酸性溶液中加人浓度较高的生石膏悬浮液，生石膏可向纤维状的硫酸钙晶须转变.常压酸化法由于制备工艺简单，不存在高温高压操作，因而受到了广泛的应用[5-7]第4期刘存成等:常压酸化法从磷钾伴生矿酸浸液中制备硫酸钙晶须433〇1--------------------------1--------------------------'--------------------------1--------------------------0 12 34硫酸浓度/(mol/L)图1硫酸浓度对晶须的长径比的影响Fig.l Effect o f sulfuric acid concentrationon the aspect ratio of whiskers由图1和图2可以看出：在硫酸浓度为0.21〜3.48 mol /L范围内，随着滴人硫酸浓度增大,晶须的丈后保温陈化3 h 得到晶须产物，过滤,滤饼用95丈热水充分洗涤三次,60丈下干燥4 h 后密封保存于干燥器中.采用偏光显微镜对所得晶须产物进行观察，获得其形貌及长径比.2结果与讨论2.1硫酸浓度的影响向100 m L 磷钾伴生矿浸出液（盐酸浓度约为 2.7 m o L /L 、C a 2+浓度为0.87 m o l /L )中滴加硫酸，硫酸浓度的变化将对酸浸液中硫酸钙的溶解度产生影响，进而影响溶液的过饱和度.在加热温度85丈、 n_(S〇4 )/n_(Ca 2+) = 1、滴加速率为 2.5 m L /m i n 以及我国湖北宜昌地区拥有储量丰富的磷钾伴生矿资源，综合利用该地区磷钾伴生矿资源，对于提升磷资源综合利用率以及减少钾资源对外依存度有着重大意义[8—9].课题组前期以盐酸处理磷钾伴生矿，钾、钙浸出率均达到90%以上，酸浸液中含有大量的钾、钙资源[10].钾用来制备NPK 复合肥，大量的钙如不加以利用，不但是资源的极大浪费，钙离子的存在还会给后续工艺带来麻烦.因此，酸浸液中的钙急需分离利用，可考虑制备硫酸钙晶须.以磷钾伴生矿的盐酸浸出液为介质，直接向酸浸液中滴加硫酸，米用常压酸化法制备硫酸钙晶须.考察硫酸浓度、加热温度、几（S 〇4_ )/ 4 Ca 2+)、滴加速率以及搅拌转速等操作条件对硫酸钙晶须长径比的影响，从而获得较佳的硫酸钙晶须制备工艺条件.1实验部分1.1试剂和仪器实验所用试剂和仪器见表1和表2.表1实验所用试剂Table 1 Reagents for the experiment名称化学式级别生产厂家浓盐酸HC1A R 开封东大化工甲基红c,5h ,5N3〇2A R 国药集团化学试剂无水乙醇C A 〇A R 天津博迪氢氧化钾K O H A R 国药集团化学试剂三乙醇胺C 6H i 5N 〇3A R 南京化学试剂钙试剂C 20H,3N 2N a O 5SA R 国药集团化学试剂乙二胺四乙酸二钠C 10H 14N 2Na2O 8A R国药集团化学试剂表2实验所用仪器Table 2 Instruments for the experiment仪器与设备名称型号生产厂家电子天平PL203梅特勒-托利多仪器上海有限公司偏光显微镜XP-330C上海蔡康光学仪器有限公司1.2实验方法采用文献[11]的方法制备磷钾伴生矿酸浸液，取100 mL 酸浸液加热到一定温度，用恒压滴液漏斗将不同浓度的硫酸滴加到酸浸液中，保温1.5 h ，然后趁热抽滤，将滤液快速转移到三颈烧瓶中,在一定的搅拌速率下关闭油浴加热装置自然降温，降至20搅拌转速为166 r /min 的条件下，研究硫酸浓度对晶须长径比的影响,实验结果见图1和图2.10i ^434化学研究2017 年(a) 3.48 mol/L,(b) 2.61 mol/L,(c) 1.74 moL/L,(d) 0.87 mol/L,(e) 0.43 mol/L.图2不同硫酸浓度下硫酸钙晶须的光学显微图像Fig.2 Optical microscope images o f whiskers obtained a tdifferent H2S O4concentrations长径比先增大后减小.这是因为当按《(8〇4_)/ra(C a2+)= 1滴加硫酸时，硫酸的滴人将造成酸浸液体积与体系中盐酸浓度的变化，这将对酸浸液中硫酸钙的溶解度产生影响，进而影响溶液的过饱和度.前期研究结果表明[12]:向磷钾伴生矿酸浸液中滴人 0.43〜3.48 m o l/L硫酸,酸浸液中盐酸浓度的变化范围为0.9 ~2.16 m o l/L.在该盐酸浓度范围内，硫酸钙的溶解度随盐酸浓度的变化范围为22〜29 g/100 L (见图3),酸浸液体积的变化范围为300〜125 m L.因此，酸浸液体系的过饱和度随着滴人硫酸浓度的减小而减小.当滴人较大浓度的硫酸时，晶体呈现粗大且不规则的短柱状，并团聚在一起,产品颗粒夹杂也十分严重（如图2(a)).这是由于滴人较大浓度的硫酸时，生成的硫酸钙在酸浸液中溶解不完全，体系的过饱和度过大.当过饱和度过大时，将很难维持整个晶面过饱和度的恒定,体系中有大量不定型的硫酸钙，部分硫酸钙还未按晶状生长就被掺杂进人晶体中[13—14].此外，过饱和度越大,晶体的生长速度也就越快，较快的生长速度使酸浸液中的金属离子很容图3 25尤和80尤下硫酸钙在不同浓度盐酸中的溶解度 Fig.3 Solubility o f calcium sulfate in different concentrations in hydrochloric acid at 25 ^ and 80 ^易吸附在晶体表面或者进人晶体，晶体生长的均勻性遭到破坏，导致被破坏的晶面生长速率总是比光滑面的生长速率大，造成相对生长速率的改变，这样就影响到晶体的生长形态[|5].另外,磷钾伴生矿的浸出液中存在大量的金属离子，这些金属离子在酸浸液中成为结晶中心，促使了产物的聚集生长[16].当滴人较小浓度的硫酸时，形成的晶体长径比较小.这是由于滴人的硫酸浓度较小时，体系的过饱和度过小,不足以促使晶体生长.因此，适宜的硫酸浓度为0.87 mol/L.2.2加热温度的影响加热温度对硫酸钙的溶解度有重要影响，进而直接影响到溶液的过饱和度.在硫酸浓度为0.87 m o l/L、ra(S〇4_)/ra(Ca2+)=1、滴加速率为 2.5 m L/ m i n以及搅拌转速为166 r/m i n的条件下，研究在较低加热温度范围内（65〜105丈），温度对晶须长径比的影响,实验结果见图4和图5.Fig.4 Effect o f heating temperatureon the aspect ratio o f whiskers第4期刘存成等:常压酸化法从磷钾伴生矿酸浸液中制备硫酸钙晶须4351.01.21.4SO^与Ca2_的物质的量之比图6 «•( S〇4_ )/«•( Ca2+ )对晶须长径比的影响Fig.6 Effect o f the molar r a tio o f sulfate ion andcalcium ion on the aspect rat i o o f whiskers(a) 1.0,(b) l.l,(c) 1.2,(d) 1.3,(e) 1.4.图 7 不同 f t ( S〇4_ ) /ft ( Ca2+ )的晶须光学显微图像Fig.7 Optical microscope images o f whiskers obtained a t different molar ratios of sulfate ion and calcium ion着低能面不断的生长[IS]，但s 〇4—的浓度过高时，影响程度逐渐减小[|7].因此，适宜的f t (s 〇4-)/ft(Ca 2+)为 1.2.2.4滴加速率的影响在硫酸浓度为0.87 m o l /L 、加热温度105丈、ft(S〇24_)/ft(Ca 2+)= 1.2 以及搅拌转速为 166 r/min 的条件下,研究滴加速率对晶须长径比的影响，实验\>、!//\丨A，¥[.]f l O O ^m1、11100 urn(a) 65 ^，(b)75 ^，(c)85 ^，(d)95 ^，(e)105 图5不同加热温度下硫酸钙晶须的光学显微图像Fig.5 Optical microscope images of whiskers obtainedat different heating temperatures由图4和图5可以看出：加热温度在65〜105丈范围内，随着温度的升高，晶须的长径比逐渐增大.这是因为：当体系中硫酸钙的含量一定时，溶液的过饱和度随温度的升高而逐渐下降.当体系温度较低时，硫酸钙的溶解度较小,导致溶液的过饱和度过大.此时溶液中有大量的无定型的硫酸钙粒子, 黏度急剧增大，酸浸液浓度和温度的均勻性不能得到保证，增大了二次成核的可能，造成产品的均勻性和长径比下降[13].因此，适宜的加热温度为105丈. 2.3 ra (S 〇4_)/«(Ca 2+)的影响在硫酸浓度0.87 mol /L 、滴加速率2.5 m L /m i n 、加热温度105丈以及搅拌转速为166 r /m i n 的条件下，研究f t( S 〇4_ )/ft( C a 2+ )对晶须长径比的影响，实验结果见图6和图7.由图6和图7可以看出：在ft(S〇4_)/ft(Ca2+) 为1.0〜1.4的范围内，随着ft(S〇4—)/ft(Ca2+)的增大，晶须的长径比先增大后基本保持不变.这是因为:酸浸液中H2SO 4浓度对晶体的形貌有重要影响,在一定范围内，过量的H2S O 4有利于增加体系中S 〇4-与C a 2+在晶核表面的结合率，有利于形成较大尺寸的晶体[17].此外,S O 4—离子的增加，促进晶体向^436化学研究2017 年246滴加速率/ (mL / min)图8滴加速率对晶须长径比的影响Fig.8 Effect o f the dropping rate on theaspect r a tio of whiskers(a) 1. 5 mL/min，（ b) 2.5 mL/ m in,( c) 3.5 mL/ m in,(d) 4.5 mL/min,(e) 5.5 mL/min.图9不同滴加速率的晶须光学显微图像Fig.9 Optical microscope images o f whisker obtainedat different dropping rates由图8和图9可以看出：随着滴加速率的增大，晶须的长径比逐渐下降.这可能是由于当滴加速率较大时，在较短的时间里体系中产生了大量的不定型的硫酸钙沉淀，导致酸浸液的浓度过大，黏度也随之增大，部分硫酸钙并没有完全溶解，未溶解的颗粒在冷却结晶的过程中充当了晶种，体系中出现了二次成核.考虑到生产效率，适宜的滴加速率为2.5结果见图8和图9.m L /min .2.5撿拌转速的影响搅拌转速对结晶过程有着重要影响.在硫酸浓度为 0. 87 mol /L 、加热温度 105 丈、( SO 2,）/ r a (Ca 2+)= 1.2以及滴加速率为2.5 m L /min 的条件下，研究搅拌转速对晶须长径比的影响，实验结果见图10和图11.Fig.10 Effect o f the s t i rring speed on theaspect r at i o o f whiskers(a) 0 r/min，(b) 166 r/min，(c) 333 l'/min，(d) 498 r/min，（e) 664 r/min.图11不同搅拌转速下晶须的光学显微图像 Fig.11 Optical microscope images o f whisker obtainedat different s tirring speeds第4期刘存成等:常压酸化法从磷钾伴生矿酸浸液中制备硫酸钙晶须437由图10和图11可以看出：随着搅拌转速的增大,晶须的长径比先增大后减小.这主要是因为在没有搅拌时，硫酸钙晶须不能均勻悬浮于酸浸液中，导致酸浸液中局部浓度偏高，生成的晶须长短不一.此外，没有搅拌时，细碎的晶体具有较高的比表面能，晶体容易发生团聚并黏附于容器壁上,不易过滤[19].但搅拌转速过高时，体系中易发生二次成核，造成成核过多，晶体长不大.在保证混合均勻、尽量避免过多晶核的产生的前提下，适宜的搅拌转速为166 r/min.通过以上单因素实验可获得硫酸钙晶须较佳的制备工艺条件.在硫酸浓度为0.87 m〇l/L、加热温度为 105 T；、ra(S〇4_)/ra(C a2+)= 1.2、滴加速率为 2.5 m L/m i n、搅拌速率为166 r/m i n的条件下，制备得到的二水硫酸钙晶须长径比可达32.3结论以磷钾伴生矿的盐酸浸出液为原料，研究了直接滴加硫酸，采用常压酸化法制备硫酸钙晶须，分析了不同操作条件对晶须长径比的影响.硫酸钙晶须制备的较佳工艺条件:硫酸浓度为0.87 m o l/L、加热温度为105丈、ra(S〇4_)/ra(Ca2+)= 1.2、滴加速率为 2.5 m L/m i n、搅拌转速为166 r/m i n,此时可制得长径比为32的二水硫酸钙晶须.参考文献：[1]马继红.硫酸钙晶须的制备及在道路改性沥青中的应用研究[D].青岛：山东科技大学，2005: 2-10.M A J H. 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稀土石膏常压酸化法制备硫酸钙晶须的研究

稀土石膏常压酸化法制备硫酸钙晶须的研究徐伟1,2,李梅1,2,张栋梁2,高凯2,李健飞2(1.内蒙古科技大学化学与化工学院,内蒙古包头014010;2.轻稀土资源绿色提取与高效利用教育部重点实验室)摘要:以含稀土的石膏为原料运用常压酸化法合成硫酸钙晶须,探讨了不同工艺条件对生成的硫酸钙晶须形貌的影响,同时还考察了晶型助长剂的种类和晶型助长剂的含量对硫酸钙晶须生长的影响,利用SEM 和XRD 分别对硫酸钙晶须的表面形貌、物相特征做了表征分析。

实验得到制备硫酸钙晶须的最佳的反应条件:稀土石膏质量浓度为0.22g/mL、反应时间为25min、盐酸浓度为2.8mol/L、反应温度为70℃、陈化时间为4h,在此条件下合成的硫酸钙晶须平均长度为61μm,平均长径比为30.5;通过对比实验选出了CuCl 2作为促进硫酸钙晶须生长的助长剂,在添加5%(质量分数)的CuCl 2的情况下可使硫酸钙晶须长径比从30.5增至41,长度从61μm 增至81μm。

关键词:稀土石膏;常压酸化法;硫酸钙晶须;晶型助长剂中图分类号:TQ125.14文献标识码:A文章编号:1006-4990(2020)08-0066-06Study on preparation of calcium sulfate whisker by atmosphericpressure acidification using rare earth gypsumXu Wei 1,2,Li Mei 1,2,Zhang Dongliang 2,Gao Kai 2,Li Jianfei 2(1.School of Chemistry and Chemical Engineering ,Inner Mongolia University of Science and Technology ;Inner Mongolia ,Baotou 014010,China ;2.Key Laboratory of Green Extraction and EfficientUtilization of Light Rare-Earth Resources ,Ministry of Education )Abstract :Calcium sulfate whiskers were synthesized by atmospheric pressure acidification using rare earth-containing gyps⁃um as raw material.The effects of different process conditions on the morphology of the formed calcium sulfate whiskers were investigated.At the same time ,the effects of the type of crystal growth promoter and the content of crystal growth promoter onthe growth of calcium sulfate whiskers were also investigated.The surface morphology and phase characteristics of calcium sulfate whiskers were characterized by SEM and XRD ,respectively.The experimental results showed that the optimal reaction conditions for preparing calcium sulfate whiskers were rare earth gypsum mass concentration of 0.22g/mL ,reaction time of 25min ,hydrochloric acid concentration of 2.8mol/L ,reaction temperature of 70℃and aging time of 4h.The average length of the calcium sulfate whiskers synthesized under these conditions was 61μm ,and the average aspect ratio was 30.5.CuCl 2was selected as a growth promoter for promoting the growth of calcium sulfate whiskers by contrast experiments.With the addition of 5%(mass fraction )CuCl 2,the aspect ratio of calcium sulfate whisker was increased from 30.5to 41,and the lengthwas increased from 61μm to 81μm.Key words :rare earth gypsum ;atmospheric pressure acidification ;calcium sulfate whisker ;crystal growth promoter 目前,制备硫酸钙晶须主要以天然石膏、脱硫石膏和磷石膏为原料[1-5]。

无水硫酸钙晶须的制备及表征

无水硫酸钙晶须的制备及表征
齐源昊;吴锦绣;柳召刚;胡艳宏;冯福山;李健飞;王昕;刘丛林
【期刊名称】《无机盐工业》
【年(卷),期】2022(54)10
【摘要】以某稀土厂生产过程中产生的硫酸铵废水为原料,用氯化钙作为钙源,采用水热法制备高长径比的硫酸钙晶须。

首先采用正交实验研究反应时间、反应温度和陈化时间对硫酸钙晶须长径比的影响,确定最佳工艺条件。

在正交实验最佳工艺条
件的基础上,研究了pH对制备硫酸钙晶须形貌的影响。

使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD),红外分析仪(FT-IR)和热重-差热分析仪(TG-DSC)对制得的硫酸钙晶须的表面形貌和物相进行了表征和分析。

研究结果表明:在制备硫酸钙晶须的
最佳工艺条件下(即反应时间为5 h、反应温度为140℃、陈化时间为4.5 h),溶液
体系pH为1时,制备得到纯态无水硫酸钙晶须,其形貌最佳、长径比最大,平均长度达到117.44μm、平均长径比为40.2。

【总页数】7页(P109-115)
【作者】齐源昊;吴锦绣;柳召刚;胡艳宏;冯福山;李健飞;王昕;刘丛林
【作者单位】内蒙古科技大学材料与冶金学院;轻稀土资源绿色提取与高效利用教
育部重点实验室;内蒙古自治区稀土湿法冶金与轻稀土应用重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TQ132.32
【相关文献】
1.聚丙烯酰胺/硫酸钙晶须复合材料的制备与表征
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3.常压酸水体系制备无水硫酸钙晶须及形貌调控
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（１．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＣｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅａｎｄＨｉｇｈｌｙＥｆｉｃｆｉｅｎｔＵｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆＳａｌｔＬａｋｅＲｅｓｏｕｒｃｅ，ＱｉｎｇｈａｉＩｓｔｎｉｔｕｔｅｏｆＳｌａｔＬｋｅａｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｘｉｎｉｎｇ８１０００８，Ｃｈｉｎａ；２．ＥｅｏｆＣｈｉｎｅｓｅＡｃｄｅａｍｙｆＳｏｃｉｅｎｃｅｓ）
ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｂｙｓｉｎｇｌｅｆａｃｔｏｒｔｅｓｔｓ．Ｗｈｉｓｋｅｒｓｗｅｒｅｃｈａｒａｃｔｅｉｒｚｅｄｂｙｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ（ＳＥＭ），Ｘ－ｒａｙｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ（ＸＲＤ），ａｎｄＸ－ｒａｙｓｐｅｃｔｏｓｒｃｏｐｙ（ＥＤＳ）．Ｔｈｅｅｘｐｅｉｍｅｒｎｔｒｅｓｕｌｔｓ Байду номын сангаас ｓｈｏｗｅｄｔｈａｔ，ｗｈｅｎｔｈｅｖｏｌｕｍｅｒａｔｉｏｏｆｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ－ＨＣ１／Ｈ２Ｏ
２０１７年１月
ＩＮ０ＲＧＡＮＩＣＣＨＥＭＩＣＡＬＳＩＮＤＵＳＴＲＹ
一
步常压酸化法制备无水硫酸钙晶须冰
吕智慧－一，乃学瑛，董亚萍，李武
（１．中国科学院青海盐湖研究所盐湖资源综合高效利用重点实验室，青海西宁８１０００８；２．中国科学院大学）摘要：以生石膏为原料，一步常压酸化法制备无水硫酸钙晶须。采用单因素条件实验研究了反应温度、反应时
间、浓盐酸与水的体积比对产物的影响，并借助Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）、扫描电子显微镜（ＳＥＭ）、Ｘ射线能谱（ＥＤＳ）对样品进行了表征。实验结果表明：在反应温度为７０℃ 、反应时间为４ｈ、浓盐酸和水的体积比为４：１的条件下，一步法制备出了长度为１０～２０ｍ、直径为０．１～０．３Ｉｘｍ的无水硫酸钙晶须。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｓｉｎｇｇｙｐｓｕｍａｓｒａｗｍａｔｅｒｉａｌ，ａｎｈｙｄｒｏｕｓｃａｌｃｉｕｍｓｕｌｆａｔｅｗｈｉｓｋｅｒｓｗｅｒｅｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｏｎｅ — ｓｔｅｐａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃａｃｉｄｉｉｆ —
ｃａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｉｎｌｆｕｅｎｃｅｓｏｆｒｅａｃｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｔｉｍｅ，ａｎｄｖｏｌｕｍｅｒａｔｉｏｏｆｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ－ＨＣ１／Ｈ２Ｏｏｎｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｗｅｒｅ
关键词：无水硫酸钙晶须；一步合成；常压酸化法
中图分类号：ＴＱ１３２．３２
文献标识码：Ａ
文章编号：１００６ — ４９９０（２０１７）０１一ｏ０２２ — ０３
Ｏｎｅ－ｓｔｅｐｓｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆａｎｈｙｄｒｏｕｓｃａｌｃｉｕｍｓｕｌｆａｔｅｗｈｉｓｋｅｒｂｙａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃａｃｉｄｉｉｆｃａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄＬｔｉＺｈｉｈｕｉ１，２ＮａｉＸｕｅｙｉｎｇ，ＤｏｎｇＹａｐｉｎｇ，ＬｉＷｕ
ｗｉｔｈｌｅｎｇｔｈｓｏｆ１０－２０ｔｘｍａｎｄｄｉａｍｅｔｅｒｓｏｆ０．１－０．３ＬＬｍ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｎｈｙｄｒｏｕｓｃａｌｃｉｕｍｓｕｌｆａｔｅｗｈｉｓｋｅｒ；ｏｎｅ — ｓｔｅｐｓｙｎｔｈｅｓｉｓ；ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃａｃｉｄｉｉｆｃａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ
ｗａｓ４：１，ａｎｄｔｈｅｒｅａｃｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｗａｓｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄａｂｏｖｅ７０℃ ｆｏｒ４ｈ，ａｎｈｙｄｒｏｕｓｃａｌｃｉｕｍｓｕｌｆａｔｅｗｈｉｓｋｅｒｃａｎｂｅｏｒｆｍｅｄ