（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/文龍）硫酸鈣晶須是普通二水石膏通過(guò)水熱過(guò)程制得的纖維狀物質(zhì)，具有很高的性?xún)r(jià)比，是一種性能優(yōu)良、價(jià)格低廉的綠色環(huán)保材料，具有很強的市場(chǎng)競爭力，可廣泛應用于增強塑料、橡膠、膠黏劑、摩擦材料、環(huán)境工程等行業(yè)和領(lǐng)域。
本文以CaSO4·2H2O為原料，采用水熱法實(shí)現了二水硫酸鈣向半水硫酸鈣的轉化，半水硫酸鈣再經(jīng)脫水生成無(wú)水硫酸鈣，生成的無(wú)水硫酸鈣呈現纖維狀形貌。得出了制備超細硫酸鈣晶須的最佳工藝條件，并且在最佳工藝條件下，制備出了平均直徑為0.19μm，長(cháng)徑比為98的超細硫酸鈣晶須產(chǎn)品，得出的結論對超細硫酸鈣晶須的工業(yè)化生產(chǎn)具有重要的指導意義。
1. 實(shí)驗部分
1.1 實(shí)驗原料及設備
實(shí)驗所采用的原料為CaSO4·2H2O（分析純）；反應釜FYF-10，立式膠體磨JTM85。
1.2 實(shí)驗方法
水熱法合成超細硫酸鈣晶須是將生石膏和水配成一定質(zhì)量分數的料漿在密閉的不銹鋼反應釜中不斷攪拌、加熱到一定溫度和一定壓力后而生成的，對所得的產(chǎn)品進(jìn)行脫水、干燥、解聚后得到最終產(chǎn)品。
1.3 分析檢測設備與方法
采用日本HORIBA公司生產(chǎn)的LA-300型粒度測定儀檢測原料的平均粒徑；采用日本島津公司生產(chǎn)的SSX550型掃描電子顯微鏡（SEM）觀(guān)測硫酸鈣晶須的直徑和形貌；采用統計法計算晶須的平均直徑和長(cháng)徑比。
2. 結果與討論
2.1 溫度對硫酸鈣晶須結晶過(guò)程的影響
在料漿質(zhì)量分數為3%，原料粒度為41.02μm，初始pH值為7的條件下，硫酸鈣晶須合成過(guò)程中實(shí)測的時(shí)間-溫度曲線(xiàn)如圖1所示。
圖1 硫酸鈣晶須制備過(guò)程中溫度與反應時(shí)間的關(guān)系
從圖1可以看出，在升溫階段（A~E），雖然經(jīng)歷了二水硫酸鈣至半水硫酸鈣的轉變溫度，但并沒(méi)有大量的半水硫酸鈣生成。
當溫度達到110℃（C點(diǎn)）時(shí)曲線(xiàn)的斜率開(kāi)始下降，說(shuō)明此時(shí)已經(jīng)有少量的半水硫酸鈣晶須生成，C點(diǎn)產(chǎn)品的電鏡照片也證明了這一點(diǎn)；當溫度達到118℃時(shí)，體系溫度降低，說(shuō)明有大量的硫酸鈣晶須生成，但由于外界供給的能量已經(jīng)不足以彌補反應所吸收的能量，此階段體系的溫度降低；當半水硫酸鈣結晶完成后，體系溫度繼續上升，即進(jìn)入再升溫階段；從G點(diǎn)（120℃）的掃描電鏡照片看到，顆粒狀的物質(zhì)已經(jīng)消失。綜上，反應制備硫酸鈣晶須的適宜溫度為120℃。
圖2不同反應溫度下所得樣品的SEM照片
在原料粒度為41.02μm，料漿質(zhì)量分數為3%，溫度為120℃，反應20min的條件下，得出不同pH值對超細硫酸鈣晶須平均直徑和長(cháng)徑比的影響如圖3所示。
圖3 pH值對硫酸鈣晶須平均直徑和長(cháng)徑比的影響
從圖3可以看到，在pH=2.02時(shí)，平均直徑為1.67μm，長(cháng)徑比較??；pH=6.03時(shí)，平均直徑為0.86μm，長(cháng)徑比增幅不大；當pH=10.10時(shí)，超細晶須直徑顯著(zhù)降低，平均直徑為0.23μm，長(cháng)徑比達到最大值，隨著(zhù)pH值繼續增大，晶須直徑變化不大，但長(cháng)徑比有所下降。
2.3 料漿質(zhì)量分數對超細硫酸鈣晶須直徑的影響
在原料粒度為41.02μm，溫度為120℃，pH值為9.8~10.1，反應20min的條件下，分別配制質(zhì)量分數為1%到13%的料漿進(jìn)行合成反應，經(jīng)統計分析，得出不同料漿質(zhì)量分數對超細硫酸鈣晶須平均直徑和長(cháng)徑比的影響如圖4所示。
圖4 料漿質(zhì)量分數對超細硫酸鈣晶須平均直徑和長(cháng)徑比的影響
從圖4可以看出，低質(zhì)量分數（料漿質(zhì)量分數小于5%）下，超細硫酸鈣晶須的平均直徑隨料漿質(zhì)量分數的增大而減小，料漿質(zhì)量分數為5%時(shí)得到了直徑為0.21μm的超細硫酸鈣晶須，當料漿質(zhì)量分數大于5%時(shí)，晶須平均直徑則隨料漿質(zhì)量分數的增大而增大。而晶須的長(cháng)徑比開(kāi)始隨料漿質(zhì)量分數的增大逐漸增大，料漿質(zhì)量分數為5%時(shí)，超細晶須的長(cháng)徑比為96，此后隨料漿質(zhì)量分數的增大，超細晶須的長(cháng)徑比又逐漸減小。
2.4 原料粒度對硫酸鈣晶須結晶過(guò)程和產(chǎn)品的影響
為了獲得不同粒徑的原料，采用膠體磨對原料進(jìn)行粉磨。在料漿質(zhì)量分數為5%，溫度為120 ℃，pH值為9.8~10.1，反應20min的條件下，稱(chēng)取等量的物料配成相同質(zhì)量分數，用膠體磨分別粉磨0、5、10、15、20min，所得物料的粒度與粉磨時(shí)間的關(guān)系曲線(xiàn)如圖5所示。
圖5 不同粉磨時(shí)間與原料粒度關(guān)系曲線(xiàn)
3. 結論
制備超細硫酸鈣晶須的最優(yōu)工藝條件為：反應溫度120℃，料漿初始pH值9.8~10.1，料漿質(zhì)量分數5%，原料粒度18.1μm。在此條件下，制備出了平均直徑為0.19μm，長(cháng)徑比為98的超細硫酸鈣晶須。
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