半水硫酸钙晶须生产制备的研究现状

简要介绍了半水硫酸钙晶须的生长机理及其制备方法的优缺点。综述了原料技术品质、工艺技术参数和外加剂等因素对半水硫酸钙晶须制备的影响。此外,还探讨了半水硫酸钙晶须的改性方法及其应用领域。最后,分析了当前工业生产与应用中面临的关键问题,并提出了相应的解决方案。

Mg^(2+) 对半水硫酸钙晶须结晶习性的影响

本文以磷石膏为原料蒸压制备半水硫酸钙晶须,采用数字显微镜、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等微观测试方法对Mg^(2+)作用下的半水硫酸钙晶须微观形貌、组成及晶面发育情况等进行试验研究,运用分子动力学技术模拟计算Mg^(2+)在半水硫酸钙晶体晶面的相互作用能和径向分布函数,两者结合探讨Mg^(2+)对半水硫酸钙晶体不同晶面结晶习性的影响。结果表明,Mg^(2+)和半水硫酸钙晶体不同晶面的相互作用能从小到大顺序为:ΔE_((200))<ΔE_((002))<ΔE_((400))<ΔE_((020))<ΔE_((204))即Mg^(2+)主要吸附在半水硫酸钙晶体的(200)、(002)、(400)晶面上。Mg^(2+)与SO^(2-)_(4)间的作用距离小于Ca^(2+)与SO^(2-)_(4)间的作用距离,Mg与S之间产生了明显的电子效应,且电子效应随硫酸镁掺量的增加而增强,XRD衍射峰位置随硫酸镁掺量的增多向右偏移变得更加明显,说明有少量的Mg^(2+)嵌入半水硫酸钙晶格。在硫酸镁掺量0.15%(质量分数,下同)时,优先促进晶体c轴方向的生长,使半水硫酸钙晶须呈细长针状,平均长度为47.29μm,平均长径比为36.07;在硫酸镁掺量为0.30%时,抑制晶体沿c轴和径向的生长,使半水硫酸钙晶须呈细短针状,平均长度为39.72μm,平均长径比为28.91。

以城市生活垃圾焚烧飞灰水洗液制备半水硫酸钙晶须

我国焚烧飞灰年产生量已超过1×10^(7)t,飞灰资源在利用之前需进行水洗预处理,所产生的飞灰水洗液主要含金属成分为NaCl、KCl、CaCl_(2)及其他重金属。本文将半水硫酸钙晶须的制备和飞灰水洗液的处理工艺相结合,采用飞灰水洗液为原料,先通过除杂解毒去除重金属,然后添加硫酸钠及晶型助长剂十六烷基三甲基溴化铵,利用改进常压法制备半水硫酸钙晶须。试验考察了材料配比、沸腾时间、静置时间对半水硫酸钙晶须产品的影响,结果表明,在n(钙离子)∶n(硫酸根离子)=1∶5、沸腾时间1 h、静置保持1.5 h的条件下,Ca^(2+)回收率可达到95.16%,所制备的半水硫酸钙晶须形貌均匀,长度为30~100μm,直径为2~7μm,长径比可达40,晶须密度大,能够满足硫酸钙晶须标准(DB43/T 1155—2016)中半水硫酸钙晶须的成分要求。本工艺生产成本低廉,环境友好,易于工业化生产,为飞灰水洗液的处理及资源化利用提供了一种新的解决路径。

半水硫酸钙晶须制备稳定一体化

使用优选稳定剂对半水硫酸钙晶须进行制备稳定一体化处理,研究了稳定剂用量对半水硫酸钙晶须形貌及稳定性的影响.通过SEM和XRD等检测手段对晶须产品进行了表征,结果表明:在制备过程中加入稳定剂油酸钠,当用量为0.025%时,半水硫酸钙晶须可保持形状稳定,但制备后静置72h后,晶型已全部转化为二水硫酸钙;采用分段加药的方式,即制备时加入0.025%硬脂酸钠,制备后加入0.15%油酸钠,半水硫酸钙晶须形貌与晶型可保持不变,实现了半水硫酸钙晶须的制备稳定一体化.

常温改性半水硫酸钙晶须及其稳定化机理研究

性能优良的半水硫酸钙晶须常用于增强增韧有机复合材料和无机复合材料。为防止半水硫酸钙晶须与水接触或在潮湿的环境中发生水化反应而导致晶体结构与性能的破坏,因此需要对半水硫酸钙晶须进行表面改性。本文基于溶度积原理,探寻常温下复合改性介质中改性半水硫酸钙晶须的新途径。采用单掺月桂酸钠、海藻酸钠、硅酸钠、草酸钠和氟化钠作为改性剂,并设计正交试验探索影响改性效果的显著性因素和最佳改性工艺。利用XRD、FTIR和SEM对晶须改性前后进行化学组成和微观结构的分析。研究结果表明,复合改性介质体积比和改性剂种类是影响改性工艺的显著性因素,改性剂在复合介质中的溶解度直接影响着最终表面改性产物层的性能。单掺15%氟化钠或海藻酸钠、复合介质体积比29∶1、改性时间5 min时,改性半水硫酸钙晶须在水中溶解度降低并且能够保持晶体结构和性能的稳定。

半水硫酸钙晶须的水化机理及稳定性调节

通过探讨半水硫酸钙晶须(HCSW)贮存过程在空气中形貌和晶形的变化,研究了半水硫酸钙晶须的水化机理,分析了不同处理方法对其稳定性的调节。研究发现,HCSW的水化是由晶须表面的-OH基团和Ca^2+活性位点以及HCSW存在的内部通道引起的,煅烧和二元醇改性均可提高硫酸钙晶须的耐水性。结果表明,煅烧后,半水硫酸钙晶须转化为无水可溶硫酸钙晶须和无水死烧硫酸钙晶须,易于水化的内部通道消失,耐水性增强;水热合成过程二元醇的加入,可利于醇羟基吸附在HCSW的(200)、(020)和(220)表面,阻止H2O分子中羟基在晶须表面的吸附,进而提高晶须的耐水性,当添加剂为三乙二醇(TEG)且浓度为18.8 mmol·L^-1时,HSCW在空气中耐水稳定性不小于7 d。

水化时间和温度对半水硫酸钙晶须水化过程的影响

对水热法产物半水硫酸钙晶须水化过程进行了研究,重点考察了水化时间和温度对晶须水化过程的影响。结果表明,在水化温度为25~90℃范围内,水化产物中半水硫酸钙晶须含量随着水化时间的增加而减少,最终全部转化为片状、薄板状或者块状二水硫酸钙;随着水化温度的增加,水化诱导期延长,特别是在90℃时,半水硫酸钙晶须可稳定存在60min;根据水化产物观测结果以及物相组成分析发现,水化机理主要分为水化诱导期、半水硫酸钙晶须溶解以及二水硫酸钙重结晶3部分。

油酸钠对半水硫酸钙晶须的稳定化机理

采用SEM,FT-IR,XRD等测试方法分析了油酸钠稳定化处理前后半水硫酸钙晶须的表面形貌、表面基团、物相组成,在此基础上研究了油酸钠对半水硫酸钙晶须的稳定化机理。结果表明,油酸钠在半水硫酸钙晶须表面的吸附状态随其用量的不同而不同,油酸钠对半水硫酸钙晶须表面活性点钙离子的封闭作用、对晶须表面离子的阻溶作用以及对晶须表面性质的改变是油酸钠使半水硫酸钙晶须保持稳定的根本原因。

水热法制半水硫酸钙晶须工艺探讨

本文探讨了以CaCl_2和Na_2SO_4为原料,用水热法制半水硫酸钙(CaSO_4·0.5H_2O)晶须的工艺,侧重考察了二水硫酸钙(CaSO_4·2H_2O)前驱体的制备方式及水热工艺对产物形貌的影响。结果表明,采用室温条件下将Na_2SO_4溶液加入CaCl_2溶液的方式可使体系保持较低的过饱和度,制得低结晶度、小粒径的二水硫酸钙前驱体,由此促进高长径比半水硫酸钙晶须的水热合成。二水硫酸钙前驱体通过水热溶解-沉积途径可形成半水硫酸钙晶须,提高水热反应温度可加速晶须的形成。

磷酸钠对半水硫酸钙晶须的稳定作用

介绍了磷酸钠对半水硫酸钙晶须在水溶液中的形貌和晶型的稳定性影响。考查了反应时间及磷酸钠用量等因素对稳定化效果的影响,并采用SEM、DSC-TG、XRD等方法对磷酸钠稳定化处理后半水硫酸钙晶须产品的表面形貌、热稳定性及物相组成进行了表征。结果表明:在0.10%用量、作用时间20 min、稳定化温度100℃的稳定化作用条件下,磷酸钠可使半水硫酸钙晶须的形貌2 h不变,同时磷酸对半水硫酸钙晶须的晶型也有一定的稳定作用。

硬脂酸钠对半水硫酸钙晶须生长的影响

采用电子生物显微镜、扫描电子显微镜和傅里叶变换红外光谱仪研究了半水硫酸钙晶须制备过程中加入的稳定剂硬脂酸钠的用量对晶须生长的影响。结果表明：硬脂酸钠在晶须表面的吸附状态随其用量变化而变化;硬脂酸钠对半水硫酸钙晶体的形貌有较大影响;硬脂酸钠在半水硫酸钙表面吸附的不均匀性是半水硫酸钙呈现不同形貌的根本原因。

金属离子对水热法制备半水硫酸钙晶须的形貌及粒径的影响

以二水硫酸钙为原料,采用水热法制备了半水硫酸钙晶须。通过单因素实验得出制备半水硫酸钙晶须的较优工艺条件为:反应温度120℃、料浆质量分数2%、反应时间2h、搅拌速度200r/min,此时所得晶须产物平均直径2.4μm,长径比103.9,晶须呈长针状、规则统一,分散性好。探讨了K^+、Mg^(2+)、Cu^(2+)、Fe^(3+)、Al^(3+)对较优工艺条件下制备的半水硫酸钙晶须形貌及粒径的影响,结果表明:金属离子对晶须产物形貌及粒径有显著影响。其中低浓度的Mg^(2+)、Cu^(2+)有助于获得小直径、高长径比的晶须产物;Al^(3+)、Fe^(3+)对晶须的生长有较强的抑制作用,特别是低浓度的Al^(3+)、Fe^(3+)使得晶须的形貌发生明显的变化,导致长径比较低;除K^+外,金属离子浓度越高,所得晶须产物直径越大,长径比越小,并发生团聚现象,晶须由针状变为短棒状,分散性变差。同时探讨了金属离子的作用机理。

磷石膏蒸压制备半水硫酸钙晶须

以磷石膏为原料,利用蒸压法制备半水硫酸钙晶须。采用均匀设计实验的基础上,进一步考察了料浆固液比、反应时间、蒸压压力对产品长径比的影响,并借助透射偏光显微镜、X射线衍射仪(XRD)等仪器对产品进行表征。结果表明,最佳反应条件:料浆固液比0.15 g·mL^(-1)、反应时间0.5 h、蒸压的压力0.3 MPa,在此条件下制备出了长径比99.07、晶须直径约1μm、纯度高、结晶良好的晶须产品。并从微观形貌、晶体结构、物相分析三个方面阐明了半水硫酸钙晶须生长规律。本研究对磷石膏的高值化利用具有指导意义。

磷石膏制备的耐热半水硫酸钙晶须表面疏水改性研究

利用固体废弃物磷石膏以常压水热法制备半水硫酸钙晶须,使用不同用量的硬脂酸、硬脂酸钠、油酸钠为改性剂对晶须表面进行改性。通过疏水角、活性指数对晶须改性效果进行分析,取改性效果最佳的晶须采用SEM、FT-IR、XRD、TG-DSC等多种分析手段对样品进行表征分析。实验结果表明:钠离子在制备过程中会进入晶须,生成失水温度更高的水钠钙矾石,分别使用10%硬脂酸、8%油酸钠、8%硬脂酸钠对晶须的改性疏水效果最好。改性剂在晶须表面主要以化学吸附的形式存在,并伴有少量的物理吸附。结果可作为利用磷石膏制备适用于聚合物热加工的石膏晶须的参考。

基于响应面法的半水硫酸钙晶须制备工艺优化

本研究以氯化钙、硫酸为主要原料,采用常压酸化法制备半水硫酸钙晶须。以长径比、长度为主要指标,在单因素实验的基础上,运用响应面法中的Box-Behnken design对反应温度、硫酸浓度、反应时间、搅拌速度进行优化,建立半水硫酸钙晶须制备工艺的数学模型,研究制备的最优工艺条件。结果表明,制备半水硫酸钙晶须的最优工艺条件为:反应温度103℃、硫酸浓度7.4%、反应时间60 min、搅拌速度288 r·min-1,得到的晶须样品形貌规整、均一,平均长径比为82.2,90为53.3,平均长度为562μm。

工业副产物磷石膏制半水硫酸钙晶须的研究

固体废弃物磷石膏大量的堆放既占用土地,又会对环境造成污染,以磷石膏为原料制备半水硫酸钙晶须是拓展磷石膏综合利用的新途径。以安徽新中远化工科技有限公司提供的磷石膏为样品,利用样品磷石膏及经过水洗净化处理的磷石膏为原料,分别在优化的条件下水热和煅烧合成半水硫酸钙晶须。通过FT-IR、XRD、SEM等对样品与产品进行表征,并对其各项表征结果作对比分析。结果表明:水洗净化后的磷石膏合成的晶须纯度较高;优化条件下水热和煅烧合成的晶须均为半水硫酸钙晶须,且煅烧合成的晶须效果较水热合成的晶须好。

聚丙烯酰胺对半水硫酸钙晶须形貌稳定性的影响

研究了使用聚丙烯酰胺对半水硫酸钙晶须进行表面改性,以提高晶须在水溶液中的形貌稳定性。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)等表征了晶须的性质。结果表明,聚丙烯酰胺添加量(以半水硫酸钙晶须质量计)由0增至2.0%时,晶须在水溶液中的形貌保持时间(长径比保持率大于80%)由0.5 h延长至4.0 h。聚丙烯酰胺以物理吸附(氢键)和化学吸附(形成—COO—Ca—键)两种模式吸附于半水硫酸钙晶须表面,由此降低晶须的表面能,提高晶须的形貌稳定性。

柠檬酸对半水硫酸钙晶须形貌稳定性影响

介绍了柠檬酸对半水硫酸钙晶须的形貌稳定性的影响及其作用机制,重点考察了柠檬酸添加量及稳定化温度对晶须形貌稳定性的影响。采用XRD、SEM和红外光谱表征晶须性质。结果表明,在30～100℃范围内,随着稳定化温度的增加,半水硫酸钙晶须形貌稳定时间增长。其中在100℃,柠檬酸添加量为0. 5wt%,半水硫酸钙形晶须形貌稳定时间可达4. 0 h。由于柠檬酸的-COO-与半水硫酸钙晶须表面Ca2+键和成-COO-Ca-结构,柠檬酸以化学吸附方式吸附于晶须表面,使得晶须稳定性提高。

氯化钙制备半水硫酸钙晶须的工艺研究

半水硫酸钙晶须是一种用途广泛,具有很高综合性能的高性价比无机材料。以氯化钙和硫酸钠为主要原料,利用浓盐酸调节pH,选择不同的晶型助长剂,采用常压酸化法制备半水硫酸钙晶须。通过单因素实验,探究了不同晶型助长剂、沸腾时间、静置时间、原料比例和pH对制备半水硫酸钙晶须的影响,并确定了最佳工艺路线。采用扫描电镜、热重分析、X射线衍射对产品进行表征分析。实验得到最佳工艺条件:采用十二烷基硫酸钠为晶型助长剂、氯化钙质量浓度为20 g/L、n(氯化钙)∶n(硫酸钠)=1∶5、沸腾时间为1 h、pH=2、静置时间为2 h。在此工艺条件下,以氯化钙为原料制备得到的半水硫酸钙晶须长径比达到50,产品外观呈现洁净白色,无杂质。

半水硫酸钙晶须水化质量分数对其水化能力的影响研究

半水硫酸钙晶须的水化能力对其应用有较大影响,为掌握半水硫酸钙晶须水化质量分数对其水化能力的影响规律,对半水硫酸钙晶须在不同水化质量分数下的水化过程进行了研究。在此基础上,采用XRD、SEM等对晶须水化产物进行了表征,结果表明:随着半水硫酸钙晶须水化质量分数的增大,其水化速度减慢;当半水硫酸钙晶须水化质量分数为1.0%时,水化产物的长径比为6;当水化质量分数为10.0%时,水化产物的长径比为30左右。水化质量分数的增大不利于半水硫酸钙晶须水化的原因在于:随着水化质量分数的增大,溶液的黏度也增大,不仅阻碍了水分子向晶须表面的扩散,还增大了晶须表面钙离子和硫酸根离子向溶液中扩散的阻力,这不利于晶须的断裂。此外,水化质量分数的增大还不利于溶液中水分子进入晶须内部与晶须发生水合反应,最终不利于晶须体积的膨胀。研究结果对调控半水硫酸钙晶须的水化能力有一定的参考意义。