（中國(guó)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)，具有很高的性價(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(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，可廣泛應(yīng)用于增強(qiáng)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(xiàn)了二水硫酸鈣向半水硫酸鈣的轉(zhuǎn)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(xiàn)纖維狀形貌。得出了制備超細(xì)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(zhǎng)徑比為98的超細(xì)硫酸鈣晶須產(chǎn)品，得出的結(jié)論對(duì)超細(xì)硫酸鈣晶須的工業(yè)化生產(chǎn)具有重要的指導(dǎo)意義。
1. 實(shí)驗(yàn)部分
1.1 實(shí)驗(yàn)原料及設(shè)備
實(shí)驗(yàn)所采用的原料為CaSO4·2H2O（分析純）；反應(yīng)釜FYF-10，立式膠體磨JTM85。
1.2 實(shí)驗(yàn)方法
水熱法合成超細(xì)硫酸鈣晶須是將生石膏和水配成一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的料漿在密閉的不銹鋼反應(yīng)釜中不斷攪拌、加熱到一定溫度和一定壓力后而生成的，對(duì)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(cè)設(shè)備與方法
采用日本HORIBA公司生產(chǎn)的LA-300型粒度測(cè)定儀檢測(cè)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）觀測(cè)硫酸鈣晶須的直徑和形貌；采用統(tǒng)計(jì)法計(jì)算晶須的平均直徑和長(zhǎng)徑比。
2. 結(jié)果與討論
2.1 溫度對(duì)硫酸鈣晶須結(jié)晶過(guò)程的影響
在料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(cè)的時(shí)間-溫度曲線如圖1所示。
 圖1 硫酸鈣晶須制備過(guò)程中溫度與反應(yīng)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(zhuǎn)變溫度，但并沒有大量的半水硫酸鈣生成。
當(dāng)溫度達(dá)到110℃（C點(diǎn)）時(shí)曲線的斜率開始下降，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(dāng)溫度達(dá)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(bǔ)反應(yīng)所吸收的能量，此階段體系的溫度降低；當(dāng)半水硫酸鈣結(jié)晶完成后，體系溫度繼續(xù)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(yīng)制備硫酸鈣晶須的適宜溫度為120℃。
圖2不同反應(yīng)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?jǐn)?shù)為3%，溫度為120℃，反應(yīng)20min的條件下，得出不同pH值對(duì)超細(xì)硫酸鈣晶須平均直徑和長(zhǎng)徑比的影響如圖3所示。
圖3 pH值對(duì)硫酸鈣晶須平均直徑和長(zhǎng)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(zhǎng)徑比較??；pH=6.03時(shí)，平均直徑為0.86μm，長(zhǎng)徑比增幅不大；當(dāng)pH=10.10時(shí)，超細(xì)晶須直徑顯著降低，平均直徑為0.23μm，長(zhǎng)徑比達(dá)到最大值，隨著pH值繼續(xù)增大，晶須直徑變化不大，但長(zhǎng)徑比有所下降。
2.3 料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)超細(xì)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(yīng)20min的條件下，分別配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%到13%的料漿進(jìn)行合成反應(yīng)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，得出不同料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)超細(xì)硫酸鈣晶須平均直徑和長(zhǎng)徑比的影響如圖4所示。
圖4 料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)超細(xì)硫酸鈣晶須平均直徑和長(zhǎng)徑比的影響
從圖4可以看出，低質(zhì)量分?jǐn)?shù)（料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于5%）下，超細(xì)硫酸鈣晶須的平均直徑隨料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而減小，料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時(shí)得到了直徑為0.21μm的超細(xì)硫酸鈣晶須，當(dāng)料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于5%時(shí)，晶須平均直徑則隨料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而增大。而晶須的長(zhǎng)徑比開始隨料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大逐漸增大，料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時(shí)，超細(xì)晶須的長(zhǎng)徑比為96，此后隨料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，超細(xì)晶須的長(zhǎng)徑比又逐漸減小。
2.4 原料粒度對(duì)硫酸鈣晶須結(jié)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(duì)原料進(jìn)行粉磨。在料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%，溫度為120 ℃，pH值為9.8~10.1，反應(yīng)20min的條件下，稱取等量的物料配成相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)，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)系曲線如圖5所示。
圖5 不同粉磨時(shí)間與原料粒度關(guān)系曲線
3. 結(jié)論
制備超細(xì)硫酸鈣晶須的最優(yōu)工藝條件為：反應(yīng)溫度120℃，料漿初始pH值9.8~10.1，料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%，原料粒度18.1μm。在此條件下，制備出了平均直徑為0.19μm，長(zhǎng)徑比為98的超細(xì)硫酸鈣晶須。
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