导读: 硫酸钙晶须( Calcium Sulfate Whisker,CSW) 又叫石膏晶须,是无水硫酸钙的纤维状单晶体,与石膏一样具有无水、半水和二水之分。其中无水和半水的硫酸钙晶须具有较高的...
硫酸钙晶须( Calcium Sulfate Whisker,CSW) 又叫石膏晶须,是无水硫酸钙的纤维状单晶体,与石膏一样具有无水、半水和二水之分。其中无水和半水的硫酸钙晶须具有较高的强度和使用价值。硫酸钙晶须与其他短纤维相比,具有耐高温、抗化学腐蚀、韧性好、强度高、与橡胶塑料等聚合物的亲和能力强等优点,而且价格在晶须中最低,仅为碳化硅等晶须的1/200 ~ 1/300,有其他晶须无可比拟的性价比,应用范围非常广泛,是一种性能优良、价格低廉的绿色环保材料,具有很强的市场竞争力。
1 硫酸钙晶须的制备原理
合成硫酸钙晶须的化学反应方程式如下:
CaSO4·2H2O→CaSO4·1/2H2O + 3/2H2O
CaSO4·2H2O→CaSO4·1/2H2O
硫酸钙晶须的生成是一个溶解—结晶—脱水的过程,即:
(1) CaSO4·2H2O 的溶解过程:
CaSO4·2H2O→Ca2+ + SO42- + 2H2O
(2)CaSO4·1/2H2O的结晶过程:
Ca2+ + SO42- + 1/2H2O→CaSO4·1/2H2O
(3)CaSO4·1/2H2O脱水合成无水硫酸钙晶须:
CaSO4·1/2H2O→CaSO4 + 1/2H2O
硫酸钙晶须合成过程中,由结晶生长出硫酸钙晶须,半水硫酸钙必须处于过饱和状态。根据硫酸钙的溶解度与温度变化之间关系,二水硫酸钙与半水硫酸钙的溶解度在97℃时相交,当温度高于97℃时,半水硫酸钙的溶解度随温度的升高下降更快。在合成硫酸钙晶须的过程中,随着二水硫酸钙晶须的不断溶解,溶液中钙离子浓度不断增大,远大于半水硫酸钙晶须在该温度下平衡时的溶解度,因此体系一直趋向处于过饱和状态,这样有利于硫酸钙晶须的结晶析出,直至结晶过程结束。
2 硫酸钙晶须的生长机理
硫酸钙属单斜晶系,晶体呈柱状或平行的板状,自然界中呈粒状、板状、片状和土状集合体. 具有平行(100) 的燕尾式双晶,解离完全,当温度升高到100 ~ 150℃时,石膏的强度大大降低,释放出结晶水,并变为硬石膏。在水热条件下,生石膏在晶型转化过程中,能够沿固定的方向一维生长,但晶须的制备工艺稳定性不同,晶须产品的形貌就会有很大的差异。生石膏过饱和溶液中的晶体以体系中未溶解的生石膏为晶核,在晶型助长剂氯化镁的作用下,使得晶核某些表面的表面能增大,在此表面上晶核吸收的晶体较多,从而使晶体沿着晶核的固定方向生长,最终形成纤维状的晶体,即晶须,这也是溶液中的一次成核过程。此外,晶须生长还存在二次成核过程,该过程是过饱和溶液中的晶体相互碰撞,或者晶体与搅拌浆( 或器壁) 碰撞形成细小的晶核。由于氯化镁的存在,晶体沿着这些晶核单向生长,也形成晶须。氯化镁的存在不但由于同粒子效应作用提高生石膏在水中的溶解度,并且由于它增大晶核某方向上的表面能,使晶体沿着晶核的[001]面单向生长,从而颗粒状的生石膏转变为纤维状的晶须。
目前,制备硫酸钙晶须主要采用天然石膏为原料,而天然石膏是不可再生资源,无限度的开采势必导致天然石膏资源的枯竭。磷石膏是生产磷肥、磷酸时排放的固体废弃物,每生产1t 磷酸将产生4.5 ~ 5.0t 干磷石膏。中国到2017 年磷肥需求量将达到1.3 ×107 t( 以P2O5计) ,每年磷石膏排放量将超过2000 万t。目前,磷石膏在水泥石膏、化工及农业等方面的应用仍停留在初级阶段,其利用率仅为2% ~ 3%。因此,充分利用磷石膏生产硫酸钙晶须,变废为宝,提高其附加值,是磷肥工业实现可持续发展的关键。
山东帅科自动化专业生产脱硫石膏粉生产线设备、磷石膏粉生产线设备、高强石膏粉生产线设备、抹灰石膏砂浆粉刷石膏生产线设备、纸面石膏板生产线设备。