行业产业·硫酸钙晶须思维导图

印兔那么么写

2024-09-21

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行业产业

制备方法

工业应用

硫酸钙晶须概述，制备方法等内容讲解

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思维导图大纲

硫酸钙晶须概述

硫酸钙晶须(Calcium Sulfate Whiskers，CSW)是一类具有较高机械强度的纤维状单晶材料，其无毒、性能稳定、价格低廉，能够适用于多种行业，如在聚氨醋、塑料制品、橡胶、水泥、陶瓷、造纸、胶粘剂、摩擦材料等领域均有应用；近些年来，对于硫酸钙晶须的可控性制备也得到了愈来愈多的重视。

硫酸钙晶须的长度在30～150um之间，长径比可以达到10～300左右，一般由人为控制生成的，具有均匀的横截面。通常硫酸钙晶须可以分为三种类型，分别是CaS04晶须、CaS04·0.5H20晶须和CaS04·2H20晶须，它们之间在一定的条件下可以相互转化。在上述三种晶须中，CaS04晶须和CaS04·0．5H20晶须通常具有较高的硬度、强度和耐热性，因此有着广泛的应用前景，具有较高的生产价值。

硫酸钙具有CaS04·2H20、CaS04·0．5H20、CaS04三种不同的结晶结构，但其实际上具有五个相，七种变体存在。

性能优点

力学性能

强度和弹性模量较高

对比玻璃纤维

高温性能

熔点1450°

具有热均匀性

高温下有良好稳定性

相容性能

添加在树脂等有机物中时有较好的相容性

均匀分布，不影响成型流动性

较好的增强效果

平滑性能

能够用于制备具有较高尺寸精度和更加平滑表面的塑料制品

再生性能

材料经过多次加工后也不会显著影响其力学性能

环保性能

格低廉，成本与其他无机纤维相比要低得多，

环保、无毒的特性，不会影响人体的健康

工业应用

填充材料

油漆、涂料

提高防火性、绝缘性和防裂性，这是因为其具有较好的相容性、平滑性和吸附性能的原因

造纸

改善纸张的白度、不透明度、可塑性和印刷性，极大地提高纸张的质量

增强材料

混凝土、塑料

具有较高的机械强度，对于防止破裂材料，吸收冲击的能量，进而起到缓冲效果

摩擦材料

如刹车片等

过滤材料

吸附树脂

用于饮料、药品等的过滤处理

改性沥青

填充后的沥青，能够具备较高的抗碾压性和耐高温性

建筑材料

水泥、石膏板、瓷砖

取代玻璃纤维制作出轻质、耐火、隔音、抗震、占用建筑面积小、装饰效果优秀的耐火石膏板

医学材料

松质骨缺损的修复材料

制备方法

常压酸化法；98～105°

二水硫酸钙原料加入到具有一定酸度的溶液之中，从而生成半水晶须，是常用的制备硫酸钙晶须的方法之一；即在常温常压下，将二水硫酸钙制备成高浓度悬浊液并加入酸，使悬浊液呈酸性，从而生成针状或纤维状的半水硫酸钙晶须。

优：不需要在高压下反应，降低了能耗以及操作成本，操作简单

缺：酸性溶液易对设备造成腐蚀，且反应后的溶液容易造成环境污染，因此目前此种方法尚未大规模用于工业生产

水热法；130-135°

将二水硫酸钙原料与水混合置于水热反应釜中，通过加热创造出高温、高压的环境，促进晶须的生长

原理

结晶原理：溶解一沉淀原理

溶解—结晶—脱水的过程

相转变原理

CaS04·2H20晶须失去结晶水，直接转变为CaS04·0．5H20和CaS04的过程

添加剂的影响

用于晶须制备的添加剂主要有三类：无机添加剂(如A13+)、有机添加剂(如柠檬酸)和复合添加剂。

影响晶面的生长速率、形貌

二水硫酸钙在溶液中溶解并使溶液达到过饱和状态时，添加剂通过有选择性地吸附，改变了晶体上某些晶面的生长速率，进而影响晶体的形貌

方法

水热法，是指在密闭的容器中，通过在密闭容器中创造高温高压环境，使得二水硫酸钙溶解并且重结晶的湿化学方法。水热法在国内外研究相对成熟，制备出的晶须长径比理想、结晶度高，但其高温高压的反应条件既增加了能耗，还对反应设备提出了更高要求，从而增加了生产成本。

水热法制备的晶须一般纯度比较高，但是产量比较低，不适合用于工业化生产。

实验

常压盐溶液法

使用无机盐溶液作为反应介质的方法，经常压下加热反应一定时间后，二水硫酸钙经过溶解、再结晶，实现向半水硫酸钙的转化_

蒸压法

蒸压法是将二水硫酸钙与水混合制成浆体，并于蒸压釜内反应一段时问后，再转移至烘箱中完全干燥，即可得到半水硫酸钙晶须

微乳法

将两种反应物配置成一定浓度的溶液，向其中加入表面活性剂，形成微乳体系进行制备硫酸钙晶须的方法

离子交换法

以硫酸锌为原料，采用离子交换树脂在40“OoC的条件和600 r／min的搅拌操作下制备出了形貌规整、均一的CaS04·0.5H20晶须。

其他方法

微波外场强化结晶过

改性方法

工业应用

工业制备

半水硫酸钙晶须作为仪型半水石膏的一种表现形式(包括短柱状的高强石膏和纤细长棒状的品须)，具有无毒、环保、耐高温等诸多优势，但是价格却极其低廉甚至只有碳化硅晶须价格的1／200～1／300

工艺参数

参数

温度

时间

添加剂

原料来源

天然石膏

湖北应城、山西、山东、四川和广东等地

宁夏青山矿区

我国天然石膏开采过度,国家已经开始禁止对天然石膏的开采。同时天然石膏在制备晶须的过程中存在杂质多,去除杂质需要的成本很高且容易产生二次污染的问题

工业废渣

工业的副产品例如电厂废渣、冶金过程中的废渣以及脱硫石膏（湿法脱硫产生的副产石膏与传统的石膏在化学组成方面基本相同，但前者中含有大量的有机杂质，预处理以后才能再利用）等

电石渣(氢氧化钙) 电石渣是工业生产乙炔、聚氯乙烯、聚乙烯醇等过程中电石水解产生的废渣

磷石膏主要来自酸洗工厂、洗涤工厂等通过湿法生产磷酸和生产复合化肥工厂产生的固体废弃物

湿法提取稀土过程中产生的稀土钙渣,采用常压酸化法制备成硫酸钙晶须,有力的解决了包头稀土矿渣露天堆积的问题

湿法磷酸副产石膏、海水制盐副产石膏、柠檬酸副产石膏、烟气脱硫副产石膏、电石渣

工业废液

氯碱和烧碱企业在工业上生产聚氯乙烯时,其产生大量的电石渣、盐酸、稀硫酸和盐泥等废弃物

实际应用

国内生产硫酸钙晶须及制品的企业仅有 40 余家

上海峰竺复合新材料科技有限公司郑州博凯利生态工程有限公司广威集团湖北沃裕新材料股份有限公司

主要问题

一是工业副产石膏因含有各种杂质，在使用过程中影响材料的性能，无法达到相应要求，综合成本考虑，硫酸钙晶须生产企业均选用天然石膏、碳酸钙和硫酸等纯度较高的原料作为生产原料

二是硫酸钙晶须工业化应用途径不多，尤其是掺量不高，生产硫酸钙晶须的企业迫切寻求新的应用途径，开发新的产品，以增加硫酸钙晶须的销量，提升产业效能

生产工艺（问题）

原料

原料来源

产品

产品销路

流程

工艺路线

设备

材质、腐蚀、投资

改性

条件

水、电、汽、占地

三废

哪些种类？如何处理？

规模

投资

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