一種常溫制備二水硫酸鈣晶須及其常壓轉(zhuǎn)無水晶須的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及化工生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種常溫制備二水硫酸鈣晶須及其常壓轉(zhuǎn) 無水晶須的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 晶須是指具有固定的橫截面形狀、完整的外形、完善的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、長經(jīng)比大的纖維 狀單晶體，其強(qiáng)度可接近完美晶體材料的理論值，是一類力學(xué)性能十分優(yōu)異的新型復(fù)合材 料補(bǔ)強(qiáng)增韌劑。晶須的直徑尺寸在微米和百納米級(jí)之間，由于其高度有序的原子排列結(jié)構(gòu)， 使其強(qiáng)度和模量接近于材料的原子間價(jià)鍵的理論強(qiáng)度，這使得晶須的物理、化學(xué)性能特別 優(yōu)異。
[0003] 硫酸鈣晶須有三種，它們分別是二水硫酸鈣晶須、半水硫酸鈣晶須、無水硫酸鈣晶 須。其中以無水硫酸鈣晶須最有工業(yè)用途。
[0004] 無水硫酸鈣晶須的主要性能，簡述如下： 1)強(qiáng)度性能：它是一種細(xì)嫩單晶體，內(nèi)部結(jié)構(gòu)很完善，有非常堅(jiān)韌的性質(zhì)，呈高的斷裂 強(qiáng)度及彈性模量，如其抗張強(qiáng)度是玻纖的5~10倍，此晶須在受到4%應(yīng)變時(shí)仍然在彈性范 圍內(nèi)且不產(chǎn)生永久形變(塊狀硫酸鈣晶體的彈性形變的范圍不能超過0. 1%)。纖維硫酸鈣是 細(xì)小的亞納米晶須，它沒有明顯疲勞特征，即使被磨成粉末、切斷，其強(qiáng)度也不會(huì)受損。
[0005] 2)耐高溫性能：它有很高的熔點(diǎn)（1450°C )，在900°C時(shí)能夠保持良好的機(jī)械性能， 可降低對(duì)設(shè)備的磨損(它的莫氏硬度為3~4)，在高溫下它具有不引起高溫滑移的完整性， 當(dāng)溫度升高時(shí)，它不分解，不軟化，強(qiáng)度幾乎沒有損失，力學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。
[0006] 3)相容性能：硫酸鈣晶須能夠加強(qiáng)工程塑料的膨脹穩(wěn)定性，使其成型收縮率變小。 有極高的尺寸精度及光潔的平滑表面，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過使用玻纖和碳纖維增強(qiáng)的材料制品。此晶 須在制品中的取向是無規(guī)律的，因此制品顯示各向同性，其縱向、橫向收縮率的差異很小， 從而能保證制品尺寸穩(wěn)定性。
[0007] 4)再生性能：硫酸鈣晶須能增強(qiáng)復(fù)合材料可重復(fù)使用的性能，填充它是為了提高 復(fù)合材料的強(qiáng)度和韌性，且此材料經(jīng)過多次的加工，力學(xué)性質(zhì)也變化不大，再生使用性能也 好。
[0008] 無水硫酸鈣晶須的多種優(yōu)越性能決定它可被廣泛運(yùn)用。
[0009] 目前我國在非金屬領(lǐng)域的狀況，還是處于著重放在合成制備及相關(guān)原理的基礎(chǔ)研 宄，且其研發(fā)制備的非金屬產(chǎn)品，多屬于工業(yè)應(yīng)用中的中間體，需下游相關(guān)企業(yè)配合使用 后，才能體現(xiàn)其價(jià)值。國內(nèi)對(duì)非金屬在相關(guān)行業(yè)上的應(yīng)用研宄還比較缺乏，如：以植物纖維 為原料的造紙廠等相關(guān)企業(yè)在改用無機(jī)非金屬晶須(纖維）在造紙中的應(yīng)用，現(xiàn)在還是個(gè)不 普及現(xiàn)象，有待在這方面進(jìn)行運(yùn)用研發(fā)及推廣使用。無機(jī)非金屬晶須，是用石頭(礦物原料） 造的纖維，這種似棉、毛一樣的石頭纖維，若是能廣泛被用于造紙時(shí)，那紙張?jiān)系囊允?木，將是個(gè)很平?，F(xiàn)象。基于上述理念，本公司在長期從事無機(jī)晶須的生產(chǎn)制備中，找到了 一種有望將來能被運(yùn)用于造紙等相關(guān)行業(yè)在他們需要無機(jī)二水硫酸鈣（CaSO4 · 2H20)晶須 時(shí)的一種廉價(jià)生產(chǎn)方法。
[0010] 石灰石、白云石是海相沉積的造巖物質(zhì)，它們在地殼表面分布廣泛，由海相沉積經(jīng) 造山運(yùn)動(dòng)而成，把原屬滄海的部分經(jīng)造山運(yùn)動(dòng)被抬升為陸地時(shí)，在它們所出露的位置呈：山 連山、片連片地集合出現(xiàn)。它們資源豐富，廉價(jià)易得。因此，充分利用國內(nèi)資源優(yōu)勢，依托資 源發(fā)展相適產(chǎn)品的深加工技術(shù)，生產(chǎn)高性能和高附加值產(chǎn)品，是目前急需解決的一個(gè)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明的目的在于提供一種以天然白云石或石灰石為原料，常溫制備二水硫酸鈣 晶須的方法，克服了原有常壓水熱法在制備相對(duì)比較完整、品質(zhì)較好的二水硫酸鈣晶須，通 常需要在多85°C溫度中制得的熱能消耗問題，及規(guī)避了常壓水熱法制備二水硫酸鈣晶須都 有直徑偏大的缺陷。
[0012] 本發(fā)明提供了一種將二水硫酸鈣無機(jī)晶須應(yīng)用于造紙時(shí)，能克服其水溶性的方 法。該方法要比添加其它有機(jī)藥劑去確保晶須在紙面上的留著率要來得廉價(jià)及易控。
[0013] 本發(fā)明提供了一種常溫制備二水硫酸鈣晶須常壓轉(zhuǎn)無水晶須的方法，利用二水硫 酸鈣晶須制無水硫酸鈣晶須，為無水硫酸鈣晶須的制備找到一種與常規(guī)水壓熱法不同的制 備方法，其在設(shè)備的單位體積及作業(yè)的單位時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)量，要比常規(guī)水壓熱法的量大，能 耗指標(biāo)及所需的設(shè)備配置也要比水壓熱法少，且過程操作簡單易控。
[0014] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案： 一種常溫制備二水硫酸鈣晶須的方法，在常溫常壓下，以白云石或石灰石為原料溶解 成含鈣離子的水溶液中，利用含有金屬銅離子的晶型助長劑、液相有機(jī)催化劑，合成制備出 二水硫酸鈣晶須；所述晶型助長劑中金屬銅離子的含量為8~12g/L ;所述液相有機(jī)催化劑 中金屬銅離子的體積分?jǐn)?shù)為98%。
[0015] 作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：具體步驟為： (1) 原料的破碎、磨粉：由礦山開采的白云石或石灰石原礦，經(jīng)破碎、磨粉，得到礦粉，備 用； (2) 礦粉的溶解浸出：利用密封式浸罐，先往浸罐中緩慢加入適量的再生酸浸礦液作底 液，啟動(dòng)攪拌；當(dāng)浸罐內(nèi)底液翻滾流動(dòng)時(shí)，開始往浸罐中緩慢投加礦粉和再生酸浸礦液，直 至浸罐內(nèi)的液體體積達(dá)到浸罐容積的55~66%時(shí)停止加再生酸浸礦液，并繼續(xù)緩慢加礦粉 至過量，使其反應(yīng)完全；繼續(xù)往浸罐中加入適量的石灰乳調(diào)漿，并用PH試紙測得pH值多8 后，浸出工序完成，得到浸出液； (3) 常溫合成二水硫酸鈣晶須：分四步完成：第一步，預(yù)先在合成罐中加入浸出液，攪 拌翻漿，待合成罐中溶液翻動(dòng)正常；第二步，往其中加入晶型助長劑和液相有機(jī)催化劑，晶 型助長劑的質(zhì)量與浸出液的體積比為0. 1~0. 15kg/m3,液相有機(jī)催化劑的體積與浸出液的 體積比為1:5000,攪拌均勻；第三步，繼續(xù)往合成罐中緩慢加入浸出液的質(zhì)量的0. 1~0. 15 倍的含有體積濃度為50%的H2SO4、質(zhì)量濃度為8~12g/L的CuSO4 · 5H20的溫?zé)崃蛩崛芤海?加料投液的時(shí)間為35~45min ;第四步，攪拌翻漿至均勻位置，靜置反應(yīng)2~3h，期間每隔 25~35min開啟攪拌一次，每次攪拌3~5min，攪拌4~5次后，合成工序完成；在合成完 成后，經(jīng)取樣、鏡下檢測合格后，出罐，經(jīng)固液分離得到濾液和濾餅，濾液經(jīng)萃取分離出銅離 子和再生酸浸礦液后，分別循環(huán)使用；濾餅經(jīng)洗滌過濾后，得到二水硫酸鈣晶須產(chǎn)品。
[0016] 作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述步驟（2)中，再生酸浸礦液按照質(zhì)量濃度的組分 包括 HCl 47 ~50g/L 和 CaCl2 0 ~10g/L。
[0017] 作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：當(dāng)原料來自白云石時(shí)，再生酸浸礦液按照質(zhì)量濃度的 組分還包括MgCl2 0~6g/L，所述步驟（2)中的浸出液含有鈣離子、鎂離子混合氯化物，需 要對(duì)其進(jìn)行脫除鎂離子的工序，具體步驟為：在浸出液中，按比例加入石灰乳膏，經(jīng)強(qiáng)烈攪 拌反應(yīng)，脫除鎂離子，使溶液中的鎂離子含量降至I. 5g/L后，壓濾得到澄清濾液和濾餅，濾 餅用于制備輕質(zhì)高純氧化鎂及鎂鹽晶須。
[0018] 作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述步驟（2)中，整個(gè)過程中產(chǎn)生的CO2氣體流經(jīng)高位 消泡器中，經(jīng)氣液分離裝置分離，用于制輕質(zhì)碳酸鈣。
[0019] 作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：將二水硫酸鈣晶須產(chǎn)品應(yīng)用于造紙時(shí)，預(yù)先往抄紙用 水中投入足量的天然石膏礦形成硫酸鈣飽和的溶液，再投入二水硫酸鈣晶須進(jìn)行抄紙作 業(yè)。
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