硫酸钙晶须的制备现状及应用
硫酸钙晶须的制备及其应用
硫酸钙晶须制备工艺
水
原 料
原料准备
添加剂 合成反应 过 滤 干 燥
精制处理
表面改性剂 表面改性 产 品
硫酸钙晶须的形成机理
0.30 0.25
石膏
0.20
溶解度(%)
0.15
硬
0.10
石
膏
半 水
石
膏
0.05
0
25
50
75
100
125
150
175
200
温度（°C）
石膏、半水石膏和硬石膏溶解度曲线
硫酸钙晶须的生长过程
① CaSO4· 2H2O的溶解过程： CaSO4· 2H2O→Ca2++SO42-+2H2O ② CaSO4· 1/2H2O的结晶过程： 随着温度的升高，当达到溶解极限时， CaSO4· 1/2H2O过饱和而在溶液中析出，形 成胚芽，胚芽进一步凝聚、长大形成晶须 生长的基础—晶核。 Ca2++SO42－+H2O CaSO4· 1/2H2O
试样 半水硫酸 钙晶须 无水可溶 硫酸钙晶须 无水死烧 硫酸钙晶须 参考卡片 晶系 01-0811848 01-0260329 01-0720503 六方 六方 正交 a/Å 6.9307 6.9820 6.9910 b/Å 6.9370 6.9820 6.9960 c/Å 6.3450 6.3400 6.2380 α/0 β/
20
3
2
强 10 度
氧 化 铝 晶 须
普 通 氧 化 铝
碳 化 硼 晶 须
普 通 碳 化 硼
石 墨 晶 须
普 通 石 墨
铁 晶 须
高 强 度 钢
碳 化 硅 晶 须
硫酸钙晶须
硫酸钙晶须一、概述硫酸钙晶须，别名：石膏纤维、石膏晶须；英文名称：Calcium Sulfate Whisker，缩写：CSW；化学式：CaSO4，国际商品名称为“ONODA-GPF”。
硫酸钙晶须是无水硫酸钙的纤维状单晶体，白色疏松针状物，以石膏为原材料, 通过人为控制, 以单晶形式生长的，具有均匀的横截面、完整的外形、完善的内部结构、稳定的尺寸的纤维状（须状）单晶体。
硫酸钙晶须是一种细小纤维状的亚纳米材料，具有十分优良的力学性能和物理性能、价格低廉的新型功能材料。
硫酸钙晶须有二水（CaSO4•2H2O）、半水（CaSO4•）和无水（CaSO4）之分。
其制备方法目前主要有水压热法和常压酸化法。
二、性能和指标（一）性能硫酸钙晶须具有高强度、高模量、高韧性、高绝缘性、耐磨耗、耐高温、耐酸碱、抗腐蚀、红外线反射性良好、易于表面处理、易与聚合物复合、无毒等诸多优良的理化性能。
1、优良的力学性能（1）很高的断裂强度和弹性模量硫酸钙晶须作为细微的单晶体，内部结构十分完整。
具有非常坚韧的性质，其抗张强度为玻璃纤维的5-10倍。
硫酸钙晶须能弹性地承受较大的应变而无永久变形，经4%的应变还在弹性范围内，不产生永久形变，而块状晶体的弹性变形范围却小于%。
（2）耐高温性硫酸钙晶须具有不会引起高温滑移的完整性，温度升高时，不分解、不软化，其强度几乎没有损失。
所以这个特性使其在防火材料中的应用成为可能。
（3）相当大的长径比硫酸钙晶须的横断面多具有六角形、斜方形、三角形或薄带形，不同于玻璃纤维或硼纤维具有圆形横断面，大大增加了长径比。
能满足增强塑料、防火板材时长径比（30-100）的要求，这样能使复合材料获得很高的强度和性能。
（4）无疲劳效应晶须没有明显的疲劳特征，即使被磨成粉末、切断，其强度也不受损失。
2、良好的相容性硫酸钙晶须的尺寸细微，不影响复合材料成型流动性，接近于无填充的树脂。
硫酸钙晶须可在有机基体中分布的很均匀，即使是极薄、极狭小甚至边角部位都能得到增强填充。
硫酸钙晶须的制备及应用研究进展
硫酸钙晶须的制备及应用研究进展
赵梅;童启邦;谢佳俊;魏洪新;刘待成;郑泽辉;郭勇
【期刊名称】《中国井矿盐》
【年(卷),期】2024(55)3
【摘要】硫酸钙晶须是一种性能优良的改性增强材料,但由于目前制备的硫酸钙晶须的产率较低、质量较差,致使其在实际应用中受到一定的限制。
为推动该问题的解决,本文介绍了当前硫酸钙晶须的制备方法,分析了各方法的优缺点,并介绍了硫酸钙晶须在材料改性及环境材料等方面的应用,对今后硫酸钙晶须的开发及应用研究提出了一些建议。
【总页数】3页(P1-2)
【作者】赵梅;童启邦;谢佳俊;魏洪新;刘待成;郑泽辉;郭勇
【作者单位】四川久大蓬莱盐化有限公司;泸州职业技术学院;成都柏森环保科技有限公司;四川大学
【正文语种】中文
【中图分类】TS35
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硫酸钙晶须生产工艺
目前，制取硫酸钙晶须的方法主要由水压热法和常压酸化法。
水压热法，将天然石膏精制后得到的二水硫酸钙配制成水溶液，放入水压热容器中，在一定的温度和压力下，二水硫酸钙转变为针状的半水硫酸钙晶体。
常压酸化法，将天然石膏或石灰、石灰乳与硫酸或废酸合成二水硫酸钙，在一定温度和酸性条件下，转变为针状或纤维状半水硫酸钙晶须。
制备原理结晶理论认为，硫酸钙晶须的制备实质上是颗粒状的二水硫酸钙失去结晶水，转变为半水或无水硫酸钙的过程，生成实质是一个溶解—结晶—脱水的过程，化学反应方程式如下：制备技术现状（1）石膏为原料以石膏为原料制备硫酸钙晶须的方法主要有水热法和常压酸化法。
水热法是将小于2%的二水石膏悬浮液加到水压热器中处理，在饱和蒸汽压力下，二水石膏变为细小针状的半水石膏，再经晶形稳定化处理得到半水硫酸钙晶须。
该方法生产成本高，应用受到限制。
常压酸化法是在一定温度下，高浓度二水石膏悬浮液在酸性溶液中可以转变为针状半水硫酸钙晶须。
与水压热法相比，此方法不需要压热器，且原料的质量分数大大提高，成本大幅度降低，易于实现工业化生产。
（2）钙盐和硫酸盐为原料此法又称为微乳法，分别配置钙盐和硫酸盐溶液，并进行机械搅拌，混合后轻微搅拌，陈化24h得到硫酸钙晶须。
适当的陈化时间对产物净化与排列组装有一定作用。
（3）柠檬酸废渣为原料此法采用水热法：把柠檬酸废渣在变频行星式球墨磨12h，过滤，与一定的水混合，调PH至3~4，加入一定比例的晶种和添加剂，进行水热反应，产物经过过滤、干燥，既得硫酸钙晶须。
所制备的晶须平均长径比约为50，转化率超过90%。
该方法充分利用柠檬酸废渣，变废为宝，具有重要的实际意义。
（4）废卤渣为原料此法以海盐卤水经石灰乳处理后的卤渣为原料，加入工艺废酸溶解、搅拌，调节PH为2~3，加热溶液至沸腾，此时，残渣中大部分钙离子已进入溶液中，趁热过滤，冷却后的白色结晶即为硫酸钙晶须。
所得产品纯度＞98%，达到工业一级品的标准。
硫酸钙晶须的制备及应用研究进展
硫酸钙晶须的制备及应用研究进展因硫酸钙晶须有许多优良性能，可用于塑料，橡胶，涂料等行业中。
硫酸钙晶须有较好的应用前景，故对硫酸钙晶须的制备及应用进行研究具有较高的价值。
本文对硫酸钙晶须的制备方法及应用做了概述。
标签：硫酸钙晶须;制备方法;应用硫酸钙晶须（CSW）是一种绿色环保无机材料。
无水晶须可在1000℃以上使用，因而无水的CSW具有高的使用价值和极高的强度。
[1]硫酸钙晶须的抗拉强度和弹性模量极高，有耐高温、高韧性、和橡胶等聚合物有较强的亲和力等优点，可用于橡胶、涂料、造纸等行业。
[2]CSW的应用前景广阔。
一、硫酸钙晶须的制备水热法水热法是用二水硫酸钙制得的悬浮液，放入高压釜中，在高温高压的环境下制得硫酸钙晶须。
Sichao Hou[3]等人研究结果表明：Mg2+对硫酸钙晶须一维方向生长有促进作用，形成的晶须长径比高。
在MgCl2浓度为1.9710-3mol/L时，CSW的长径比范围50-400。
常压酸化法除了水热法，制备CSW常用的另一种方法便是常压酸化法。
Hongjuan Sun[4]等人以烟气脱硫石膏为原料，用常压酸化法制备CSW。
研究酸浸温度和盐酸浓度对硫酸钙晶须形貌的影响。
结果表明：酸浸温度70℃，盐酸浓度3.7mol/L，制备的CSW纯度和白度均高。
CSW长径比范围在25～80。
二、硫酸钙晶须的应用硫酸钙晶须在沥青中的应用李利勤[5]等人研究结果表明：加入硫酸钙晶须的沥青的高温稳定性随硫酸钙晶须的掺量增加而逐步增大。
Taotao Fan[6]等人研究结果表明，两种CSW均能增强沥青混合料的抗车辙性能，且沥青混合料的高温性能随加入的硫酸钙晶须的含量增加而增加。
与半水硫酸钙晶须相比，无水硫酸钙晶须对沥青混合料高温性能具有更大的影响。
此外，无水硫酸钙晶须改性沥青的热稳定性优于半水硫酸钙晶须改性沥青。
硫酸钙晶须在复合材料中的应用硫酸钙晶须可提高聚丙烯（PP）的结晶性能与力学性能，添加适量的CSW 可使PP的弯曲模量、拉伸强度增加。
一种硫酸钙晶须的制备方法
一种硫酸钙晶须的制备方法引言硫酸钙（CaSO4）是一种重要的无机盐，广泛应用于建筑、农业、医药等领域。
硫酸钙晶须具有纳米级细长结构和良好的光学性质，因此在纳米技术和光学器件方面有着广阔的应用前景。
本文介绍了一种简单的制备硫酸钙晶须的方法，通过逐步加入药剂并在特定条件下控制反应过程来实现硫酸钙晶须的生成。
实验方法实验材料- 硫酸钡（BaSO4）- 氯化钙溶液（CaCl2）- 纯净水实验步骤1. 准备硫酸钡溶液：将硫酸钡与纯净水按一定比例混合，搅拌均匀，得到硫酸钡溶液。
2. 准备氯化钙溶液：将氯化钙与纯净水按一定比例混合，搅拌均匀，得到氯化钙溶液。
3. 将硫酸钡溶液倒入一个容器中，并加入少量氯化钙溶液。
4. 在容器中轻轻搅拌混合液，保持温度在25-30摄氏度之间。
5. 持续加入氯化钙溶液，直到反应溶液达到饱和状态。
6. 将反应溶液静置一段时间，观察硫酸钙晶体的生成。
7. 打开容器，观察硫酸钙晶须的形貌并进行收集。
结果与讨论在实验过程中，随着氯化钙溶液的逐步加入，硫酸钡溶液中的硫酸钡离子逐渐与氯化钙溶液中的钙离子发生反应生成硫酸钙。
由于反应条件的控制，硫酸钙晶须得以形成。
通过调整反应温度和药剂的加入速度，可以控制硫酸钙晶须的尺寸和形貌。
通过扫描电子显微镜观察硫酸钙晶须的形貌发现，其呈现出细长且纤细的特点，晶体表面光滑且无明显的缺陷。
这种形貌可以实现硫酸钙晶须的纳米级应用，并提供了良好的光学特性。
同时，晶须的尺寸可以通过控制反应条件来实现可调节，例如可以通过改变药剂浓度、反应时间和温度等因素来调控晶须的长度和直径。
这为硫酸钙晶须的应用提供了良好的灵活性和多样性。
结论本文介绍了一种简单的制备硫酸钙晶须的方法，通过逐步加入药剂并在特定条件下控制反应过程来实现硫酸钙晶须的生成。
通过调节反应条件和药剂浓度等因素，可以实现硫酸钙晶须的尺寸和形貌的可调节。
这种制备方法具有操作简便、成本低廉的优点，为硫酸钙晶须的应用提供了一种新的制备途径。
清华大学科技成果——化工副产物制备硫酸钙晶须
清华大学科技成果——化工副产物制备硫酸钙晶须成果简介硫酸钙晶须具有机械强度大、热稳定性好、价格低廉等特点，是塑料、橡胶、陶瓷、水泥等材料的理想增强材料。
目前我国化工、冶金、电力等国民经济支撑行业在生产过程中均副产大量含钙副产物（如脱硫石膏、磷石膏、电石渣、石灰石、氯化钙等），年产量高达数亿吨。
受技术经济条件限制，这些含钙副产物大多处于露天堆放和闲置状态，既浪费资源、污染环境又占用大量土地。
如何实现资源的高度综合利用，变废为宝，将其转化为国民经济发展急需的量大面广、附加值高的硫酸钙晶须产品是一项十分有意义的工作。
应用说明清华大学与国内相关院校合作，经过5年的潜心攻关，已于近期成功开发出水热合成硫酸钙晶须的技术。
该技术的主要原料为化工副产物（如脱硫石膏、磷石膏、电石渣、石灰石、氯化钙等），制备的硫酸钙晶须形貌规则、结晶良好、长径比大（长度200-2000μm，直径1-20μm，长径比50-200）、纯度高（硫酸钙晶须主含量>90-95%，与原料相关）。
该技术工艺简单，成本低廉（约2000-4000元/吨），所需设备大多为常规设备，具有较强的经济和社会效益。
目前国内类似产品售价为2万元/吨。
效益分析成本：<4000元/吨，保守售价：10000元/吨，年创产值3000万元，年创利税1800万元。
硫酸钙晶须形貌合作方式技术转让或合作开发，按年产3千吨中试规模计，技术开发费：400万元，常温反应及配套设备：300万元，水热反应及配套设备：800万元，焙烧及配套设备：500万元，其它常规设备费（过滤、干燥、粉碎、包装）：300万元，基建：300万元，其他（管、泵、阀、控制仪表等）：300万元，土地（30亩）：约500万元，不可预见：200万元，总投资：3600万元。
稀土尾矿中钙的提取及硫酸钙晶须的制备
稀土尾矿中钙的提取及硫酸钙晶须
的制备
稀土尾矿中钙的提取及硫酸钙晶须的制备
稀土尾矿是一种质量比较低的矿砂，其中含有大量的钙和其他稀土元素，其中钙是主要的有用成分。
因此，有必要从稀土尾矿中提取出钙元素，并制备硫酸钙晶须，以满足市场的需求。
提取钙元素和制备硫酸钙晶须的具体操作流程如下：
一、稀土尾矿中钙的提取
1.首先，将稀土尾矿进行选矿，去除杂质，使稀土尾矿中的钙更加纯净；
2.然后，采用氢氧化钠熔融法将稀土尾矿中的钙提取出来，即将稀土尾矿加入氢氧化钠溶液中，煮沸后收集沉淀物，得到氢氧化钠溶液中的钙沉淀；
3.最后，经过离子交换法、氧化还原法等方法将沉淀物中的钙离子进行分离，得到纯度较高的钙溶液。
二、硫酸钙晶须的制备
1.将上述提取的纯钙溶液与硫酸混合，加热搅拌，使钙离子与硫酸发生化学反应，形成硫酸钙溶液；
2.将硫酸钙溶液放入裂解器中，加热蒸发，使溶液中的水分被蒸发，剩下硫酸钙晶须；
3.将硫酸钙晶须冷却，容易晶须晶体形成，然后对其进行筛分，筛选出符合要求的硫酸钙晶须。
以上就是从稀土尾矿中提取钙元素，并制备硫酸钙晶须的具体操作流程，只要按照上述步骤操作，就可以获得高纯度的硫酸钙晶须。