[实用新型]一种硫酸钙晶须的生产设备

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种晶须的生产设备，尤其涉及硫酸钙晶须的生产设备。

背景技术

晶须作为复合材料中最为重要的增强组份得到美国、日本等工业发达国家的高度重视，近些年来，随着我国经济的高度发展，应用量也越来越大。因此，自80年代初期开始，我国重点对碳化硅、氧化铝、氮化硅等晶须进行研究，取得了突破性的进展；这些晶须性能优异，但价格昂贵，只能用于某些特殊的场合。如何降低晶须的成本，并使之得到更广泛的应用，得到了科技界的重视，目前，已经研究成功的了石膏纤维（晶须）生产线，产品不但性能优良，而且生产成本是所有种类晶须中最低的。近些年来，随着国家经济的发展、政策的推动和非金属产业自身的发展，市场上对其的需求量大增。

国内现有石膏纤维制备技术是以石膏为原料。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。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。其工艺过程包括：粉磨、配浆料、水热反应、液体分离、表面处理、干燥。

硫酸钙晶须分为无水、半水、二水3种，其中无水硫酸钙晶须强度最高。二水硫酸钙晶须超过110℃使用时起不到晶须的增强作用，工业应用前景小；无水及半水硫酸钙晶须则具有较高的强度和使用价值。硫酸钙晶须具有优良的力学性能，良好的相容性，优良的平滑性，再生性能好，无毒性，制造成本低，主要用于造纸、复合材料的增加组元、摩擦材料、环境工程过滤、沥青改性，以及提高涂料和油漆的附着力、耐温性及绝缘性。

硫酸钙晶须的生成实质是一个溶解→结晶→脱水的过程，反应式如下：

CaSO₄·2H₂O(颗粒状)→Ca²⁺+SO₄^2-+2H₂O

Ca²⁺+SO₄^2-+1/2H₂O→CaSO₄·1/2H₂O(纤维状)

CaSO₄·1/2H₂O→CaSO₄(纤维状)+1/2H₂O

生石膏属单斜晶系，其晶体结构是由[SO₄]四面体与Ca联结成平行于（010）面的双层。当温度升高到100～150℃时，生石膏释放出结晶水变为硬石膏。在水热条件下，生石膏在晶型转化过程中，由于其轴向和侧面生长速率的差异，其沿固定的方向一维生长。硫酸钙晶体的轴向（001）是[SO₄]四面体和[CaO₈]八面体的相互联结，是晶体中的强健方向，它在这个方向的生长速率最快，沿该轴线螺旋错位生长；其侧面是低能面，生长缓慢，甚至完全不生长，通过表面扩散来给晶须的尖端或基面上露头的螺旋供料，这就决定了硫酸钙晶须的生长形态。在原料溶液中放置一定数目的硫酸钙针状晶种，并控制生长环境处于较低的饱和度，使系统处于亚稳相，在相变驱动力下，使晶体沿着晶核的（001）面单向生长，从而使颗粒状的生石膏持续呈针状生长。

我国有著极其丰富的白云石储量，自晶须发现以来，各个国家材料学家们都十分重视，目前已经开发了上百种晶须。有金属、氧化物、碳化物、氮化物、硼化物及无极硅酸盐等晶须材料。许多晶须材料价格昂贵，其中硫酸钙晶须因其工艺简单，造价低廉，应用范围广泛更加倍受关注。

现有石膏纤维制备技术是以天然石膏为原料，属于矿物转化法。该方法生产的石膏纤维产品纯度取决于生产原料，产品白度受生产原料和设备的配置影响显著，需要根据市场要求选择不同的矿源。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供以原材料来源广泛、成本低廉的白云石外原料，生产高白度、高纯度、高长径比的硫酸钙晶须的生产设备。