[发明专利]一种磷石膏水热制备高长径比硫酸钙晶须的方法

说明书

本发明公开了一种磷石膏水热制备高长径比硫酸钙晶须的方法，该方法以磷石膏为原料，利用有机酸‑金属离子溶液体系实现硫酸钙晶须的定向生长，从而制备直径较小、长径比较大、纯度较高和形貌规则的硫酸钙晶须；该硫酸钙晶须平均直径为0.15～0.21μm、平均长径比为50～350、纯度不低于98.0%、白度为80%～97%、形貌均匀；本发明操作简单、原料易得、工艺条件温和，在处理废弃物的同时还能高效地避免磷石膏中杂质对硫酸钙晶须的影响，利用本发明制备得到的硫酸钙晶须平均长径比较大，而且白度和纯度较高、形貌均匀、附加值高，可作为填充材料用于造纸、食品、工程塑料以及陶瓷等领域。

技术领域

本发明属于无机材料制备技术领域。具体涉及一种以磷石膏为主要原料制备高长径比硫酸钙晶须的方法。

背景技术

磷石膏是磷复肥企业用磷矿与硫酸作用湿法生产磷酸时的副产品，每生产1t磷酸产生4.5~5t磷石膏。磷复肥关乎我国粮食、农业、资源、能源和环境等重要领域，在我国国民经济中占有较为重要的地位，目前，国内外工业生产磷肥几乎都采用湿法生产磷酸、再经氨化制成磷肥的工艺。随着我国磷复肥产量的迅速增长，磷石膏的产排量也逐年增大，2012年全国磷石膏产生量约7000万吨，堆存量已达2.5亿吨，大量的排放堆积会产生严重的环境污染，而且它已经阻碍了我国经济的可持续发展。近年来，堆积的磷石膏已对我国环境构成了很大威胁，而且随着其排放量增加环境风险也随之加剧。提高磷石膏综合利用率既是磷复肥行业必须面对的紧迫问题，也是有效解决环境、资源问题的途径之一。

硫酸钙晶须，又称石膏晶须，是一种以单晶形式生长的新型针状纤维材料，主要以无水、半水和二水形式存在，含结晶水的可以脱水变成无水形式，无水硫酸钙晶须也可以水化成含结晶水形式，其中无水和半水硫酸钙晶须强度较大且具有较高的使用价值。硫酸钙晶须呈白色疏松针状，其平均长径比根据制备方法不同呈现出从几十到几千不等。硫酸钙晶须具有以下特征：高强度、高韧性、高模量、良好的绝缘性和阻燃性、耐腐蚀、耐高温、耐磨及无毒，与有机聚合物相容性好，易于表面处理。可见，硫酸钙晶须是一种应用前景十分广阔的无机环保材料，可用作建筑材料、隔热材料、摩擦材料、密封材料和增强组元，还可以应用于造纸及食品行业。硫酸钙晶须的性能在一定程度上会影响其性能从而限制晶须的综合应用，因此，以磷石膏为主要原料制备高纯高长径比硫酸钙晶须是拓展磷石膏综合利用的一条新途径。

目前，有不少研究者对用磷石膏为原料制备硫酸钙晶须做了研究，主要制备方法有酸化法和水热法。李国勇等（李国勇，崔益顺，付凌杰. 磷石膏制备硫酸钙晶须的条件研究[J].无机盐工业，2014,4（8）：59-62）以磷石膏为原料，在料浆质量分数为2%、采用硫酸镁为晶型助长剂、pH为3的条件下，制备出的硫酸钙晶须平均长径比为60，但晶须产率只有36.4%。已公开的中国专利CN104005086A公开发明了一种以磷石膏为原料，加入8%（wt）盐酸在搅拌条件下加热，趁热过滤，经过二次循环得到除去杂质的二水硫酸钙，通过加入盐酸酸化-陈化结晶、洗涤、干燥得到长径比为80～120的二水硫酸钙晶须。刘江等（刘江，杨红艳，石文建，等.磷石膏水热合成硫酸钙晶须[J].化工环保，2014,2（34）:141-144）以磷石膏为原料，二水合硫酸钙、硫酸镁、甘油为添加剂，当磷石膏含量2.5%(wt)、反应温度130 ℃、反应时间4 h、体系pH=4时，制备得到的硫酸钙晶须长径比为56.24，平均直径为0.17 μm。

以磷石膏为原料，虽然酸化法制备的硫酸钙晶须产品白度和纯度都较高，但晶须的产率较低，而且产品多为二水硫酸钙晶须，长径比不大，应用价值不高；而采用水热法制备的硫酸钙晶须，如果磷石膏不经过预处理，由于其中含有大量杂质故不可避免的其纯度会偏低，白度也不佳；虽然经过预处理的磷石膏制备得到的晶须白度和纯度在一定程度上会有所改善，但是附加值并没有很大提升。

发明内容