[發(fā)明專利]高補(bǔ)強(qiáng)性改性無水硫酸鈣晶須的生產(chǎn)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210022506.3
• 申請日: 2012-02-02
• 公開（公告）號: CN102534773A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉維江;孫文道
• 申請（專利權(quán)）人: 四川萬潤非金屬礦物材料有限公司
• 主分類號: C30B29/10
• 分類號: C30B29/10;C30B29/62;C30B7/14;C01F11/46
• 代理公司: 成都頂峰專利事務(wù)所(普通合伙) 51224
• 代理人: 成實

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是非金屬材料加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及的是改性無水硫酸鈣晶須的生產(chǎn)方法。

背景技術(shù)

晶須作為生長成針狀的單晶體，是一種幾乎達(dá)到理想狀態(tài)的細(xì)微結(jié)晶纖維。具有長徑比大、無晶粒界等特點(diǎn)。由于其直徑小，結(jié)晶時高度有序的原子排列結(jié)構(gòu)，幾乎不容納常規(guī)材料的空隙和位錯等結(jié)構(gòu)缺陷，因此，機(jī)械強(qiáng)度和模量均接近完整晶體材料的理論值，力學(xué)性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過目前大量使用的一般粒狀填料。晶須所具有的長徑比大的特殊形貌，使之成為一種力學(xué)性能優(yōu)異的新型復(fù)合材料的補(bǔ)強(qiáng)劑。

現(xiàn)行的硫酸鈣晶須的制備方法主要有：

第一類：用二水石膏（二水硫酸鈣）合成硫酸鈣晶須。其原理是在一定溫度和酸堿度條件下，利用二水硫酸鈣溶解度大、半水硫酸鈣（半水石膏）溶解度小的差別，使二水物溶解、半水物生成。這一類方法又分為水熱合成法和常壓酸化法，用的都是上述原理。水熱合成法產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良，但投資高、對石膏純度和細(xì)度要求高、生產(chǎn)能力小，該生產(chǎn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅為2%，總的生產(chǎn)成本很高，應(yīng)用受到限制。常壓酸化法的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)溫度低，通常只需要90～100℃，無高壓設(shè)備，生產(chǎn)能力較大，但晶須的生長和陳化時間長，生產(chǎn)成本較高，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的酸氣、酸水、酸渣，導(dǎo)致環(huán)保壓力較大。

第二類：用水溶性Ca^2*和SO₄^2-合成硫酸鈣晶須。

含Ca^2*的水溶性化合物有氯化鈣、硝酸鈣、甲酸鈣等，能與鹽酸作用生成水溶性氯化鈣的物質(zhì)有石灰石、方解石、大理石、生石灰等。含SO₄^2-的水溶性化合物有硫酸和硫酸鹽，硫酸鹽有硫酸鈉、硫酸氫鈉、硫酸銨等。CN1324170的中國專利，將CaCO₃含量在98%以上的石灰石在850℃～1200℃煅燒，得到白色的生石灰（CaO），再用蒸餾水充分消化后經(jīng)120目篩過濾得到石灰乳液，在反應(yīng)器中加熱升溫至125℃，然后注入等摩爾的硫酸水溶液，攪拌反應(yīng)60分鐘，抽濾得到硫酸鈣晶須，長徑比達(dá)到55。公布授權(quán)號為CN101674848的中國專利，將含2mol/L碳酸鈣和0.02mol/L油酸鈉的混合溶液100ml與含4mol/L硫酸氫鈉的溶液100ml,在40℃攪拌反應(yīng)1小時,得到的白色乳液經(jīng)過濾和洗滌轉(zhuǎn)化為超細(xì)二水硫酸鈣后,在高壓反應(yīng)釜中，加入0.01mol/L氯化亞鐵溶液調(diào)節(jié)固含率為5wt%，于160℃攪拌反應(yīng)6小時，再冷卻、過濾、洗滌、干燥（105℃，4h）得到半水硫酸鈣晶須。將重量比為100：0.1的半水硫酸鈣晶須和氯化鈉混合，在馬弗爐中，以1℃/分速度升溫到400℃后保持3小時，自然冷至室溫，與適量去離子水混合配成固含率為10wt%的懸浮液，在80轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢柘礈?小時，過濾、洗滌、干燥（105℃，4小時）。再重復(fù)洗滌、過濾、干燥1次，最后得到長徑比為50，主含量97wt%的無水硫酸鈣晶須。

上述兩個中國專利中，制備硫酸鈣晶須和無水硫酸鈣晶須時，雖然起始原料都采用了廉價易得的碳酸鈣，或CaCO₃含量為98%以上的石灰石，但生產(chǎn)工藝流程復(fù)雜，尤其是制備無水硫酸鈣晶須的方法，不易工業(yè)化，同時生產(chǎn)成本也相對較高。為了加大硫酸鈣晶須在下游制品中的應(yīng)用，提高產(chǎn)品的質(zhì)量、降低產(chǎn)品的成本、實現(xiàn)綠色環(huán)保，則是目前生產(chǎn)硫酸鈣晶須的重要環(huán)節(jié)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種產(chǎn)品質(zhì)量高、成本低、制備過程簡單且綠色環(huán)保的高補(bǔ)強(qiáng)性改性無水硫酸鈣晶須的生產(chǎn)方法。

實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如下：高補(bǔ)強(qiáng)性改性無水硫酸鈣晶須的生產(chǎn)方法，主要由以下步驟構(gòu)成：

（1）鈣鹽水乳液的配制：將石灰石粉加入攪拌下的水中，攪拌混合均勻；

（2）硫酸水溶液的配制：在攪拌下的水中，依次加入硫酸和轉(zhuǎn)晶劑配制成硫酸水溶液；

（3）轉(zhuǎn)化反應(yīng)、陳化、過濾和洗滌：將具有1摩爾份Ca²⁺的鈣鹽水乳液加入溫度為100～110℃且具有2摩爾份SO₄^2-的硫酸水溶液中，添加完成后，加入形貌控制劑，在溫度為110～120℃條件下攪拌陳化2～3.5小時，過濾，洗滌，得到半水硫酸鈣晶須的濕品；本步驟中，為了使轉(zhuǎn)化反應(yīng)完全，達(dá)到最高的生成率，所述鈣鹽水乳液需要緩慢加入到溫度為105℃以上的硫酸水溶液中；

（4）干燥脫水：將半水硫酸鈣晶須的濕品置入加熱爐中，在溫度為200℃以上的條件下，干燥制得無水硫酸鈣晶須。