一種以硅灰石為原料制備硫酸鈣晶須的方法
【專利摘要】一種以硅灰石為原料制備硫酸鈣晶須的方法，包括下述工藝步驟：1、選用二氧化硅含量達(dá)到≥47%的硅灰石作為原料，2、將步驟1制備的硅灰石粉料放入蒸餾水中，攪拌混合，制得質(zhì)量濃度為1-9%的硅灰石料漿，將硅灰石料漿升溫到60-95℃溫度，然后將濃度為1.0-9.0mol/L的硫酸水溶液以0.5-20ml/min的速度滴加到硅灰石料漿中，同時(shí)加入N,N-二甲基乙酰胺，加入量為硅灰石粉料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1.0-3.0%，硫酸溶液加入完畢后繼續(xù)反應(yīng)20-60min，停止攪拌，靜止陳化20-60min，過濾、洗滌，干燥，即得到硫酸鈣晶須。本發(fā)明原料來源廣泛，工藝簡(jiǎn)單，投資少，適于大規(guī)模生產(chǎn)。
【專利說明】—種以硅灰石為原料制備硫酸鈣晶須的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本項(xiàng)發(fā)明屬于無機(jī)非金屬粉體材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為一種以硅灰石為原料制備硫酸鈣晶須的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]硫酸鈣晶須是一種重要的無機(jī)非金屬新材料，其平均長(zhǎng)徑比一般在10以上，具有耐高溫，抗化學(xué)腐蝕，韌性好，強(qiáng)度高，絕緣性好、易進(jìn)行表面處理，與聚合物的親和能力強(qiáng)，無毒、質(zhì)輕等性能特點(diǎn)，被廣泛用于機(jī)械、電子、化工、國(guó)防、能源、環(huán)保等各種領(lǐng)域，因此在國(guó)內(nèi)外受到極大關(guān)注。 常用的硫酸鈣晶須制備方法有兩種。一種是以天然石膏為原料水熱合成法。把質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于2%的二水石膏懸浮液加入到反應(yīng)釜中處理，二水石膏在飽和蒸汽壓下，轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的針狀半水石膏，在經(jīng)過晶形穩(wěn)定化處理后，得到半水硫酸鈣晶須。該法由于生產(chǎn)成本高，廣泛應(yīng)用受到限制。另一種是常壓酸化法。該法是在一定溫度下，高濃度的二水石膏懸浮液可以在酸性溶液中轉(zhuǎn)變成纖維狀或針狀半水硫酸鈣晶須。與水熱法相比，此法不需要高壓反應(yīng)釜，并且原料料漿的質(zhì)量濃度較高，成本大幅度降低，較易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
[0003]在我國(guó)硫酸鈣晶須已經(jīng)得到較廣泛的應(yīng)用，特別是隨著復(fù)合材料的廣泛應(yīng)用和高速鐵路運(yùn)輸工業(yè)的飛快發(fā)展，對(duì)質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的硫酸鈣晶須的需求將快速增長(zhǎng)，以天然的礦物為原料，研究硫酸鈣晶須的制備方法，降低產(chǎn)品成本，保護(hù)環(huán)境具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本項(xiàng)發(fā)明以硅灰石為原料，以硫酸水溶液為溶劑，在常壓下經(jīng)過濕化學(xué)沉淀法制備硫酸鈣晶須新材料。產(chǎn)品制備過程中主要包括原料準(zhǔn)備，硅灰石破碎粉磨，控制反應(yīng)體系的各影響因素制備出硫酸鈣晶須。
[0005]采用的技術(shù)方案是:
一種以硅灰石為原料制備硫酸鈣晶須的方法，包括下述工藝步驟:
(1)、選用二氧化硅含量達(dá)到≥47%的硅灰石作為原料，利用破碎粉磨設(shè)備將硅灰石原料粉磨至粒度< 74 μ m的硅灰石粉料備用；
(2)、將由步驟(1)制備的硅灰石粉料放入蒸餾水中，經(jīng)電動(dòng)攪拌器以20(T900r/min的攪拌速度進(jìn)行攪拌混合，使硅灰石粉體充分分散均勻，制得質(zhì)量濃度為1-9%的硅灰石料漿；
(3)將硅灰石料漿升溫到60-95°C溫度，然后將濃度為1.0-9.0moI/L的硫酸水溶液以
0.5-20ml/min的速度滴加到硅灰石料漿中，硫酸與硅灰石中的硅酸鈣摩爾比為1-2.5:1，同時(shí)加入N，N-二甲基乙酰胺，N，N-二甲基乙酰胺的加入量為硅灰石粉料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的
1.0-3.0%，硫酸溶液加入完畢后繼續(xù)反應(yīng)20-60min ；
(4)停止攪拌，在空氣中靜止陳化20-60min，過濾、洗滌，干燥，即得到硫酸鈣晶須。
[0006]利用掃描電子顯微鏡觀測(cè)產(chǎn)物形貌并測(cè)量晶須直徑和長(zhǎng)度，其產(chǎn)物相貌為纖維狀，晶須直徑為0.5-4.0 μ m，晶須長(zhǎng)度為5.0-150 μ m。
[0007]在實(shí)施本項(xiàng)發(fā)明制備硫酸鈣晶須過程中，
【發(fā)明者】經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，得出影響硫酸鈣晶須質(zhì)量的主要因素包括硅灰石料漿的初始反應(yīng)濃度、攪拌速度、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、助劑種類及用量等因素，對(duì)此，
【發(fā)明者】進(jìn)行了認(rèn)真反復(fù)摸索，得出以下變化規(guī)律，其中:
(1)硅灰石料漿濃度。硅灰石料漿的初始反應(yīng)濃度如果偏低會(huì)影響產(chǎn)率，過高將影響產(chǎn)物粒徑。為了使硫酸溶液與硅灰石料漿混合均勻，使其反應(yīng)充分進(jìn)行，本發(fā)明采用的硅灰石料漿的初始濃度范圍為1-9% (wt)，其中質(zhì)量濃度確定為3.0%時(shí)可以得到較為理想的效果O
[0008](2)攪拌速度。為了得到形貌較好的硫酸鈣晶須，反應(yīng)過程中始終對(duì)反應(yīng)體系進(jìn)行攪拌，攪拌速度為200-900r/min。其中攪拌速度為500r/min時(shí)，可以制備出形貌均整的硫
酸鈣晶須。
[0009]不同攪拌速度下所合成的產(chǎn)物經(jīng)過X-射線衍射儀物相結(jié)構(gòu)分析，其結(jié)果表明，攪拌速度對(duì)合成產(chǎn)物的化學(xué)成分影響不大，說明沉淀反應(yīng)進(jìn)行的比較完全。
[0010](3)反應(yīng)溫度。在制備硫酸鈣晶須過程中，反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)物長(zhǎng)徑比影響較大，其中溫度范圍控制在60-95°C時(shí)，產(chǎn)物的長(zhǎng)徑比較大；合成產(chǎn)物的純度隨反應(yīng)溫度的升高變化不大。其中80°C時(shí)所獲得的硫酸鈣晶須比較理想。
[0011](4)助劑種類和用量。在制備硫酸鈣晶須的過程中，助劑的種類和用量對(duì)硫酸鈣晶須的影響較大。通過實(shí)驗(yàn)研究得出，N，N-二甲基乙酰胺是比較理想的助劑。在N，N-二甲基乙酰胺的用量為1_3%，均可得到硫酸鈣晶須。隨著用量的增加，合成的硫酸鈣晶須的形貌不均一，分散性差，純度低。其中用量為3%時(shí)所獲得的硫酸鈣晶須比較理想。利用X—射線衍射儀對(duì)合成產(chǎn)物進(jìn)行物相結(jié)構(gòu)分析，結(jié)果表明，所合成產(chǎn)物的X —射線衍射峰值與半水硫酸鈣的特征峰一一對(duì)應(yīng)，無雜質(zhì)峰存在，說明沉淀反應(yīng)產(chǎn)物全部為半水硫酸鈣。
[0012]采用SSX-550掃描電子顯微鏡觀察沉淀反應(yīng)產(chǎn)物形貌并測(cè)量晶須直徑和長(zhǎng)度，形貌為纖維狀，晶須直徑為0.5-4.0ym,晶須長(zhǎng)度為5-150 μ m。
[0013]與現(xiàn)有的制備硫酸鈣晶須的技術(shù)方法相比，本項(xiàng)發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
(1)原料來源廣泛。我國(guó)是優(yōu)質(zhì)硅灰石儲(chǔ)量較多的國(guó)家之一，以其為原料，可明顯降低硫酸鈣晶須的生產(chǎn)成本。
[0014](2)工藝簡(jiǎn)單。整個(gè)工藝過程分為兩大工序，每個(gè)工序需要控制的相關(guān)條件較少，制備過程簡(jiǎn)單。
[0015](3)生產(chǎn)設(shè)備比較簡(jiǎn)單。恒溫水浴、反應(yīng)容器和干燥設(shè)備是整個(gè)制備工藝中的三大主體設(shè)備，其余為耐酸堿的大型料槽、混合和攪拌設(shè)備等，且整個(gè)制備過程均在常壓下進(jìn)行，因此投資省，易產(chǎn)業(yè)化，且主體設(shè)備容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。
[0016](4)利用本方法生產(chǎn)的硫酸鈣晶須填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白，填加到橡塑制品、膠黏劑和彈性體等高分子聚合物中，既能減少橡膠、塑料的用量，降低制品成本，又能顯著提高材料的力學(xué)性能，增加材料的機(jī)械強(qiáng)度，可獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
[0017]實(shí)施實(shí)例1
以遼寧某地所產(chǎn)的硅灰石為原料，制備硫酸鈣晶須。
[0018]硅灰石化學(xué)成份如下表所示。
[0019]娃灰石化學(xué)成份表
【權(quán)利要求】
1.一種以硅灰石為原料制備硫酸鈣晶須的方法，其特征在于包括下述工藝步驟: (1)、選用二氧化硅含量達(dá)到≥47%的硅灰石作為原料，利用破碎粉磨設(shè)備將硅灰石原料粉磨至粒度< 74 μ m的粉末備用； (2)、將步驟(1)制備的硅灰石粉料放入蒸餾水中，經(jīng)電動(dòng)攪拌器以200-900r/min攪拌強(qiáng)度攪拌混合，使硅灰石粉體充分分散均勻，制得質(zhì)量濃度為1-9%的硅灰石料漿； (3)將硅灰石料漿升溫到60-95°C溫度，然后將濃度為1.0-9.0moI/L的硫酸水溶液以0.5-20ml/min的速度滴加到硅灰石料漿中，硫酸與硅灰石中含的硅酸鈣摩爾比為1-2.5:1,同時(shí)加入N，N- 二甲基乙酰胺，N，N- 二甲基乙酰胺的加入量為硅灰石粉料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1.0-3.0%，硫酸溶液加入完畢后繼續(xù)反應(yīng)20-60min ； (4)停止攪拌，在空氣中靜止陳化20-60min，過濾、洗滌，干燥，即得到硫酸鈣晶須。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以硅灰石為原料制備硫酸鈣晶須的方法，其特征在于: 硅灰石料漿質(zhì)量濃度為3%、攪拌速度為500r/min、硅灰石料漿反應(yīng)溫度為80°C、靜置陳化時(shí)間為30min。
【文檔編號(hào)】C30B7/14GK103849936SQ201410049666
【公開日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2014年2月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月12日
【發(fā)明者】姜玉芝, 王利華 申請(qǐng)人:沈陽理工大學(xué)