以磷石膏为原料制备硫酸钙晶须工艺研究

发布时间：2020-06-07 12:32

【摘要】：磷肥生产过程产生大量的废弃磷石膏,其有效利用成为亟待解决的一大难题。而硫酸钙晶须作为一种质优价廉的晶须材料,具有韧性好,强度高,耐高温和抗腐蚀的优良性能,在塑料、陶瓷等领域都已有着广泛的应用。基于硫酸钙晶须的广泛需求和磷石膏所面临的堆存问题,以磷石膏为原料生产制备硫酸钙晶须既可以实现磷石膏的高值化利用,同时也能解决磷石膏造成的环境污染问题。为获取稳定且均匀的硫酸钙晶须,本文着重研究了硫酸钙晶须制备的影响因素,得到优化的工艺条件。再对制备所得硫酸钙晶须进行表征,以分析得到半水硫酸钙晶须的定向生长机理。探索出一条可实施的磷石膏净化工艺。最后,利用净化所得磷石膏作为原料,在优化的工艺条件下,制备出优良的硫酸钙晶须。首先,以二水硫酸钙为主要原料制备硫酸钙晶须。探讨不同反应温度和不同反应时间对硫酸钙晶须形貌的影响;以最佳反应温度和最佳反应时间作为条件,进一步探讨晶型助长剂和晶型稳定剂对硫酸钙晶须形貌的影响;再通过对半水硫酸钙晶须生长过程中各个阶段的产物进行分析及表征,得出半水硫酸钙晶须的生长机理。研究结果表明:在150℃和6h,0.3%氯化镁助晶剂和0.100%油酸钠稳定剂的反应条件下,可得到长径比40以上的半水硫酸钙晶须。其次,对半水硫酸钙晶须结晶过程中杂质的影响进行实验分析,分别在原料中添加磷酸与氢氟酸进行形貌观察,确定磷石膏中可溶性磷与钙离子结合而降低溶液饱和度而对晶须的生长过程产生影响。研究结果表明:当原料中可溶性磷的添加量达到1.0%(以原料质量计)以上时,难以形成晶须;可溶性氟使得晶须变粗而影响其结晶和长径比,当原料中可溶性氟添加量达到1.2%(以原料质量计)以上时,基本难以形成晶须。最后根据磷石膏成分分析,选择化学处理法处理磷石膏,用碳酸氢铵和氨水与磷石膏反应以提取硫酸根,用盐酸与碳酸钙反应以提取钙离子,再经过复分解反应重新得到硫酸钙,研究结果表明:此方法达到了较高的回收率,硫酸根转化率可达到82.66%,钙离子转化率可达到98.89%;利用净化后的磷石膏制备半水硫酸钙晶须,经形貌表征及测量计算,得到平均长径比50~80的半水硫酸钙晶须产品,基本实现了研究目的。
【图文】：

硫酸钙,晶体结构,硫酸钙晶须,晶须

.2 硫酸钙晶须硫酸钙晶须属于无机盐晶须的一种，是指硫酸钙的纤维状单晶体，它具有机强度好、无毒、稳定、价廉等优势特点，由于其特点，硫酸钙晶须常可作为增材料，用于聚氨醋、塑料、橡胶、水泥、陶瓷、造纸、胶粘剂、摩擦材料等领[7]。硫酸钙晶须是一种纤维状或针状的单晶体、其具有均匀的横截面、完整的外、完善的内部结构[8]。其纤维状形态是由于晶体在轴向和侧面生长速率的差异成的，晶体的生长过程符合 Harlman 和 Perdoek 等[9]提出的周期链理论，即须的长方向为沿轴向方向，生长方式为螺旋错位生长，有这样的生长方式形成的晶，其侧面能量较低，因而侧面生长缓慢，使得晶须的直径较小。晶须的尖端或面上露头螺旋由表面扩散供料，晶须的尖端化学键最强能量最高，因而是晶须长最快的方向。硫酸钙晶须的轴向(001)面上[SO4]四面体和[CaO8]八面体相互联，化学键最强，使得硫酸钙可以沿轴向生长而在该方向的生长而形成晶须。

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大学硕士学位论文 3 以硫酸钙为原料合成硫酸钙晶须反应工艺的3 以硫酸钙为原料合成硫酸钙晶须反应工艺的研究在水热环境中，反应温度、反应时间、料浆浓度、搅拌速率及添加剂的种数量等工艺参数等都会对晶体的成核以及各个面族的生长速率产生影响[24][显著地表现在晶体的形貌变化上。本章实验中，采用水热合成法制备硫酸钙晶须，分别探究了不同反应温度应时间和不同添加剂用量对于硫酸钙晶须形貌及平均长径比的影响，经形貌径比的结果分析，得到半水硫酸钙晶须水热合成的最佳工艺条件。1 反应温度
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ132.32;O784

【参考文献】