用工业废弃磷石膏为原料制备碳酸钙晶须的研究

1、用工业废弃磷石膏为原料制备碳酸钙晶须的研究论文关键词磷石膏碳酸钙晶须制备论文摘要以工业废弃磷石膏为原料制备碳酸钙晶须，利用显微镜和扫描电镜观察晶体形貌，晶须样品的晶型用X衍射和红外光谱进展了表征。在未添加任何添加剂的情况下，成功制得长径比约3060、外表光滑、大小分布均匀的文石型晶须及形貌独特的树枝状晶体，并对晶须的形成机制进展了分析。用磷石膏为原料制备碳酸钙晶须的最正确工艺条件为反响温度6080，碳酸钠溶液滴加速度小于16L/in，搅拌转速为300450r/in。Keyrds：phsphgypsu；aliuarbnate；hiskers；preparatinAbstrat：aliuarbna

2、tehiskerseresynthesizedbyusingindustrialastephsphgypsuasraaterials.aliuarbnaterystalfrasharaterizedbyirspeandeletrn-sanningirspe,XRDandFTIRanalysisaseplyedtinvestigatetherphlgyfaliuarbnatehiskers.Thesthandunifraliuarbnatehiskersithaspetrati30-60ereprduedithutanyadditive,andthespeialbranh-likealiuarb

3、naterystalasalspreparedsurprisingly.Furtherre,theehanisfrthealiuarbnatehiskersgrthasdisussed.Theptiupressingnditinsfrpreparatinfaliuarbnatehiskersbtainedereasfll:reatinteperature60-80,drppingvelityfsdiuarbnateslutin16L/in,agitatinrate300-450r/in.由于肥料工业的开展，目前全世界每年排出的磷石膏约为1亿t，其中绝大部分被当作废渣倾倒于河流、海洋，或围堤筑坝

4、，或堆积如山。这既浪费了可贵的石膏资源，同时给环境造成了严重污染。随着磷肥工业的开展及对环境污染控制要求的日益严格，世界各国正积极寻求合理利用废弃石膏的有效途径1-2。碳酸钙晶须在显微下呈针状或纤维状单晶体，具有性价比高、热稳定性好、易于加工等特点，其在造纸、塑料、橡胶等工业具有广泛应用前景。碳酸钙晶须的制备研究是当前国内外研究的热点，其制备方法很多，文献报道的合成碳酸钙晶须所采用的方法主要有：用可溶性钙盐与碳酸盐制备；用碳酸氢钙制备；尿素水解法制备；采用a(H)2悬浊液中通入2反响制备等3-7。但是以废弃磷石膏为原料制备碳酸钙晶须尚未见报道。笔者讨论了以工业废弃磷石膏提供钙源制备碳酸钙晶须的

5、可行性，研究了影响碳酸钙晶形和晶须质量的因素，为利用废弃磷石膏制备碳酸钙晶须奠定了基矗1材料与方法1.1原料和仪器石膏(aS42H2的质量分数为96.84，粒度125)，碳酸钠(分析纯)，反响器自制，不锈钢材质，XSP-16A型生物显微镜，HHS-2S型恒温水浴，JJ-1型电动搅拌器，D6234P型转速测定仪，X-41型奥林巴斯显微镜日本奥林巴斯株式会社，JS-5900LV型扫描电子显微镜(JEL)，AVATAR360FT红外光谱仪美国Nilet公司，XPertPrPDX衍射仪Philips。1.2实验方法取一定质量的石膏粉和100L蒸馏水于自制不锈钢反响器内，在搅拌下将碳酸钠溶液以一定的滴加

6、速度参加反响器内，并且保持反响体系恒温，待碳酸钠溶液滴加完毕后继续搅拌30in，过滤、洗涤、枯燥即得产品。在条件实验中用奥林巴斯显微镜观察碳酸钙晶体形貌，最后对最正确工艺条件下制得的晶须样品进展扫描电镜、X-衍射和红外光谱测试。2结果与讨论2.1反响温度对碳酸钙形貌的影响在搅拌转速为300r/in、滴加速度为8.0L/in及其他实验条件不变的情况下，测定反响温度对碳酸钙样品形貌的影响，结果如图1所示。(a)40(b)65()80图1不同反响温度下碳酸钙样品的显微照片640倍Fig.1irspephtgraphsfa3saplesunderdifferentreatinteperature由图1

7、可知，反响温度对碳酸钙晶形的影响较显著。在低温下易生成短棒状晶体，并混有立方形颗粒(图1a)，这可能是由于40左右硫酸钙的溶解度最大8，反响体系中a2+浓度较大，生成碳酸钙的过饱和度相对较大，容易成核、生长形成短棒状与颗粒状晶体。在较高温度下，能制得长径比大、外表光滑、杂晶少的碳酸钙晶须图1b、图1。温度高于80时不便于操作，本实验条件下，采用6080的反响温度较为适宜。2.2搅拌转速对碳酸钙形貌的影响在反响温度为60、滴加速度为8.0L/in及其他实验条件不变的情况下，测定搅拌转速对碳酸钙产品晶形的影响，结果如图2所示。从图2可以看出，搅拌转速对碳酸钙晶体形貌有很大的影响。在250r/in转

8、速下，碳酸钙样品为树枝状晶体及少量颗粒状晶体图2a，这可能是由于低转速下反响体系混合不太均匀，出现部分位置a2+和32-浓度过高，容易在初生的碳酸钙晶须上二次成核、生长出新晶须，而且容易粘结在一起，最终形成树枝形晶体；在高转速下，碳酸钙晶须在高剪切力的作用下易被打断(图2b、图2)。在本实验条件下，较适宜搅拌速度为300450r/in。(a)250r/in(b)450r/in()650r/in图2不同搅拌速度下碳酸钙样品的显微照片640倍Fig.2irspephtgraphsfa3saplesunderdifferentagitatinrate2.3滴加速度对碳酸钙形貌的影响在反响温度为60、

9、搅拌速度为300r/in及其他实验条件不变的情况下，测定滴加速度对碳酸钙产品晶形的影响，结果如图3所示。(a)4.0L/in(b)16.0L/in()24.0L/in图3不同滴加速度下碳酸钙样品的显微照片640倍Fig.3irspephtgraphsfa3saplesunderdifferentdrppingvelity由图3可知，实验中滴加速度4.0L/in时，生成的晶须细而长、外表光滑(图3a)；当滴加速度为16.0L/in时，Na23溶液与aS4溶液反响速度加快，产品呈现出独特的树枝状晶体(图3b)，这可能是由于在搅拌的作用下，结晶外表的构造受到破坏，而且滴加速度过快，易造成反响体系中碳

10、酸钠的部分浓度过高的现象，越易在初生的碳酸钙晶须外表二次成核、生长出新的晶须，随着反响时间的延长，晶须不断长大，最终形成形貌独特的树枝状晶体；当滴加速度过快时，样品为细小树枝状晶体及少量粒状晶体(图3)。在本实验条件下，Na23溶液滴加速度小于16.0L/in为宜。2.4扫描电镜分析在上述条件实验的根底上，在反响温度为65、搅拌转速为300r/in、碳酸钠滴加速度控制在10L/in的条件下，制得的碳酸钙样品的SE照片如图4所示。图4碳酸钙晶须的SE照片Fig.4SEphtgraphsfaliuarbnatehiskers图4显示，实验制得的碳酸钙产品为长径比约3060、外表光滑、大小分布较均匀

11、的晶须。2.5X衍射分析将最正确条件下所制碳酸钙晶须样品在载玻片上压实后，置于多功能粉末衍射仪上进展测试，结果如图5所示。图5碳酸钙晶须的X衍射图谱Fig.5XRDpatternsfaliuarbnatehiskers将图5与标准图谱进展比拟，与标准图谱根本吻合，可知样品为含有少量方解石相的文石晶型，这与显微图片中含有少量粒状晶体情况相一致。2.6红外光谱分析将最正确实验条件下所制得的碳酸钙样品做红外测试，结果如图6所示。图6碳酸钙晶须的FTIR图谱Fig.6FTIRspetrufaliuarbnatehiskers如图6所示，在692.15、707.32、851.25、1077.12、146

12、5.18-1处有特征吸收峰，与文献9中文石的特征吸收峰根本吻合。2.7反响过程分析如前所述，以磷石膏为原料制备碳酸钙晶须的过程为固-液多相反响体系，反响过程所涉及的反响式如下：aS42H2(S)a2+S42-+2H2a2+32-a3()以上反响过程包括aS42H2(S)的不断溶解，a2+和32的扩散反响、a3晶核的形成及长大等过程，碳酸钙生成存在的可能过程如图7所示。SHAPE*ERGEFRAT图7碳酸钙晶须生成过程示意图Fig.7Thedelfrreatinpressfaliuarbnatehiskers悬浮体系中由于aS42H2(S)溶解产生a2+并通过固体外表的扩散区进入液相主体，然后扩

13、散进入扩散反响区；而向体系中滴加的碳酸钠液滴在搅拌浆的剪切作用力下被分散成小液滴，32由小液滴外表的扩散区向液相主体中扩散，在扩散反响区中a2+和32相遇并结合生成碳酸钙。碳酸钙的晶形主要取决于扩散反响区a2+和32的浓度大小，即生成碳酸钙的过饱和度大校如前所述，较高温度下aS42H2(S)的溶解度相对较小，扩散反响区中a2+浓度低，生成碳酸钙的过饱和度低，从而有利于碳酸钙晶须的生成；滴加速度会改变扩散反响区中32的浓度，当滴加速度较低时，扩散反响区中32的浓度较低，而aS42H2(S)离解产生的a2+浓度根本不变，体系能维持较低的过饱和度，因此有利于生成碳酸钙晶须；搅拌转速能改变a2+和32

14、的扩散区域厚度，进而会影响离子的扩散速率及浓度分布，使碳酸钙的晶形发生改变。3结论1在未加任何添加剂的情况下，采用废弃磷石膏为原料在低过饱和度下能制得长径比大、外表光滑、均匀一致的文石型晶须。2碳酸钙晶须制备的最正确工艺条件为反响温度6080，碳酸钠溶液滴加速度小于16.0L/in，搅拌转速为300450r/in。3实验过程中，合成出了棒状和形貌奇特的树枝状碳酸钙样品，对于其形成机制还有待于进一步研究。参考文献1马天玺，漆嘉惠，张允湘，等.石膏两步法制硫酸钾中K2S4结晶工艺条件研究J.高校化学工程学报，20221：89-93.2ENF.Engineeringprpertiesandnstru

15、tinappliatinsfphsphgypsuJ.FlridaInstitutefPhsphateResearh，19901：68-70.3FAIRHILDGH，HENRYG，THATKERRI，etal.AiularaliteandaragnitealiuarbnateP.USPatent：6071336，2000-06-06.4TAY，INUIS，IASHITAT，etal.PreparatinfaragnitehiskersJ.J.A.era.S.，1995，78(5)：1983-1985.5李武，靳治良，张志宏，等.无机晶须材料的合成与应用J.化学进展，20224：264-274.6陈先勇，唐琴，史伯