一种硫酸钙晶须的后处理方法
技术领域
本文涉及石膏晶须技术，尤指一种硫酸钙晶须的后处理方法，具体为一种硫酸钙晶须的新型煅烧方法。
背景技术
晶须是以单晶形式生长成的具有一定长径比，具有固定的横截面形状、完整的外形、完善的内部结构、长径比高达5～1000甚至更高的纤维状单晶体。晶须通常不含有普通材料中存在的缺陷(晶界、位错、空穴等)，原子高度有序，其强度可接近完整晶体材料的理论值，是一类力学性能十分优异的新型复合材料补强增韧剂。硫酸钙晶须，又名石膏晶须，具有耐酸碱性好、韧性好、电绝缘性好、强度高、易于进行表明处理、毒性低等优点，在未来的发展中必将具有极其广泛的应用前景。
硫酸钙晶须的干燥煅烧是其制备工艺中非常重要的技术，干燥煅烧的质量与能耗直接关系着硫酸钙晶须的利用与制备成本。硫酸钙晶须的干燥煅烧实质就是对人工合成的硫酸钙晶须进行高温处理，使其脱去结晶水，抑制水化性能和提高稳定性能的过程。人工合成的硫酸钙晶须通常包括半水、无水和二水硫酸钙晶须，在经干燥煅烧后可生成半水、无水可溶和无水死烧硫酸钙晶须，其中半水和无水可溶硫酸钙晶须均可在有水存在的情况下发生水化反应，从而导致硫酸钙的晶体结构和性能发生破坏，从而失去晶须的特性无法实现增强作用，这极大限制了它们在实际中的应用。而无水死烧硫酸钙晶须虽不易发生水化反应，但生产成本高，生产周期长，是现阶段工业生产硫酸钙晶须中遇到的比较重要的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种低能耗的硫酸钙晶须干燥煅烧方法。利用该方法不仅能抑制硫酸钙晶须水解，提高晶须稳定性能，还可对后续的干燥煅烧有一定的促进作用，可减少干燥煅烧时间，节约干燥煅烧成本。
本申请提供了一种硫酸钙晶须的后处理方法，包括下列步骤：
(1)将硫酸钙晶须粗品进行抽滤，将抽滤后的硫酸钙晶须粗品放置在有机溶剂中，使得抽滤后的硫酸钙晶须粗品完全浸泡在有机溶剂中，
所述硫酸钙晶须粗品的制备方法中使用到水；
(2)取出浸泡在有机溶剂中的硫酸钙晶须粗品，对其进行抽滤，抽滤后进行干燥；
(3)将步骤(2)干燥后得到的硫酸钙晶须放入马沸炉中进行煅烧，煅烧后即完成对硫酸钙晶须的后处理。
在本发明提供的硫酸钙晶须的后处理方法中，步骤(1)中所述的浸泡的时间为1-30h。
在本发明提供的硫酸钙晶须的后处理方法中，步骤(1)中所述的有机溶剂选自甲醇、乙醇和丙二醇中的一种或多种。
在本发明提供的硫酸钙晶须的后处理方法中，步骤(2)中所述的干燥温度为100-200℃，干燥时间为0.5-4h。
在本发明提供的硫酸钙晶须的后处理方法中，步骤(3)中所述的煅烧温度为300-600℃，煅烧时间为0.5-2h。
在本发明提供的硫酸钙晶须的后处理方法中，所述硫酸钙晶须粗品的制备方法为水热合成法。
在本发明提供的硫酸钙晶须的后处理方法中，可选地，步骤(1)还可以利用布氏漏斗抽滤装置将水热合成法制备好的硫酸钙晶须进行抽滤，将滤饼放入培养皿中，在培养皿中加入足够的无水乙醇溶液使培养皿中的硫酸钙晶须完全浸泡在无水乙醇中，并且盖好盖子以防无水乙醇的挥发，然后将培养皿放入恒温箱中。
在本发明提供的硫酸钙晶须的后处理方法中，所述的水热合成法包括如下步骤：
(a)将生石膏与水混合，制得浆料；
(b)调整浆料pH值至酸性，然后在密闭容器中搅拌，保温后经过滤，洗涤即得硫酸钙晶须粗品。
在本发明提供的硫酸钙晶须的后处理方法中，步骤(a)中所述浆料的固含量为10-20％。
在本发明提供的硫酸钙晶须的后处理方法中，步骤(b)中所述pH至为4-6；
在本发明提供的硫酸钙晶须的后处理方法中，步骤(b)中所述密闭容器中温度为130-150℃；
在本发明提供的硫酸钙晶须的后处理方法中，步骤(b)中所述搅拌的搅拌速率为250-400r/min，
在本发明提供的硫酸钙晶须的后处理方法中，步骤(b)中所述保温时间为200-300min。
另一方面，本发明还提供了一种硫酸钙晶须，所述硫酸钙晶须经过上述后处理方法制得。
本发明的方法不仅仅针对水热合成法，从理论上来说，适用于所有合成过程中有水参与晶须合成的方法，所有合成过程中有水参与合成的硫酸钙晶须在干燥时都容易水化，采用本发明方法可以有效防止晶须水化；
本发明的积极效果是：
1、利用水热合成法制备的硫酸钙晶须在进行抽滤处理后还残留有一定的水分，化学活性高，极易发生水化反应，而且在短时间若不及时进行干燥煅烧处理即会完全水化为硫酸钙粉末，对于硫酸钙晶须的应用有着很大的限制。因此水热合成完后，硫酸钙晶须必须立即干燥煅烧。本发明利用无水乙醇对水热合成后的硫酸钙晶须进行预处理，可以快速将晶须中的水置换出来，抑制硫酸钙晶须水解。与不经过无水乙醇预处理直接干燥煅烧相比，本发明煅烧得到的硫酸钙晶须长径比更大，晶须表面缺陷更少，无水硫酸钙晶须的含量更多，半水硫酸钙晶须的含量更少，性能更稳定。
2、本发明利用无水乙醇对水热合成后的硫酸钙晶须进行预处理，可对后续的干燥煅烧有一定的促进作用，可减少干燥煅烧时间，降低煅烧温度，节约干燥煅烧成本。
本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所描述的方案来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本申请技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。
图1为现有干燥煅烧制备得到的硫酸钙晶须SEM形貌；
图2为本申请实施例2干燥煅烧制备得到的硫酸钙晶须SEM形貌
具体实施方式
下面通过实施例来描述本申请的实施方式，本领域的技术人员应当认识到，这些具体的实施例仅表明为了达到本申请的目的而选择的实施技术方案，并不是对技术方案的限制。根据本申请的教导，结合现有技术对本申请技术方案的改进是显然的，均属于本申请保护的范围。
本申请实施例中提供了一种硫酸钙晶须的后处理方法，包括下列步骤：
(1)将硫酸钙晶须粗品进行抽滤，将抽滤后的硫酸钙晶须粗品放置在有机溶剂中，使得抽滤后的硫酸钙晶须粗品完全浸泡在有机溶剂中，
所述硫酸钙晶须粗品的制备方法中使用到水；
(2)取出浸泡在有机溶剂中的硫酸钙晶须粗品，对其进行抽滤，抽滤后进行干燥；
(3)将步骤(2)干燥后得到的硫酸钙晶须放入马沸炉中进行煅烧，煅烧后即完成对硫酸钙晶须的后处理。
在本发明实施例中，步骤(1)中所述的浸泡的时间为1-30h。
在本发明实施例中，步骤(1)中所述的有机溶剂选自甲醇、乙醇和丙二醇中的一种或多种。
在本发明实施例中，步骤(2)中所述的干燥温度为100-200℃，干燥时间为0.5-4h。
在本发明实施例中，步骤(3)中所述的煅烧温度为300-600℃，煅烧时间为0.5-2h。
在本发明实施例中，所述硫酸钙晶须粗品的制备方法为水热合成法。
在本发明实施例中，可选地，步骤(1)还可以利用布氏漏斗抽滤装置将水热合成法制备好的硫酸钙晶须进行抽滤，将滤饼放入培养皿中，在培养皿中加入足够的无水乙醇溶液使培养皿中的硫酸钙晶须完全浸泡在无水乙醇中，并且盖好盖子以防无水乙醇的挥发，然后将培养皿放入恒温箱中。
在本发明实施例中，所述的水热合成法包括如下步骤：
(a)将生石膏与水混合，制得浆料；
(b)调整浆料pH值至酸性，然后在密闭容器中搅拌，保温后经过滤，洗涤即得硫酸钙晶须粗品。
在本发明实施例中，步骤(a)中所述浆料的固含量为10-20％。
在本发明实施例中，步骤(b)中所述pH至为4-6；
在本发明实施例中，步骤(b)中所述密闭容器中温度为130-150℃；
在本发明实施例中，步骤(b)中所述搅拌的搅拌速率为250-400r/min，
在本发明实施例中，步骤(b)中所述保温时间为200-300min。
另一方面，本发明实施例还提供了一种硫酸钙晶须，所述硫酸钙晶须经过上述后处理方法制得。
实施例1
本实施例的硫酸钙晶须原料是采用水热合成的方法合成，具体制备步骤如下：将纯度为90％的脱硫石膏与水混合均匀，制成固含量为15％的料浆。料浆中加入稀硫酸以调整料浆的pH值为5，然后放入高压反应釜，在温度为140℃和搅拌速度为300转/分钟的条件下，保温240分钟，过滤，洗涤。
本实施例干燥煅烧后处理硫酸钙晶须的方法，包括以下步骤：
(1)无水乙醇预处理
利用布氏漏斗抽滤装置将水热合成法制备好的硫酸钙晶须进行抽滤，此时硫酸钙晶须中还含有还残留有一定的水分；将抽滤得到的滤饼放入培养皿中，在培养皿中加入足够的无水乙醇溶液使培养皿中的硫酸钙晶须完全浸泡在无水乙醇中，并且盖好盖子以防无水乙醇的挥发，然后将培养皿放入恒温箱中，保持温度为室温25℃的情况下浸泡1h。
(2)低温干燥
将浸泡后的硫酸钙晶须再进行抽滤处理，得到的硫酸钙晶须滤饼放入培养皿中在恒温恒湿箱进行低温干燥。干燥温度为200℃，干燥时间为0.5h。
(3)高温煅烧
将低温煅烧处理后的硫酸钙晶须放入马弗炉中进行600℃的高温煅烧，煅烧时间0.5h后晶须已达到恒重，制得表面缺陷更少，无水硫酸钙晶须的含量更多，半水硫酸钙晶须的含量更少的硫酸钙晶须，其平均长径比达到60左右。
实施例2
本实施例的硫酸钙晶须原料是采用水热合成的方法合成，具体制备步骤如下：将纯度为90％的脱硫石膏与水混合均匀，制成固含量为15％的料浆。料浆中加入稀硫酸以调整料浆的pH值为5，然后放入高压反应釜，在温度为140℃和搅拌速度为300转/分钟的条件下，保温240分钟，过滤，洗涤。
本实施例干燥煅烧后处理硫酸钙晶须的方法，包括以下步骤：
(1)无水乙醇预处理
利用布氏漏斗抽滤装置将水热合成法制备好的硫酸钙晶须进行抽滤，此时硫酸钙晶须中还含有还残留有一定的水分；将抽滤得到的滤饼放入培养皿中，在培养皿中加入足够的无水乙醇溶液使培养皿中的硫酸钙晶须完全浸泡在无水乙醇中，并且盖好盖子以防无水乙醇的挥发，然后将培养皿放入恒温箱中，保持温度为室温25℃的情况下浸泡15h。
(2)低温干燥
将浸泡后的硫酸钙晶须再进行抽滤处理，得到的硫酸钙晶须滤饼放入培养皿中在恒温恒湿箱进行低温干燥。干燥温度为100℃，干燥时间为4h。
(3)高温煅烧
将低温煅烧处理后的硫酸钙晶须放入马弗炉中进行500℃的高温煅烧，煅烧时间1h后晶须已达到恒重。制得表面缺陷更少，无水硫酸钙晶须的含量更多，半水硫酸钙晶须的含量更少的硫酸钙晶须，其平均长径比达到60左右。
实施例3
本实施例的硫酸钙晶须原料是采用水热合成的方法合成，具体制备步骤如下：将纯度为90％的脱硫石膏与水混合均匀，制成固含量为15％的料浆。料浆中加入稀硫酸以调整料浆的pH值为5，然后放入高压反应釜，在温度为140℃和搅拌速度为300转/分钟的条件下，保温240分钟，过滤，洗涤。
本实施例干燥煅烧后处理硫酸钙晶须的方法，包括以下步骤：
(1)无水乙醇预处理
利用布氏漏斗抽滤装置将水热合成法制备好的硫酸钙晶须进行抽滤，此时硫酸钙晶须中还含有还残留有一定的水分；将抽滤得到的滤饼放入培养皿中，在培养皿中加入足够的无水乙醇溶液使培养皿中的硫酸钙晶须完全浸泡在无水乙醇中，并且盖好盖子以防无水乙醇的挥发，然后将培养皿放入恒温箱中，保持温度为室温25℃的情况下浸泡30h。
(2)低温干燥
将浸泡后的硫酸钙晶须再进行抽滤处理，得到的硫酸钙晶须滤饼放入培养皿中在恒温恒湿箱进行低温干燥。干燥温度为150℃，干燥时间为1h。
(3)高温煅烧
将低温煅烧处理后的硫酸钙晶须放入马弗炉中进行300℃的高温煅烧，煅烧时间2h后晶须已达到恒重，制得表面缺陷更少，无水硫酸钙晶须的含量更多，半水硫酸钙晶须的含量更少的硫酸钙晶须，其平均长径比达到60左右。
对比例1
制备硫酸钙晶须的制备方法如下：
将纯度为90％的脱硫石膏与水混合均匀，制成固含量为15％的料浆。料浆中加入稀硫酸以调整料浆的pH值为5，然后放入高压反应釜，在温度为140℃和搅拌速度为300转/分钟的条件下，保温240分钟，过滤，洗涤。
本对比例干燥煅烧硫酸钙晶须的方法，包括以下步骤：
(1)低温干燥
利用布氏漏斗抽滤装置将水热合成法制备好的硫酸钙晶须进行抽滤，得到的硫酸钙晶须滤饼在恒温恒湿箱进行低温干燥。干燥温度为100℃，干燥时间为4h。
(2)高温煅烧
将低温煅烧处理后的硫酸钙晶须放入马弗炉中进行500℃的高温煅烧，煅烧1h后晶须质量仍未达到恒重，直至煅烧5h后晶须才达到恒重，晶须的平均长径比为30。采用该干燥煅烧方法制备得到的硫酸钙晶须SEM形貌如图1所示。
对比例2
将纯度为90％的脱硫石膏与水混合均匀，制成固含量为15％的料浆。料浆中加入稀硫酸以调整料浆的pH值为5，然后放入高压反应釜，在温度为140℃和搅拌速度为300转/分钟的条件下，保温240分钟，过滤，洗涤。
本对比例干燥煅烧硫酸钙晶须的方法，包括以下步骤：
(1)无水乙醇预处理
利用布氏漏斗抽滤装置将水热合成法制备好的硫酸钙晶须进行抽滤，此时硫酸钙晶须中还含有还残留有一定的水分；将抽滤得到的滤饼放入培养皿中，在培养皿中加入足够的无水乙醇溶液使培养皿中的硫酸钙晶须完全浸泡在无水乙醇中，并且盖好盖子以防无水乙醇的挥发，然后将培养皿放入恒温箱中，保持温度为室温25℃的情况下浸泡15h。
(2)煅烧
将浸泡后的硫酸钙晶须再进行抽滤处理，得到的硫酸钙晶须滤饼放入培养皿中在恒温恒湿箱进行煅烧。干燥温度为500℃，煅烧1h后晶须质量仍未达到恒重，直至煅烧3h后晶须才达到恒重，晶须的平均长径比为50。
与实施例2对比，制得的硫酸钙晶须表面缺陷基本相似，但是无水硫酸钙晶须的含量稍少，半水硫酸钙晶须的含量更多，达到恒重所需高温煅烧的时间更长。
与对比例1相比，制得的硫酸钙晶须表面缺陷更少，无水硫酸钙晶须的含量更多，半水硫酸钙晶须的含量更少，达到恒重所需高温煅烧的时间更短。
采用现有的干燥煅烧方法制备得到的硫酸钙晶须SEM形貌如下图1所示，采用本发明实施例2干燥煅烧的晶须SEM形貌如下图2所示。对比两张图，可以发现采用本发明干燥煅烧方法制备得到的晶须长径比更大，晶须表面更加光滑，表面附着物少，单根晶须不同地方粗细更为均一，这意味着晶须的结构和性能更为优良。
另外，本发明可有效的提高煅烧效率，降低硫酸钙晶须的生产能耗。以实施例1举例，该实施例中硫酸钙晶须经过无水乙醇预处理后，在200℃煅烧0.5h后，晶须质量基本不再减少，而采用传统的干燥煅烧方法在200℃煅烧2h后，晶须的质量才基本不再减少；高温煅烧是脱去结晶水的过程，实施例1中硫酸钙晶须在600℃煅烧0.5h后，晶须质量基本不再减少，干燥煅烧产物基本上都为无水硫酸钙晶须，而采用传统的干燥煅烧方法在600℃煅烧4h后，晶须的质量才基本不再减少，干燥煅烧产物才基本上都转化为无水硫酸钙晶须。实施例2和实施例3具有同样的效果。
因此，本发明对提高硫酸钙晶须的产品性能，降低生产能耗有非常突出的效果。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非对本发明作出任何形式上和实质上的限制。本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用以上所揭示的技术内容而作出的些许更改、修饰与演变的等同变化均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更改、修饰与演变等均在本发明的由权利要求界定的范围内。
