[发明专利]一种从白云岩制备硫酸钙晶须的方法

说明书

技术领域

本发明涉及化合物的制备方法，尤其涉及一种从白云岩制备硫酸钙晶须的方法。

背景技术

白云岩是地球上重要的钙镁资源，在我国有着极其丰富的蕴藏量。但是目前我国白云岩的开发利用程度很低，大部分矿山仅出售原矿或将原矿煅烧成白云岩煅粉后出售。我国虽是资源大国，但也是资源浪费的大国，如何提高资源利用率已是我国执行可持续发展战略的一大重点。

近年来，各种新型材料层出不穷，其中晶须是在人工控制条件下以单晶形式生长成的具有高度取向性的纤维状单晶体。由于其原子排列高度有序、晶体缺陷少，从而具有极高的抗拉强度和弹性模量。晶须作为复合材料增强剂已广泛应用于电子、化工、能源、环保、机械等领域，是当前材料科学领域的研究重点。

硫酸钙晶须是指硫酸钙的纤维状单晶体，与其他短纤维相比，硫酸钙晶须还具有耐高温、抗化学腐蚀、韧性好、强度高、易进行表面处理、与橡胶塑料等聚合物的亲和能力强、毒性低等优点。硫酸钙晶须在增强塑料、橡胶、胶粘剂、摩擦材料、环境工程等行业和领域有着广泛的应用前景。如在塑料和橡胶中添加硫酸钙晶须可以起增强增韧的作用，并可使降低材料的成型收缩率，提高其表面光洁度；作为聚氨酯、金属、陶瓷等的增强组元时，硫酸钙晶须可提高材料的机械强度和耐热性；由于石棉粉尘能使人患上肺病、支气管疾病等，一些国家已禁止使用石棉作为摩擦材料，而毒性低的硫酸钙晶须可作为石棉的代用品，并提高摩擦系数的稳定性和耐磨性。

目前制备硫酸钙晶须的主要方法为，通过液相反应或以石膏为原料，通过水压热法或常压酸化法制备合成。本发明以天然白云岩为原材料，通过白云岩酸化、晶须合成等步骤制备合成了硫酸钙晶须，其设备要求简单，生产成本低廉，极大的开发了白云岩资源。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种从白云岩制备硫酸钙晶须的方法。

它包括如下步骤：

1)将100克白云岩充分破碎，加入0.5～5M的HCl溶液0.5～5升，持续搅拌反应0.5～5小时，滤去底层不溶残渣，得到白云岩酸化液；

2)在白云岩酸化液中加入SO₄^2-离子浓度为0.05～0.5mol/L的硫酸或硫酸盐溶液1～10升，在微波辐射下加热1～3分钟后，移入50～90度水浴中陈化2～8小时，过滤，洗涤，固相在50～200度条件下烘干，得到硫酸钙晶须。

白云岩为天然产出岩石，其主要矿物成分为白云石，化学结构通式为CaMg(CO₃)₂。所述的硫酸钙晶须为长径比为10～10000的纤维状硫酸钙晶体，其化学结构通式为：CaSO₄·nH₂O，其中n＝0、0.5或2。硫酸盐为Na₂SO₄、K₂SO₄、MgSO₄、Al₂(SO₄)₃、ZnSO₄中的一种或几种。

本发明制备的硫酸钙晶须由于具有高抗拉强度和弹性模量、耐高温、抗化学腐蚀、韧性好、强度高、易进行表面处理、与橡胶塑料等聚合物的亲和能力强、毒性低等优点，具有十分广泛的应用。本发明提出的制备硫酸钙晶须的工艺流程使用天然矿物白云岩为原材料，其来源广泛，价格低廉，工艺流程简单，设备投资少，可有效开发我国开发利用程度尚低的白云岩资源。

具体实施方式

晶须是泛指长径比大于10的纤维状单晶体，是一种一维优势发育的单晶。晶须的晶格缺陷很少，具有完整的外形和完善的内部结构，强度接近理论值，是目前已知强度最大的固体，具有优良的力学性能，可广泛作为复合材料的增强和改性组分。

硫酸钙晶须是指硫酸钙的结晶单晶体，与其他无机晶须相比，除了具有优良的增强和改性性能外，还具有耐高温、抗化学腐蚀、韧性好、毒性低、生产成本低等优点。硫酸钙晶须根据结晶水数量的不同有二水、无水、半水的差别。二水硫酸钙在97～102度下干燥时开始失去部分结晶水成为半水硫酸钙，而当干燥温度超过163度时，半水硫酸钙开始转化为无水硫酸钙。目前制备硫酸钙晶须的主要方法有水压热法和常压酸化法两种。