（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/班建偉）硫酸鈣晶須即石膏晶須，分為無(wú)水硫酸鈣（CaSO4）晶須、半水硫酸鈣（CaSO4?0.5H2O）晶須和二水硫酸鈣（CaSO4?2H2O）晶須3 種。工業(yè)應用前景最好的為無(wú)水硫酸鈣晶須。
硫酸鈣晶須在所有晶須中價(jià)格最低，又是一種性能多樣的非金屬綠色環(huán)保材料，吸引了眾多研究者開(kāi)發(fā)，有著(zhù)廣闊的工業(yè)應用前景。對硫酸鈣晶須進(jìn)行正式研究是從1975 年初，日本某陶瓷研究所為提高石膏的產(chǎn)量、排除過(guò)剩副產(chǎn)品——生石膏的有效利用為研究背景的。1987 年，日本己建成了月產(chǎn)20 萬(wàn)t 的中間成套設備，生產(chǎn)出了各種型號的硫酸鈣晶須產(chǎn)品。
由于硫酸鈣晶體形貌難以控制，加之歐美地區石膏資源貧乏，使得硫酸鈣晶須的研究及推廣受到制約，因此國外對硫酸鈣晶須的研究一直停留在中試階段，沒(méi)有工業(yè)化生產(chǎn)。
我國對于石膏晶須的研究開(kāi)始于上世紀90 年代初；目前，國內從事硫酸鈣晶須產(chǎn)品應用研究的主要有：東北大學(xué)、中科院青海鹽湖所、北京化工大學(xué)、廣東工業(yè)大學(xué)等，并已經(jīng)試驗生產(chǎn)硫酸鈣晶須產(chǎn)品。
1 石膏晶須的制備研究
1.1 石膏晶須生長(cháng)機理
石膏晶須的生成過(guò)程可以歸納為：溶解—結晶—脫水；其反應原理如下：
CaSO4?2H2O(顆粒狀) → Ca2++ SO42-+ 2H2O
CaSO4?0.5H2O → CaSO4?0.5H2O (纖維狀)
CaSO4?0.5H2O → CaSO4(纖維狀) + 0.5H2O
生石膏(CaSO4?2H2O)屬單斜晶系，其晶體結構是由[SO4]四面體與Ca2+聯(lián)結成平行于(010)面的雙層。當溫度高于100~150 ℃時(shí)，生石膏釋放出結晶水變?yōu)橛彩?。水熱條件下，生石膏發(fā)生晶型轉化，其軸向和側面生長(cháng)速率存在差異，使其沿固定的一維生長(cháng)。硫酸鈣晶體的軸向(001)是[SO4]四面體和[CaO8]八面體的相互聯(lián)結，是晶體中的強健方向，此方向生長(cháng)速率最快，沿該軸線(xiàn)螺旋錯位生長(cháng)；而側面為低能面，生長(cháng)緩慢，甚至完全不生長(cháng)，通過(guò)表面擴散給晶須的尖端或基面上露頭的螺旋供料，以此決定了硫酸鈣晶須的生長(cháng)形態(tài)。
1.2 水熱法
水熱法是目前制備硫酸鈣晶須最常用的方法之一，是將原料配置成為懸浮液，于高壓反應釜中處理，在一定溫度、壓力等的影響下，制得晶須產(chǎn)品。
曹冬梅等以水熱法得到硫酸鈣晶須，將淡化后的濃海水經(jīng)濃縮后與硫酸鈉反應，析出硫酸鈣晶體；再將硫酸鈣晶體與母液或蒸餾水以一定固-液比配制的料液置于高壓反應釜中，控制反應條件。研究得到最適宜條件：在硫酸鈣質(zhì)量分數為8%，反應溫度為130 ℃，攪拌速度為150 r/min，介質(zhì)pH 值7 時(shí)，半水硫酸鈣晶須產(chǎn)品純度高且形貌較好。
史培陽(yáng)等以脫硫石膏為原料，研磨后加水調漿，調節pH 值，加熱攪拌30 min 后加入添加劑SDBS，然后將料漿倒入反應釜，最佳反應條件：反應溫度140 ℃，反應時(shí)間120 min，固液比為1∶10，初始pH 值為5，原料粒度1.36 μm。晶須產(chǎn)品長(cháng)徑比可達82.57。該法以脫硫石膏代替常用的天然石膏，純度更高，切實(shí)可行。
羅康碧等以CaCl2和Na2SO4 為原料，常溫沉淀法制取二水硫酸鈣前軀體，固相過(guò)濾，溶解后置于高壓反應釜中，水熱溶解沉積后得到半水硫酸鈣晶須，前軀體合成方式和水熱工藝均對晶須形貌有重要影響。該法區別于其他水熱法之處在于，采用了前軀體合成促進(jìn)晶須產(chǎn)品的制備。。
1.3 常壓酸化法
常壓酸化法是指在一定溫度下，高濃度石膏懸浮液在酸性條件下，可生成晶須狀產(chǎn)品。此法與水熱法相比成本較低，易于工業(yè)化生產(chǎn)。
肖楚民將海水鹵水經(jīng)石灰乳處理，廢渣過(guò)濾加水稀釋后，加入工業(yè)廢酸溶解、攪拌、pH 值調至2~3，加熱溶液至沸騰，趁熱過(guò)濾得到硫酸鈣晶須，母液返回循環(huán)試驗。硫酸鈣晶須產(chǎn)品經(jīng)化學(xué)分析，其純度>98.0%（為工業(yè)一級品）。該工藝路線(xiàn)簡(jiǎn)單，技術(shù)穩定可行，價(jià)格低廉，有明顯經(jīng)濟效益。
崔益順以磷石膏和硫酸為原料，采用常壓酸化法制備硫酸鈣晶須。通過(guò)極差分析，得出優(yōu)化工藝條件：反應溫度為103℃，反應時(shí)間為30min，攪拌速度為280 r/min，原料磷石膏、硫酸、水的質(zhì)量配比為1∶4.6∶35 。制得晶須產(chǎn)品產(chǎn)率為31.36%，平均長(cháng)徑比為95，白度為65.8%，硫酸鈣純度達到93.61%。該法所得晶須產(chǎn)品長(cháng)徑比達高且產(chǎn)率較高，同時(shí)對磷石膏的回收利用具有一定的指導意義。
1.4 微乳法
微乳法是將反應物分別配制為一定濃度的溶液，通過(guò)控制濃度、加入表面活性劑等催化劑作用，在一定條件下將幾種溶液混合得到晶須產(chǎn)品。此法反應條件更為簡(jiǎn)便，但成本較高。
周海成等采用W/O 微乳體系，以CaCl2 和(NH4)2SO4 為主要原料，在兩種溶液中加入環(huán)己烷、正戊醇、Triton X-100，將兩種溶液混合攪拌陳化后，生成硫酸鈣納米棒，直徑約80 nm，棒長(cháng)6 μm。該法雖然不能達到石膏晶須的全部要求，但對理解微乳體系中納米材料的形成機理具有一定的意義，可以結合以上實(shí)驗進(jìn)行改進(jìn)。
李向清等在室溫條件下，以CaCl2 和(NH4)2SO4為主要原料，通過(guò)一步超聲反應制備二水硫酸鈣晶須。研究探討了無(wú)水乙醇及CTAB 用量、超聲時(shí)間等對晶須產(chǎn)品效果的影響，制得了具有比較理想結構的微米級硫酸鈣晶須。
1.5 離子交換法
王瑩等以預處理過(guò)的D113 型丙烯酸系鈣型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂為模板，與硫酸鋅溶液混合、攪拌、反應，分離出硫酸鈣晶須和鋅型離子交換樹(shù)脂。反應后的樹(shù)脂通過(guò)堿液和鈣鹽的處理，可以進(jìn)行循環(huán)再利用。得到最佳工藝條件：反應溫度40~60℃，反應時(shí)間2~4h，硫酸鋅濃度0.17~0.35mol/L。該法提供了比較新穎的實(shí)驗思路，采用離子交換樹(shù)脂作模板，形成循環(huán)工藝。
2 硫酸鈣晶須應用研究概述
硫酸鈣晶須具有綠色環(huán)保，性?xún)r(jià)比高等特點(diǎn)，既可以作為增強組元、無(wú)機填充材料，同時(shí)還可以起到阻燃、增加白度等作用，在工業(yè)領(lǐng)域應用非常廣泛。主要應用有以下幾個(gè)方面：
(1)填充材料：硫酸鈣晶須可作為涂料及油漆等的填充劑能有效提高涂料及油漆的附著(zhù)能力、耐高溫性、絕緣性等。此外，在紙張中加入硫酸鈣晶須可以改善其不透明性、可塑性、阻燃性及印刷性能，在造紙領(lǐng)域里的應用前景非常廣闊。美國采用硫酸鈣晶須、日本采用碳酸鈣晶須作為無(wú)機纖維與多種無(wú)機物混合均制造出了性能優(yōu)異的無(wú)機紙張，這樣的紙張性能優(yōu)異，難燃，適合于室內裝飾。
(2)增強材料：硫酸鈣晶須可以作為塑料、橡膠、金屬及陶瓷等材料的增強組元。趙倩等以硫酸鈣晶須和準球形硅微粉作為復合填料，制備了改性第二代環(huán)氧建筑結構膠粘劑，明顯提高了粘鋼膠的剪切強度、拉伸強度和壓縮強度。
（3)摩擦材料：可以代替石棉（由于其可能導致肺部疾病，在發(fā)達國家已禁止使用）等作為摩擦材料，如汽車(chē)剎車(chē)片。
(4)過(guò)濾材料：硫酸鈣晶須具有松散密度小、比表面積大及無(wú)毒等優(yōu)點(diǎn)，可以用于飲料、藥品等的過(guò)濾，也可作為除去廢氣廢水中有害雜質(zhì)的過(guò)濾材料。
(5)瀝青改性劑：田澤峰借鑒聚合物改性瀝青的加工工藝，提出硫酸鈣晶須改性瀝青，顯著(zhù)提高了瀝青的高溫穩定性、低溫抗烈性，并改善了瀝青的感溫性能。
3 展 望
硫酸鈣晶須作為一種新型無(wú)機材料，具有高性?xún)r(jià)比、高環(huán)保性，擁有廣闊的市場(chǎng)前景，近年來(lái)，其制備工藝及應用領(lǐng)域的研究備受關(guān)注。硫酸鈣晶須產(chǎn)品通常具備高強度、耐熱、耐磨、絕緣、阻燃等特性，能夠應用于高性能復合材料，相信未來(lái)幾年的研究會(huì )主要集中在高分子、涂料、工程塑料等領(lǐng)域。
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