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脱硫石膏制备半水石膏晶须实验研究
一、引言
硫酸钙晶须是以石膏为原料，在人为控制下以单晶的形式进行生长，具有均匀的横截面、完整的外形、完善的内部结构的纤维状（须状）亚纳米材料。其形态主要是由于晶体在轴向和侧面生产速率的差异造成的，晶须主要沿轴向方向进行螺旋错位生长，其侧面由于是低能面，生长缓慢[1]。作为一种纤维状的新型单晶材料，它主要具有无水晶须、半水石膏晶须和二水石膏晶须三种，它的长径比一般大于10，平均长径比在30～80μm之间，平均长度为30～150μm，平均直径为1～4μm。与其他的短纤维材料相比，硫酸钙晶须具有耐高温、耐酸碱性、抗化学腐蚀的能力，具有良好的韧性、电绝缘性，同时它还拥有较高的强度、易进行表面处理和与橡胶等聚合物的亲和能力强等优点[1-5]。其中无水和半水的CSW因为具有最大的强度和较高的使用价值，因而对其的研究和应用也具有相应的经济价值。与其他无机晶须材料相比，硫酸钙晶须除了具有绿色环保，性价比高等特点外，它还具有优良的增强和改性功能，最重要的一点，它的生成成本极低，这使得它的经济应用价值大幅度提升[2]。
制备硫酸钙晶须通常直接采用天然石膏，然而随着国内经济的高速发展，对天然矿物的依赖性也越来越强，由于石膏原料是一种不可再生资源，因此终有一天会枯竭，但是硫酸钙晶须及其相应的制品在市场上具有的良好前景又不得不使用石膏[3]。再这样的环境条件下，寻找一种新的能够制备硫酸钙晶须的原料就具有重要的意义。
二氧化硫（SO2）是污染环境的首要污染物，我国是一个燃煤大国，随着工业的不断发展，二氧化硫（SO2）的排放量也在不断增加。烟气脱硫（FGD）技术是国内外应用最广泛和最有效的技术，也是世界上唯一规模化、商业化应用的脱硫方式。而脱硫石膏是火力发电厂烟气脱硫时SO2和CaCO3反应生成的一种工业副产石膏，主要成分也是二水硫酸钙（CaSO42H2O）[6,7,8]。这不仅解决了硫酸钙晶须制备的原料问题，也为工业副产品找找了一个合理、高效、经济的利用途径。
二、国内外脱硫石膏研究利用现状
随着脱硫石膏的大量产出，德国和日本率先对其进行了研究，实现了脱硫石膏的资源利用化，并取得了良好的经济，社会及环境效益。目前，德国、美国等其他发达国家的石膏产业由于它的竞争性和灵活性，成为最现代化、装备最好的工业，通过促进新产品和新工艺的不断开发，消除了脱硫石膏对环境的不良影响，并且在增加劳动就业、减少环境污染和提供优良建筑材料等方面扮演者重要的角色。发达国家对于脱硫石膏的主要观点是：①充分发挥在新型石膏厂和水泥工业当中的作用。②将其作为有价值的石膏资源进行储备，并将其作为可支配的石膏储量。③积极主动的建立和发展销售市场[8]。
相比于国外的研究现状和研究态度，国内的应用现状则不容乐观。国内脱硫石膏产生的历史很短，综合利用也是刚刚起步，对其应用价值和市场竞争力普遍认识不够。天然石膏的处理工艺和设备也并不完全适合脱硫石膏，更增加了应用上的难度，导致国内现在还没有很好地展开应用[9]。目前脱硫石膏仅在粉刷石膏、水泥辅料、石膏板、石膏粘结剂等方面进行应用，但这些应用过程技术含量低，且无法形成工业规模。虽然在近几年的研究开发当中，对石膏外加剂、施工性能等方面都有了深入的研究了解，并将其进行了工程使用。但是以脱硫石膏为原料制备新型材料的基础研究则相对较少，使得脱硫石膏的研究利用还有这相当大的晋升空间。因此以脱硫石膏制备半水石膏晶须的研究则具有相当的重要意义。
三、硫酸钙晶须的研究现状
对于半水石膏晶须的研究，从近几年国内外的制备方法来看，其生产方法有水热法、常压酸化法、反胶束法和微波反应法。目前应用最广泛的生产方法主要是水热法，其他的生产方法生产的产品并不实用。水热法也是目前实验室制备硫酸钙晶须最为常见的方法。水热法是将质量分数小于2%的二水石膏悬浮液加到水压热器中进行处理，在饱和蒸汽压下，二水石膏会转变成细小针状的半水石膏晶体，再经晶型稳定化处理，得到半水石膏晶须[3]。该方法制备硫酸钙晶须的影响因素主要有料浆浓度、原料粒度、料浆初始pH值、反应温度、反应时间、晶种、晶型助长剂、结晶稳定剂等。通过对水热法制备半水石膏晶须工艺研究，优化制备参数，遴选高效晶型助长剂等从而获得高长径比、低缺陷的半水石膏晶须是十分必要的。
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