硫酸钙晶须晶型稳定化的研究.pdf

i ADissertation inMineral Powder Technology ii[[Iii \184441 6 Study on theStabilization ofCrystalline Phase ofCalcium SulfateWhiskers byWang Yubin Supervisor:Professor Han Yuexin Associate ProfessorYuan zhitao Northeastern University May 2008 ‘‘|| 嘲i 独创性声明本人声明,所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外,不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果,也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名: 日期: 学位论文版权使用授权书赴亏斌矾姚.-}.’。本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定:即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后: 半年口一年口一年半一两年口学位论文作者签名:亚宇南式签字日期:工∞: 签字日期: 东北大学博士学位论文摘要硫酸钙晶须晶型稳定化研究摘要硫酸钙晶须,即硫酸钙纤维状单晶体,包括二水、半水、无水硫酸钙晶须三种。人工合成的无水硫酸钙晶须又可划分为无水可溶、无水死烧两种。硫酸钙晶须是具有良好力学性能的增强材料。半水、无水可溶硫酸钙晶须与水接触或在潮湿的环境中可发生水化反应而导致晶体结构和性能的破坏。无水死烧硫酸钙晶须不存在水化问题,但其生产需要在700℃左右的温度下煅烧进行,造成生产成本过高,因此关于半水、无水可溶硫酸钙晶须水化过程及稳定化处理等问题的研究对硫酸钙晶须工业生产及应用极为重要, 本文对上述内容进行了系统研究。对半水硫酸钙晶须水化产物进行了形貌的实时、非实时观测和XRD分析,结果表明半水硫酸钙晶须水化过程的显著特点在于其晶型的改变和由此引起的长径比减小。研究结果还表明半水硫酸钙晶须的水化过程包括三个阶段:半水硫酸钙晶须水化初始期, 二水硫酸钙晶须生成期,二水硫酸钙晶须的粗化溶解及新的二水硫酸钙晶体生成期。半水硫酸钙晶须的水化过程与半水石膏的水化过程也略有不同。对硫酸钙晶须的表面性质和表面结构等进行了SEM,FTIR,XRD和XPS分析,结果表明:不同硫酸钙晶须表面的钙离子活性不同,、羟基和晶须内部的孔道是硫酸钙晶须发生水化的主要原因。硫酸钙晶须稳定化处理的关键在于覆盖其表面活性点和消除其内部孔道。在不同温度和不同时间下对硫酸钙晶须进行煅烧,并通过XRD对煅烧产物的结构进行了测定,发现其晶型和晶格结构均有所变化,600。C左右煅烧的硫酸钙晶须晶格结构最为致密。水化试验表明:不同温度煅烧的硫酸钙晶须具有不同的稳定性,600℃以上温度煅烧的硫酸钙晶须具有很好的稳定性,并且煅烧硫酸钙晶须的晶型和晶格结构差异是其稳定性不同的主要原因。使用油酸钠、草酸、柠檬酸、柠檬酸钠、十二烷基苯磺酸钠、月桂酸钠、硬脂酸钠和磷酸钠等对半水硫酸钙晶须进行稳定化处理,研究了稳定剂用量、稳定化处理温度和时间等对半水硫酸钙晶须稳定性的影响。结果表明:磷酸钠可以使半水硫酸钙晶须的形貌保持不变,油酸钠、柠檬酸钠和硬脂酸钠对半水硫酸钙晶须的稳定效果明显。%,稳定化处理温度100℃,稳定化处理时间20min的条件下,实现了半水硫酸钙晶须的稳定。 II 东北大学博士学位论文摘要采用FTIR对油酸钠稳定化处理前后半水硫酸钙晶须的表面基团进行了表征,在此基础上对油酸钠的稳定化机理进行了研究。结果表明,油酸钠在半水硫酸钙晶须表面的吸附状态随用量的不同而不同,油酸钠在晶须表面的吸附既有物理吸附又有化学吸附, 并通过化学吸附在晶须表面形成了油酸钙。、对晶须表面离子的阻溶作用以及对晶须表面性质的改变是半水硫酸钙晶须保持稳定的根本原因。油酸钠、硬脂酸钠和柠檬酸钠在半水硫酸钙晶须的制备过程中都会对半水硫酸钙晶须的结晶过程造成一定影响,并且影响半水硫酸钙晶须生长的临界用量各不相同。硬脂酸钠在半水硫酸钙晶须表面的吸附并不均匀,同时吸附状态也随用量的改变而改变。硬脂酸钠对半水硫酸钙晶须的成核速率和生长速度都有影响,半水硫酸钙的形貌随着硬脂酸钠用量的增大逐渐由纤维状变为板状和柱状等其它形貌。通过分阶段加药的方式可以实现半水硫酸钙晶须在常温常压下稳定。本研究首次提出了硫酸钙晶须的稳定化问题,提