論文關鍵詞 磷石膏 碳酸鈣 晶須 製備
論文摘要 以廢棄磷石膏為原料製備碳酸鈣晶須，利用顯微鏡和掃描電鏡觀察晶體形貌，晶須樣品的晶型用X衍射和紅外光譜進行了表徵。在未新增任何新增劑的情況下，成功製得長徑比約30～60、表面光滑、大小分佈均勻的文石型晶須及形貌獨特的樹枝狀晶體，並對晶須的形成機制進行了分析。用磷石膏為原料製備碳酸鈣晶須的最佳工藝條件為反應溫度60～80 ℃，碳酸鈉溶液滴加速度小於16 mL/min，攪拌轉速為300～450 r/min。
Keywords：phosphogypsum；calcium carbonate；whiskers；preparation
Abstract：Calcium carbonate whiskers were synthesized by using industrial waste phosphogypsum as raw ium carbonate crystal form was characterized by microscope and electron-scanning microscope,XRD and FTIR analysis was employed to investigate the morphology of calcium carbonate whiskers. The smooth and uniform calcium carbonate whiskers with aspect ratio 30-60 were produced without any additive, and the special branch-like calcium carbonate crystal was also prepared surprisingly. Furthermore, the mechanism for the calcium carbonate whiskers growth was discussed. The optimum processing conditions for preparation of calcium carbonate whiskers obtained were as follow: reaction temperature 60-80 ℃, dropping velocity of sodium carbonate solution <16 mL/min, agitation rate 300-450 r/min.
由於肥料工業的發展，目前全世界每年排出的磷石膏約為1億t，其中絕大部分被當作廢渣傾倒於河流、海洋，或圍堤築壩，或堆積如山。這既浪費了可貴的石膏資源，同時給造成了嚴重汙染。隨著磷肥工業的發展及對環境汙染控制要求的日益嚴格，世界各國正積極尋求合理利用廢棄石膏的有效途徑[1-2]。
碳酸鈣晶須在顯微下呈針狀或纖維狀單晶體，具有價效比高、熱穩定性好、易於加工等特點，其在造紙、塑料、橡膠等工業具有廣泛應用前景。碳酸鈣晶須的製備研究是當前國內外研究的熱點，其製備方法很多，文獻報道的合成碳酸鈣晶須所採用的方法主要有：①用可溶性鈣鹽與碳酸鹽製備；②用碳酸氫鈣製備；③尿素水解法制備；④採用Ca(OH)2懸濁液中通入CO2反應制備等[3-7]。但是以廢棄磷石膏為原料製備碳酸鈣晶須尚未見報道。筆者探討了以工業廢棄磷石膏提供鈣源製備碳酸鈣晶須的可行性，研究了影響碳酸鈣晶形和晶須質量的因素，為利用廢棄磷石膏製備碳酸鈣晶須奠定了基礎。
1 與方法
1.1 原料和儀器
石膏(CaSO4·2H2O的質量分數為96.84％，粒度≤125 μm)，碳酸鈉(分析純)，反應器（自制，不鏽鋼材質），XSP-16A型生物顯微鏡，HHS-2S型恆溫水浴，JJ-1型電動攪拌器，DM6234P型轉速測定儀，CX-41型奧林巴斯顯微鏡（日本奧林巴斯株式會社），JSM-5900LV型掃描顯微鏡(JEOL)，AVATAR360FT紅外光譜儀（美國Nicolet公司），X’Pert ProMPDX衍射儀（Philips）。
1.2 實驗方法
取一定質量的石膏粉和100 mL蒸餾水於自制不鏽鋼反應器內，在攪拌下將碳酸鈉溶液以一定的滴加速度加入反應器內，並且保持反應體系恆溫，待碳酸鈉溶液滴加完畢後繼續攪拌30 min，過濾、洗滌、乾燥即得產品。在條件實驗中用奧林巴斯顯微鏡觀察碳酸鈣晶體形貌，最後對最佳工藝條件下製得的晶須樣品進行掃描電鏡、X-衍射和紅外光譜測試。
2 結果與討論
2.1 反應溫度對碳酸鈣形貌的影響
在攪拌轉速為300 r/min、滴加速度為8.0 mL/min及其他實驗條件不變的情況下，測定反應溫度對碳酸鈣樣品形貌的影響，結果如圖1所示。
(a) 40 ℃ (b) 65 ℃ (c) 80 ℃
圖1 不同反應溫度下碳酸鈣樣品的顯微照片（×640倍）
Fig.1 Microscope photographs of CaCO3 samples under different reaction temperature
由圖1可知，反應溫度對碳酸鈣晶形的影響較顯著。在低溫下易生成短棒狀晶體，並混有立方形顆粒(圖1（a)），這可能是由於40 ℃左右硫酸鈣的溶解度最大[8]，反應體系中Ca2+濃度較大，生成碳酸鈣的過飽和度相對較大，容易成核、生長形成短棒狀與顆粒狀晶體。在較高溫度下，能製得長徑比大、表面光滑、雜晶少的碳酸鈣晶須（圖1（b）、圖1（c））。溫度高於80 ℃時不便於操作，本實驗條件下，採用60～80 ℃的反應溫度較為適宜。
2.2 攪拌轉速對碳酸鈣形貌的影響
在反應溫度為60 ℃、滴加速度為8.0 mL/min及其他實驗條件不變的情況下，測定攪拌轉速對碳酸鈣產品晶形的影響，結果如圖2所示。
從圖2可以看出，攪拌轉速對碳酸鈣晶體形貌有很大的影響。在250 r/min轉速下，碳酸鈣樣品為樹枝狀晶體及少量顆粒狀晶體（圖2（a）），這可能是由於低轉速下反應體系混合不太均勻，出現區域性位置Ca2+和CO32-濃度過高，容易在初生的碳酸鈣晶須上二次成核、生長出新晶須，而且容易粘結
[1]
