[发明专利]一种纳米无水硫酸钙的制备工艺

说明书

技术领域

本发明公开了一种纳米无水硫酸钙的制备工艺，属于纳米粉体材料领域。

背景技术

1、超细粉体补强材料：

炭黑、白炭黑、纳米碳酸钙被称为三大超细粉体补强材料，广泛应用橡胶、塑胶、粘合剂、涂料、油墨等行业，起到填充与补强的双重功效。炭黑的补强效果最好，制备成本高；白炭黑分为气相白炭黑与沉淀白炭黑，国内沉淀白炭黑居多，沉淀白炭黑的补强效果接近炭黑，制备成本偏低；纳米碳酸钙的补强与白炭黑相比，相差较远，但制备成本最低、市场价格最低，是近年来超细粉体补强材料发展最快的粉体材料。2013年国内炭黑产能超过350万吨，产品销售价格一般高于6000元/吨；白炭黑超过150万吨，销售价格一般高于4000元/吨；纳米碳酸钙超过100万吨，销售价格一般高于1600元/吨。

炭黑、白炭黑的制备成本高，产品品质好，属于高能耗产品；纳米碳酸钙制备成本低，补强性能不及炭黑与白炭黑产品。从单位产值能耗来分析，炭黑、白炭黑、纳米碳酸钙都是高能耗的产品。炭黑、白炭黑经历了50年的大发展，纳米碳酸钙也经历了近20年的大发展，人们很难再从降低产品制备成本与提高产品品质的双重角度来进一步完善其生产工艺技术。

生产高性能、低能耗、低成本的替代品是工业发展的必然趋势。研究需要站在整个超细粉体补强材料发展的一个开放式的角度来考虑问题，跳出现有三大超细粉体补强材料的圈子，开发一种新型的纳米粉体材料。该新型的纳米粉体材料具有廉价性、低碳性与高补强性，可以替代更多现有的炭黑、白炭黑、纳米碳酸钙等超细粉体补强材料，成为新一代的超细粉体补强材料产品，将整个超细粉体补强材料产业低碳化与高品位化，并推动相关应用行业的低碳化与低成本化发展。该新型纳米粉体材料的研发成功与实施工业化生产将具有巨大的经济意义。

2、石膏粉体材料产业：

石膏(即硫酸钙)产业经历了近50年的大发展，石膏矿粉主要应在水泥、建材行业，产品廉价，附加值低。与碳酸钙行业中的纳米碳酸钙相比，不存在纳米无水硫酸钙之类的大规模工业化生产与商业化的产品，可以说纳米无水硫酸钙在工业化生产领域与市场销售领域现在是一片空白，还是停留在实验室制备的初步阶段。

近二十年来国内外的研发机构与团体一直注重于硫酸钙晶须即石膏晶须的研究开发，存在对硫酸钙晶须研究得过多、对纳米硫酸钙研究得过少的现象。技术与市场的调查表明：采用现有的制备技术制备的硫酸钙晶须成本高，现有的硫酸钙晶须产品的市场销售价格一般高于4000元/吨，有的甚至高于炭黑的价格，其补强性能不如白炭黑、炭黑之类的传统超细粉体补强材料，未能得到广大应用客户的认可。十年来硫酸钙晶须产品的市场未得到有效的开拓与壮大，国内生产硫酸钙晶须的厂家屈指可数。硫酸钙晶须的发展与市场开拓和纳米碳酸钙粉体材料相比，相差甚远。硫酸钙晶须产品的市场实践证明：硫酸钙晶须产品很难成为超细粉体补强材料行业的主流产品，继续往硫酸钙晶须方向发展不会获得明显的经济效益。

3、纳米硫酸钙：

纳米硫酸钙是石膏粉体材料行业研发的一个小分支。纳米硫酸钙有结晶水的纳米硫酸钙与纳米无水硫酸钙之分，一般的纳米硫酸钙是指纳米无水硫酸钙。

国内硫酸钙或石膏矿资源丰富、优质，硫酸钙粉体材料和碳酸钙粉体材料一样，可以广泛地应用于有机高分子材料制品领域，起到填充或补强的功效。根据无机粉体材料产品在有机高分子材料制品中的补强实验，表明同等粒径分布的无水硫酸钙粉体与重质碳酸钙粉体相比，无水硫酸钙粉体材料的填充性能要优于重质碳酸钙粉体产品，可以推论同等粒度分布的纳米无水硫酸钙的补强与填充性能要高于纳米碳酸钙产品。近二十年来碳酸钙行业的高档产品即纳米碳酸钙产品得到了空前的发展，在使用领域越来越多地替代更多的炭黑、白炭黑产品，不断在挤压炭黑、白炭黑市场，纳米无水硫酸钙产品却未见工业化生产与产品商业化的报道。技术与市场调查表明纳米无水硫酸钙未见工业化生产与商业化的主要因素为：

(1)、采用的原材料生产成本高：

现有技术中的纳米无水硫酸钙一般都是采用可溶的钙盐如氯化钙和可溶的硫酸盐如硫酸钠为原料制备，这与采用廉价的石灰石资源来生产纳米碳酸钙，制备成本明显偏高。

(2)采用高成本的制备工艺技术：