常压Mg-Na复合盐溶液体系制备α-半水石膏

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2023-0116

摘要/Abstract

摘要：

盐溶液的种类和浓度是常压盐溶液法制备α-半水石膏的关键因素。以Mg（NO₃）₂为主体，考察了Mg（NO₃）₂-NaCl、Mg（NO₃）₂-Na₂SO₄和Mg（NO₃）₂-NaNO₃ 3种复合盐溶液体系中二水石膏向α-半水石膏转晶的过程，研究了Mg（NO₃）₂-NaCl体系中盐溶液浓度、转晶剂类型和用量对转晶速率和晶体形貌的影响。结果表明：在Mg（NO₃）₂-1%NaCl复合盐体系中4 h内将二水石膏全部转化为α-半水石膏的最低Mg（NO₃）₂质量分数为27%；随着Mg（NO₃）₂质量分数从27%增加至36%，溶液的过饱和度增大，二水石膏的转晶速率升高，诱导期从90 min减少至20 min；加入DL-苹果酸、顺丁烯二酸和3-硝基邻苯二甲酸转晶剂后，二水石膏转晶速率降低，产物长径比减小；在DL-苹果酸质量分数为1%条件下，α-半水石膏绝干抗压强度为21.74 MPa。

关键词: α-半水石膏, 常压盐溶液法, 转晶剂, 晶体形貌, 力学性能

Abstract:

The species and concentration of salt solution are the key factors of the preparation process of α-hemihydrate gypsum in the atmospheric salt solution method.With Mg（NO₃）₂ as main composition，three kinds of mixed salt solution，including Mg（NO₃）₂-NaCl、Mg（NO₃）₂-Na₂SO₄ and Mg（NO₃）₂-NaNO₃，were employed to investigate the crystal transformation from dihydrate gypsum to α-hemihydrate gypsum，and the effects of the concentration of mixed salts，crystal modifier type and dosage on the transformation rate of dihydrate gypsum and crystal morphology were studied in the Mg（NO₃）₂-NaCl solution.The results showed that in the mixed salt solution of Mg（NO₃）₂-1%NaCl，the minimum Mg（NO₃）₂ mass fraction for the complete conversion of gypsum dihydrate to gypsum hemihydrate within 4 h was 27%.As the mass fraction of Mg（NO₃）₂ increasing from 27% to 36%，the supersaturation of the solution and transformation rate of dihydrate gypsum were increased，and the induction period was decreased from 90 min to 20 min.Using DL-malic acid，maleic acid and 3-nitrophthalic acid as crystal modifiers，the transformation rate of dihydrate gypsum was decreased and the aspect ratio was reduced.When the mass fraction of DL-malic acid was 1%，the absolute dry compressive strength of the α-hemihydrate gypsum was 21.74 MPa.

Key words: α-hemihydrate gypsum, atmospheric salt solution method, crystal modifier, crystal morphology, mechanical property

中图分类号:

TQ177.3

李云飞, 刘蜀庆, 唐盛伟, 张涛. 常压Mg-Na复合盐溶液体系制备α-半水石膏[J]. 无机盐工业, 2023, 55(11): 100-106.

LI Yunfei, LIU Shuqing, TANG Shengwei, ZHANG Tao. Preparation of α-hemihydrate gypsum in Mg-Na mixed salt solution system under atmospheric pressure[J]. Inorganic Chemicals Industry, 2023, 55(11): 100-106.

图/表 15

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参考文献 19

1	逄鲁峰，孙立刚，付鹏，等.一种新型石膏自流平材料的研究与工程应用［J］.新型建筑材料，2021，48（10）：6-10.
	PANG Lufeng， SUN Ligang， FU Peng，et al.Research and engineering application of a new type of gypsum based self-leveling material［J］.New Building Materials，2021，48（10）：6-10.
2	ZAMANIAN A， HESARAKI S， KHORAMI M.Physical and in-vitro biological evaluation of a novel calcium sulfate-apatite nanocomposite［J］.Journal of the Australian Ceramic Society，2010，46（2）：43-47.
3	LIU Chuanbei， GAO Jianming， TANG Yongbo，et al.Preparation and characterization of gypsum-based materials used for 3D robocasting［J］.Journal of Materials Science，2018，53（24）：16415-16422.
4	WU Xiaoqin， WU Zhongbiao.Modification of FGD gypsum in hydrothermal mixed salt solution［J］.Journal of Environmental Sciences（China），2006，18（1）：170-175.
5	胡成，向玮衡，陈平，等.丁二酸对水热合成α-半水脱硫石膏微晶形貌及力学强度的影响［J］.无机盐工业，2021，53（4）：76-80.
	HU Cheng， XIANG Weiheng， CHEN Ping，et al.Effects of succinic acid on crystallite morphology and mechanical strength of α-hemihydrate desulfurized gypsum synthesized by hydrothermal method［J］.Inorganic Chemicals Industry，2021，53（4）：76-80.
6	江瀚宁，李玉平，王志云，等.硫酸铝、草酸钾及其共混物对α-半水石膏制备及性能的影响［J］.无机盐工业，2022，54（10）：121-126.
	JIANG Hanning， LI Yuping， WANG Zhiyun，et al.Effect of potassium oxalate and aluminum sulfate and their compounds on preparation and properties of α-hemihydrate gypsum［J］.Inorganic Che-micals Industry，2022，54（10）：121-126.
7	REIGL S， VAN DRIESSCHE A E S， MEHRINGER J，et al.Revisiting the roles of salinity，temperature and water activity in phase selection during calcium sulfate precipitation［J］.CrystEngComm，2022，24（8）：1529-1536.
8	LIU Tianjie， FAN Hao， XU Yanxia，et al.Effects of metal ions on the morphology of calcium sulfate hemihydrate whiskers by hydrothermal method［J］.Frontiers of Chemical Science and Engineering，2017，11（4）：545-553.
9	YANG Baojun， DONG Yinzhe， WANG Bainian，et al.A mild alcohol-salt route to synthesize α-hemihydrate gypsum microrods from flue gas desulfurization gypsum in large scale［J］.Materials Research Express，2019，6（4）：045507.
10	SUKIMOTO S， HARA N， MUKAIYAMA H.Effects of salts on the formation of α-calcium sulfate hemihydrates in aqueous salts solution under the atmospheric pressure［J］.Gypsum & Lime，1985，1985（199）：363-370.
11	CHEN Xuemei， GAO Jianming， WU Ye，et al.Preparation of CSHW with flue gas desulfurization gypsum［J］.Materials，2022，15（7）：2691.
12	杨后文，刘丰，江郡，等.常压水热法制备半水脱硫石膏的工艺因素研究［J］.矿产综合利用，2021（1）：140-143，198.
	YANG Houwen， LIU Feng， JIANG Jun，et al.Research on process condition on the preparation of hemihydrate desulfurization gypsum with hydrothermal method under atmospheric pressure［J］.Multipurpose Utilization of Mineral Resources，2021（1）：140-143，198.
13	JIANG Guangming， WANG Hao， CHEN Qiaoshan，et al.Preparation of alpha-calcium sulfate hemihydrate from FGD gypsum in chloride-free Ca（NO₃）₂ solution under mild conditions［J］.Fuel，2016，174：235-241.
14	杨润，陈德玉，米阳，等.常压无氯复合盐溶液磷石膏制备α-半水石膏［J］.非金属矿，2019，42（4）：1-5.
	YANG Run， CHEN Deyu， MI Yang，et al.Preparation of α-semi hydrated gypsum from phosphogypsum in atmospheric pressure chlorine-free complex salt solution［J］.Non-Metallic Mines，2019，42（4）：1-5.
15	李军，胡俊要，王涛，等.一种常压盐溶液法制取α-超高强石膏的方法：中国，107382111B［P］.2020-06-19.
16	LI Zirui， LIU Yong， XING Dongxian，et al.Effect of maleic acid and pH on the preparation of α-calcium sulfate hemihydrate from phosphogypsum in Mg（NO₃）₂ solution［J］.Journal of Material Cycles and Waste Management，2022，24（1）：143-154.
17	李显波.高强α半水磷石膏晶形调控及水化硬化性能研究［D］.贵阳：贵州大学，2019.
	LI Xianbo.Crystal morphology control and hydration hardening properties of high strength α-hemihydrate phosphogypsum［D］.Guiyang：Guizhou University，2019.
18	GAO Dejun， ZHANG Dian， PENG Yanzhou，et al.Effects of different carboxyl additives on the growth habits of hemihydrate gypsum crystals［J］.Construction and Building Materials，2022，316：126037.
19	LI Xianbo， ZHANG Qin.Effect of molecular structure of organic acids on the crystal habit of α-CaSO₄·0.5H₂O from phosphogypsum［J］.Crystals，2020，10（1）：24.

项目	w（O）/%	w（Ca）/%	w（S）/%
EDS检测值	51.3	26.7	22.0
理论值	49.6	27.6	22.1

[1]	刘光明. C₃N₅/NH₂-MIL-125（Ti）改性混凝土砂浆光催化和力学性能研究[J]. 无机盐工业, 2025, 57(1): 120-128.
[2]	刘慈军, 吴子杨, 程书凯, 陈旭勇. 再生细骨料对超高性能混凝土的力学与自收缩性能影响[J]. 无机盐工业, 2024, 56(9): 75-81.
[3]	张瑞君, 陈国良, 宋春草, 朱亚飞. 氧化石墨烯对再生砂超高性能混凝土力学及抗氯离子渗透性能的影响[J]. 无机盐工业, 2024, 56(8): 54-59.
[4]	胡成, 刘梦, 向玮衡, 陈平, 王能, 卢冠举, 周金兰. CaCl₂和MgCl₂及其复合溶液制备α-半水石膏[J]. 无机盐工业, 2024, 56(7): 112-117.
[5]	胡成, 刘梦, 向玮衡, 段鹏选, 李顺凯, 明阳, 王能, 卢冠举. NaCl溶液浓度对磷石膏制备α-半水石膏转晶行为的影响[J]. 无机盐工业, 2024, 56(6): 87-93.
[6]	王明顺, 敖先权, 袁兴, 董文燕, 陈前林. 转晶剂对磷石膏制备无水硫酸钙影响的研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(5): 101-107.
[7]	王培雄, 龚小梅, 丁家琪, 曹宏. 转晶剂对不同工业石膏制备α-半水石膏的影响[J]. 无机盐工业, 2024, 56(4): 112-117.
[8]	李珂珂, 薛江伟, 王露威, 管学茂. 镁铝水滑石对高铁低钙硅酸盐水泥性能的影响[J]. 无机盐工业, 2024, 56(4): 57-63.
[9]	余舟, 何兆益, 唐亮, 何盛, 肖海鑫, 肖懿训. 典型硫酸盐固废复合胶凝材料制备与微观特性研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(4): 90-97.
[10]	杨凤玲, 乔国鑫, 杨普, 任磊, 王琼, 吴海滨, 程芳琴. 脱硫石膏制备α-半水石膏研究进展及应用[J]. 无机盐工业, 2024, 56(2): 11-20.
[11]	崔庚寅, 谢浪, 陆跃贤, 孔德文, 王玲玲. 基于RSM优化玄武岩纤维增强磷石膏基复合材料力学性能[J]. 无机盐工业, 2023, 55(8): 116-123.
[12]	王悦, 方国祥, 张道明, 王维成. 纳米二氧化硅对水硬性石灰胶凝性能的影响[J]. 无机盐工业, 2023, 55(7): 75-80.
[13]	徐丽, 房可能, 毕永香, 杨敏, 陈前林. 改性粒状硫酸钙制备及其在聚氯乙烯中的应用[J]. 无机盐工业, 2023, 55(3): 104-112.
[14]	李鹏, 王立坤, 孟秋燕. α-半水石膏对水泥砂浆性能的影响与水化机理研究[J]. 无机盐工业, 2023, 55(3): 98-103.
[15]	刘超, 范垂钢, 刘润国, 于冬雪, 李松庚. 磷石膏浮选-常压盐溶液转晶制备α-半水石膏[J]. 无机盐工业, 2023, 55(11): 107-114.

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