产品的表征

6.3.1CaSO4产品的红外光谱图

图6－6为在110℃条件下干燥得到的CaSO4产品的红外光谱图。

由图6－6可知，图中3558.9 cm－1、3487.6 cm－1和3403.2 cm－1处的吸收带是CaSO4晶体羟基的伸缩振动峰，其中3558.9 cm－1、3487.6 cm－1处的吸收峰是由晶体内部的结晶水产生的，3403.2 cm－1处的吸收峰是由晶体表面钙离子的羟基化反应产生的;1690.8 cm－1、1632.4 cm－1处出现了十分尖锐的羟基不对称伸缩振动峰;而1126.5 cm－1、672.4 cm－1、607.6 cm－1、451.9 cm－1等处则是—SO4的吸收峰，2242.2 cm－1、2118.9 cm－1处是—SO4的合频吸收峰。从以上分析可知，CaSO4晶体表面含有—OH、—SO4等基团［59－60］。

图6－6　CaSO4的红外光谱图

6.3.2CaSO4产品的TG－DSC图谱

为确定CaSO4的热稳定性和结晶水含量，对CaSO4产品做了热重(TG－DSC)分析，分析所采用的升温速率为10℃/min，分析气氛为空气。

图6－7是在110℃条件下干燥得到的CaSO4粉体的热重(TG－DSC)分析曲线。

图6－7　110℃条件下干燥的CaSO4粉体的TG－DSC分析曲线

由图6－7可以看出，热重曲线在93.0℃～157.0℃范围内有1个大的失重峰，样品的失重率约为18.90%，略低于CaSO4·2H2O结晶水的理论含量19.0%～23.0%(GB 1982—2007)。这是由于CaSO4·2H2O在360℃左右才会完全失去结晶水。由图6－7还可看出，在360℃时，样品的失重率约为19.43%，符合CaSO4·2H2O的结晶水含量。同时，CaSO4产品在140℃附近有1个强吸热峰，吸热峰和失重峰均是由于CaSO4·2H2O逐渐失水转变为无水CaSO4引起的。由此进一步证实，通过上述方法得到的产品是CaSO4·2H2O［62］。

为进一步确定CaSO4的热稳定性和结晶水量，对所得的CaSO4产品再做TG－DTA分析，分析所采用的升温速率为5℃/min，分析气氛为空气。

图6－8是经250℃干燥后得到的CaSO4粉体的TG－DTA分析曲线。

图6－8　250℃条件下干燥的CaSO4粉体的TG－DTA曲线

由图6－8可以看出，根据TG－DTA曲线分析可知，在0℃～250℃范围内，样品的失重率约为0.34%，温度值为243.0℃。同时，样品在100.6℃附近有1个强吸热峰，这是由于CaSO4产品在(250±5)℃下干燥，已经由CaSO4·2H2O转变成了无水CaSO4，吸热峰和失重峰均是由于CaSO4吸潮引起的。在243℃～800℃范围，在471.7℃附近有1个强放热峰，在700℃附近有1个强吸热峰，样品的失重率约为0.90%，这是由于可溶性CaSO4转变为无水死烧CaSO4引起的。因此判断出在(250±5)℃下干燥后的产品为无水CaSO4。

6.3.3CaSO4产品的粒度分析

试验样品外观为白色粉粒，为了更准确地分析CaSO4的粒度，本试验采用LS－603激光粒度分析仪对CaSO4产品进行了粒度分布分析检测。

图6－9为在110℃条件下干燥得到的CaSO4产品的粒度分析。

图6－9　CaSO4产品的粒度分析

由图6－9的分析结果可知，该产品试样粒度分布在0.12～143.8 μm之间。其中14.63～18.01 μm、18.01～22.17 μm、22.17～27.28 μm之间分布较多，分别占总试样的9.41%、9.86%、9.64%，共约占总量的28.91%;27.28 μm以下累计达75.37%。由此看出，CaSO4产品的粒度较细。

6.3.4CaSO4产品的X射线衍射图谱

图6－10为在110℃条件下干燥得到的CaSO4的XRD图谱。对照CaSO4标准XRD数据，可以证实通过上述方法制备得到的CaSO4产品，是具有较好结晶度的CaSO4·2H2O产品。

图6－10　CaSO4产品的X射线衍射图谱

图6－11为常温沉钙条件下，搅拌速率为250 r/min、350 r/min、450 r/min下制备的CaSO4经110℃干燥后的产品的XRD图谱。从图中可以看出，制备得到的产品主要成分是CaSO4·2H2O。

图6－11　CaSO4产品的XRD图谱

6.3.5CaSO4产品的能级图谱

图6－12为最佳工艺条件下得到的CaSO4经250℃干燥后的产品的能级图谱。

图6－12　CaSO4产品能级图谱

从图6－12可以看出，产品中含有大量的Ca、S、O元素，但不含H元素。由于CaSO4·2H2O在128℃失1.5个H2O，163℃失2个H2O，产品在(250±5)℃下烘干，所以烘干后的产品应该为无水CaSO4，故图谱分析与理论分析是相符合的。

6.3.6CaSO4产品的质量分析结果

采用最佳工艺条件得到的CaSO4产品，在110℃条件下干燥后，经化学及仪器分析，产品指标见表6－13。分析结果表明，产品为结晶度较好的CaSO4·2H2O。

表6－13　硫酸钙产品分析结果

6.3.7CaSO4产品的SEM图

图6－13为在110℃条件下干燥后得到的CaSO4产品的扫描电镜图。从图中可以看出，一部分CaSO4晶体的形貌呈块状，还有一部分CaSO4晶体呈针形状。

图6－14是在(250±5)℃条件下干燥后所得的CaSO4产品的SEM图。由图6－14可以看出，CaSO4产品形貌呈晶须状，且表面粗糙;晶须有聚集呈块状的现象，这是由于所得产品在250℃高温烘干的情况下，晶体的形貌发生了改变。

图6－13　110℃条件下干燥后的CaSO4产品的SEM图

图6－14　(250±5)℃条件下干燥后的CaSO4产品的SEM图