氯碱工业盐泥与工业废料常压制备半水硫酸钙晶须的资源化利用研究

本研究针对氯碱工业盐泥(Brine sludge)和工业废料(Glauber's salt)的资源化难题，创新性地采用常压酸化法成功合成半水硫酸钙晶须(CSHW)。通过单因素和正交实验优化工艺参数，获得平均长度114.07 μm、长径比30.30的高质量晶须，并揭示Mg2+和Fe3+对晶须生长的调控机制。该研究为氯碱工业固废高值化利用提供了可行策略，对推动零废弃制造具有重要意义。

　　

在氯碱工业蓬勃发展的背后，每年超过2×10⁷吨的盐泥固废正成为严峻的环境挑战。这些富含CaCO₃、Mg(OH)₂的黏稠灰褐色固体，传统处理方式以填埋为主，不仅造成钙镁资源浪费，更因含盐量高威胁生态环境。与此同时，工业副产芒硝(Glauber's salt)和废盐酸同样面临处置难题。如何实现这些废弃物的高值化利用，成为推动氯碱工业绿色转型的关键命题。

天津科技大学研究人员在《Sustainable Chemistry and Pharmacy》发表的研究，开创性地将盐泥与芒硝转化为高附加值的半水硫酸钙晶须(calcium sulfate hemihydrate whiskers, CSHW)。这种具有优异机械强度和热稳定性的无机纤维材料，在复合材料和建筑材料领域应用广泛。研究团队采用常压酸化法，通过单因素实验确定最佳反应条件为98°C、4小时、Ca²⁺/SO₄^2?摩尔比1:1、pH=1.0，所得晶须平均长度达114.07 μm，长径比30.30。研究特别关注杂质离子影响，发现pH=2.69时可有效控制Fe³⁺浓度至2.5×10^?6 mM，而0.025 M的Mg²⁺能选择性吸附在晶须(200)晶面促进生长。通过XPS、Zeta电位和DFT计算等多维表征手段，首次从原子尺度揭示了Mg²⁺的晶面选择性吸附机制。

关键技术方法包括：采用正交实验设计优化工艺参数；运用场发射扫描电镜(FE-SEM)分析晶须形貌；通过X射线衍射(XRD)鉴定物相组成；结合XPS和Zeta电位研究表面化学特性；采用DFT计算模拟离子吸附行为。

【反应温度影响】温度梯度实验(90-106°C)显示，98°C时晶须形貌最佳，低温导致不规则块状，高温引发二次结晶。
【杂质离子调控】Fe³⁺显著抑制晶须生长，而低浓度Mg²⁺通过(200)晶面选择性吸附促进长径比提升，DFT计算证实Mg²⁺在该晶面的吸附能最低(-3.25 eV)。
【酸浸过程优化】控制pH≈2.69可有效抑制Fe³⁺溶出，确保晶须质量。

该研究实现了氯碱工业废弃物的"变废为宝"，相比传统水热法降低能耗约40%，为工业固废资源化提供了可规模化推广的技术路线。研究揭示的离子选择性吸附机制，不仅为晶须形貌调控提供理论依据，更对其它无机晶须材料的可控合成具有借鉴意义。这项工作标志着氯碱工业向循环经济模式转型的重要突破，对实现"双碳"目标下的绿色化工发展具有示范价值。