中國(guó)粉體網(wǎng)訊 球形碳酸鈣其本身具有各向同性，有著優(yōu)秀的分散性與耐磨性，被廣泛的運(yùn)用于油墨、油漆、造紙、塑料、電子、陶瓷、醫(yī)藥等領(lǐng)域，是難得的高附加值產(chǎn)品。

球形碳酸鈣可改變油墨的附著性能，縮短干燥時(shí)間以及增加油墨的穩(wěn)定性；球形碳酸鈣可以顯著的增加紙張的柔韌性和白度；球形碳酸鈣具備高表面積和化學(xué)穩(wěn)定性，也被用于藥物輸送、陶瓷和骨科等領(lǐng)域。

超重力場(chǎng)中制備的碳酸鈣SEM圖

1、球形碳酸鈣生產(chǎn)技術(shù)

球形碳酸鈣在多數(shù)情況下是由球霰石生長(zhǎng)而成的，但球霰石屬于熱力學(xué)最不穩(wěn)定的晶型，極易向文石和方解石型轉(zhuǎn)化。因此，球形碳酸鈣主要通過(guò)人工合成的方式獲得。目前，人工合成球形碳酸鈣的方法主要有碳化法、復(fù)分解法、生物仿生合成法、微乳液法等以及一些新型組合技術(shù)。

其中碳化法主要有鼓泡碳化法和超重力法，間歇鼓泡碳化法生產(chǎn)效率低，難以實(shí)現(xiàn)碳酸鈣晶體調(diào)控，生產(chǎn)出的球形碳酸鈣粒徑粗且不均勻；超重力法生產(chǎn)效率高、粒度分布均勻，但所涉及的設(shè)備投資大，生產(chǎn)成本高。微乳法需要制備微乳液，使得碳酸鈣的結(jié)晶反應(yīng)在微乳液滴內(nèi)進(jìn)行，不適合應(yīng)用于工業(yè)上大規(guī)模的生產(chǎn)。復(fù)分解法存在工藝條件復(fù)雜、成本較高及制備出來(lái)的碳酸鈣粒徑較大等缺陷，因而也不易于工業(yè)化生產(chǎn)。

但由于碳化技術(shù)是碳酸鈣工業(yè)化生產(chǎn)的主流技術(shù)，所以其依舊是工業(yè)化生產(chǎn)球形碳酸鈣重要的研究方向。

2、碳化法制備碳酸鈣原理

碳化反應(yīng)是一個(gè)涉及氣-液-固的多相快速反應(yīng)，傳質(zhì)過(guò)程是碳化反應(yīng)的主要控制步驟，主要為不同相際間的傳質(zhì)，碳化和碳酸鈣的形成分為三個(gè)步驟，第一步驟為二氧化碳在氣液界面的溶解，第二步驟為氫氧化鈣在液固界面的溶解，第三步驟為碳酸鈣的成核與生長(zhǎng)過(guò)程，所涉及到的反應(yīng)如下：

其中最關(guān)鍵的步驟為，氣相二氧化碳溶解于液相與氫氧化鈣的溶解過(guò)程，這兩個(gè)過(guò)程是整個(gè)碳化過(guò)程的控制步驟，通過(guò)影響反應(yīng)速度，成核速度以及生長(zhǎng)速度來(lái)影響碳酸鈣的粒子大小，晶型種類和碳酸鈣最終的分散性。

3、超重力碳化技術(shù)制備球形碳酸鈣

超重力是指物質(zhì)受到遠(yuǎn)大于重力加速度的力，通常由旋轉(zhuǎn)填充床產(chǎn)生強(qiáng)大的離心力來(lái)模擬超重力環(huán)境。實(shí)踐證明，由于超重力反應(yīng)結(jié)晶法碳化時(shí)間短、生產(chǎn)效率高、粒度分布均勻、不同批次產(chǎn)品的重現(xiàn)性好,有利于工業(yè)化的應(yīng)用。

碳酸鈣在不同重力場(chǎng)下的生長(zhǎng)示意圖

利用離心泵工作時(shí)產(chǎn)生的離心加速度在微界面反應(yīng)器的作用下將CO₂氣體和Ca(OH)₂懸浮液的氣-液-固界面的幾何尺度高效撕裂為微納米級(jí)的微界面，其傳質(zhì)速率比傳統(tǒng)攪拌式反應(yīng)器高1~3個(gè)數(shù)量級(jí)，提高了相際間接觸面積和質(zhì)能傳遞效率，提高了CO₂的利用率，從而降低了能耗物耗。

與鼓泡碳化塔相比，CO₂的利用率大幅提高。采用鼓泡碳化塔制備碳酸鈣，CO₂的利用率約為10.39%；在最佳反應(yīng)條件下，采用超重力-微界面法制備碳酸鈣，CO₂的利用率達(dá)到了58.06%，提升了將近5倍。

不同反應(yīng)器中氣泡粒徑分布(a)超重力-微界面碳化反應(yīng)器；(b)傳統(tǒng)鼓泡塔反應(yīng)器

孫金磊等以聚乙烯亞胺(PEI)為晶型控制劑、甲醇為分散劑、氫氧化鈣溶液和CO₂為原料，采用超重力-微界面法進(jìn)行類球形納米碳酸鈣制備研究�？疾旆磻�(yīng)溫度、CO₂流量、氫氧化鈣溶液濃度、甲醇體積分?jǐn)?shù)、PEI添加量對(duì)碳酸鈣產(chǎn)物形貌的影響。結(jié)果表明，超重力-微界面碳化反應(yīng)器可以將CO₂氣泡由毫米級(jí)高效轉(zhuǎn)化為微米級(jí)，增大了氣液相界面積，提高了氣液傳質(zhì)；氫氧化鈣與CO₂碳化反應(yīng)最佳反應(yīng)條件是氫氧化鈣濃度為8%、PEI添加量為氫氧化鈣質(zhì)量的4%、甲醇體積分?jǐn)?shù)為20%、CO₂流量為2.5L/min、反應(yīng)溫度為12℃，所制備的類球形納米碳酸鈣粒徑為40nm~60nm。

廣西大學(xué)公布了一種在超重力場(chǎng)條件下，連續(xù)制備球形碳酸鈣晶體的方法。具體實(shí)現(xiàn)步驟為：在配制濃度為0.01～0.20mol/LCaCl₂水溶液中，滴加一定量的氨水調(diào)節(jié)其pH值，同時(shí)添加0.05～1.0wt%可溶性淀粉作為晶型控制劑，密封攪拌后轉(zhuǎn)移至超重力反應(yīng)器中�？刂铺蓟瘻囟仍�0～50℃，在超重力反應(yīng)器中，高速旋轉(zhuǎn)的CaCl₂混合液與流量為(30～500L/h)的CO₂進(jìn)行逆流接觸進(jìn)行碳化反應(yīng)。當(dāng)漿液pH=6.5～7.0時(shí)，停止通氣，碳化反應(yīng)結(jié)束。將碳化完全后漿液進(jìn)行離心，70℃下干燥5小時(shí)，粉碎，即得平均粒徑為12～17um的球形碳酸鈣產(chǎn)品。與其它碳化法相比，在以可溶性淀粉作晶型控制劑的條件下，采用超重力碳化法制備出的球形碳酸鈣產(chǎn)品具有較窄的粒度分布，形貌均一且分散性好的優(yōu)點(diǎn)，此外碳化時(shí)間大大縮短。

4、超重力碳化技術(shù)生產(chǎn)碳酸鈣產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

超重力碳化技術(shù)生產(chǎn)碳酸鈣在國(guó)內(nèi)外均有產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，這是運(yùn)用該技術(shù)生產(chǎn)球形碳酸鈣的基礎(chǔ)。例如山西新泰恒信納米材料股份有限公司生產(chǎn)的納米碳酸鈣就是運(yùn)用的這項(xiàng)技術(shù)。

目前，國(guó)內(nèi)許多高校、研究機(jī)構(gòu)、企業(yè)對(duì)超重力碳化技術(shù)生產(chǎn)碳酸鈣都有所涉獵，球形、立方形、花瓣?duì)睢⒕ы毜炔煌�形貌的產(chǎn)品也均有研究。這可以反映出，企業(yè)、高校乃至市場(chǎng)對(duì)超重力技術(shù)裝備的認(rèn)可和需求度，也可以看出其在碳酸鈣生產(chǎn)方面的應(yīng)用潛力。

北京化工大學(xué)

一種在有機(jī)試劑中單分散的納米碳酸鈣所形成的透明液相分散體及其制備方法

一種立方形納米碳酸鈣的生產(chǎn)方法

廣西大學(xué)

一種在超重力場(chǎng)條件下，連續(xù)制備球形碳酸鈣晶體的方法

一種花瓣片狀碳酸鈣晶體的制備方法

一種功能性碳酸鈣晶須的制備方法

一種超重力-微界面?zhèn)髻|(zhì)強(qiáng)化碳化法制備立方形納米碳酸鈣的方法

一種高活性石灰超重力反應(yīng)結(jié)晶法制備的亞微米紡錘形碳酸鈣及其方法

桂林理工大學(xué)

一種低表面能單分散納米碳酸鈣的制備方法

山西新泰恒信納米材料股份有限公司

高分散透明納米碳酸鈣的制備方法

一種納米復(fù)合超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣的制備方法

一種潤(rùn)滑脂用納米碳酸鈣的制備方法

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湖南大學(xué)

一種超重力碳化鋼渣微粉的處理裝置

一種利用超重力捕獲二氧化碳制備碳化鋼渣的方法

廣西東泰實(shí)業(yè)有限責(zé)任公司

一種碳酸鈣晶須的制備方法

粉體網(wǎng)編輯認(rèn)為，隨著成本問(wèn)題、產(chǎn)品價(jià)值、市場(chǎng)需求達(dá)到某種平衡，超重力碳化技術(shù)或許會(huì)很快取得重大突破甚至是逐漸普及，屆時(shí)一大批高端碳酸鈣的誕生或許可以再次推動(dòng)行業(yè)向前發(fā)展。

參考來(lái)源

李裕興，多種晶型納米碳酸鈣制備及生長(zhǎng)機(jī)理的研究進(jìn)展，山西大學(xué)

孫金磊，超重力-微界面法制備類球形納米碳酸鈣，廣西大學(xué)

劉晨民，超重力場(chǎng)中球形與片狀碳酸鈣的制備研究，廣西大學(xué)

黎聲鵬，超重力場(chǎng)中球形碳酸鈣的制備及其機(jī)理研究，廣西大學(xué)

高凱，碳化塔結(jié)構(gòu)對(duì)碳酸鈣晶體質(zhì)量影響分析，新疆至臻化工工程研究中心有限公司

(中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/昧光)

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