中國粉體網(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，被廣泛的運用于油墨、油漆、造紙、塑料、電子、陶瓷、醫(yī)藥等領域，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穩(wěn)定性，也被用于藥物輸送、陶瓷和骨科等領域。
超重力場中制備的碳酸鈣SEM圖
1、球形碳酸鈣生產(chǎn)技術
球形碳酸鈣在多數(shù)情況下是由球霰石生長而成的，但球霰石屬于熱力學最不穩(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。
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)晶反應在微乳液滴內(nèi)進行，不適合應用于工業(yè)上大規(guī)模的生產(chǎn)。復分解法存在工藝條件復雜、成本較高及制備出來的碳酸鈣粒徑較大等缺陷，因而也不易于工業(yè)化生產(chǎn)。
但由于碳化技術是碳酸鈣工業(yè)化生產(chǎn)的主流技術，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
碳化反應是一個涉及氣-液-固的多相快速反應，傳質(zhì)過程是碳化反應的主要控制步驟，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過程，所涉及到的反應如下：
其中最關鍵的步驟為，氣相二氧化碳溶解于液相與氫氧化鈣的溶解過程，這兩個過程是整個碳化過程的控制步驟，通過影響反應速度，成核速度以及生長速度來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、超重力碳化技術制備球形碳酸鈣
超重力是指物質(zhì)受到遠大于重力加速度的力，通常由旋轉(zhuǎn)填充床產(chǎn)生強大的離心力來模擬超重力環(huán)境。實踐證明，由于超重力反應結(jié)晶法碳化時間短、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)化的應用。
碳酸鈣在不同重力場下的生長示意圖
利用離心泵工作時產(chǎn)生的離心加速度在微界面反應器的作用下將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的微界面，其傳質(zhì)速率比傳統(tǒng)攪拌式反應器高1~3個數(shù)量級，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%；在最佳反應條件下，采用超重力-微界面法制備碳酸鈣，CO2的利用率達到了58.06%，提升了將近5倍。
不同反應器中氣泡粒徑分布(a)超重力-微界面碳化反應器；(b)傳統(tǒng)鼓泡塔反應器
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-微界面法進行類球形納米碳酸鈣制備研究�？疾旆磻獪囟取O2流量、氫氧化鈣溶液濃度、甲醇體積分數(shù)、PEI添加量對碳酸鈣產(chǎn)物形貌的影響。結(jié)果表明，超重力-微界面碳化反應器可以將CO2氣泡由毫米級高效轉(zhuǎn)化為微米級，增大了氣液相界面積，提高了氣液傳質(zhì)；氫氧化鈣與CO2碳化反應最佳反應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%、甲醇體積分數(shù)為20%、CO2流量為2.5L/min、反應溫度為12℃，所制備的類球形納米碳酸鈣粒徑為40nm~60nm。
廣西大學公布了一種在超重力場條件下，連續(xù)制備球形碳酸鈣晶體的方法。具體實現(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)移至超重力反應器中�？刂铺蓟瘻囟仍�0～50℃，在超重力反應器中，高速旋轉(zhuǎn)的CaCl2混合液與流量為(30～500L/h)的CO2進行逆流接觸進行碳化反應。當漿液pH=6.5～7.0時，停止通氣，碳化反應結(jié)束。將碳化完全后漿液進行離心，70℃下干燥5小時，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，此外碳化時間大大縮短。
4、超重力碳化技術生產(chǎn)碳酸鈣產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀
超重力碳化技術生產(chǎn)碳酸鈣在國內(nèi)外均有產(chǎn)業(yè)化應用，這是運用該技術生產(chǎn)球形碳酸鈣的基礎。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用的這項技術。
目前，國內(nèi)許多高校、研究機構(gòu)、企業(yè)對超重力碳化技術生產(chǎn)碳酸鈣都有所涉獵，球形、立方形、花瓣狀、晶須等不同形貌的產(chǎn)品也均有研究。這可以反映出，企業(yè)、高校乃至市場對超重力技術裝備的認可和需求度，也可以看出其在碳酸鈣生產(chǎn)方面的應用潛力。
北京化工大學
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廣西大學
一種在超重力場條件下，連續(xù)制備球形碳酸鈣晶體的方法
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粉體網(wǎng)編輯認為，隨著成本問題、產(chǎn)品價值、市場需求達到某種平衡，超重力碳化技術或許會很快取得重大突破甚至是逐漸普及，屆時一大批高端碳酸鈣的誕生或許可以再次推動行業(yè)向前發(fā)展。
參考來源
李裕興，多種晶型納米碳酸鈣制備及生長機理的研究進展，山西大學
孫金磊，超重力-微界面法制備類球形納米碳酸鈣，廣西大學
劉晨民，超重力場中球形與片狀碳酸鈣的制備研究，廣西大學
黎聲鵬，超重力場中球形碳酸鈣的制備及其機理研究，廣西大學
高凱，碳化塔結(jié)構(gòu)對碳酸鈣晶體質(zhì)量影響分析，新疆至臻化工工程研究中心有限公司
(中國粉體網(wǎng)編輯整理/昧光)
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