纳米碳酸钙的制备技术与生产.doc

摘要:重点对国内几种工业化的纳米碳酸钙制备技术:间歇式碳化法、超重力法、多级喷雾碳化法、非冷冻法和膜分散微结构反应器法的制备工艺、技术特点进行了评述。综述了国内纳米碳酸钙的生产现状,并对工业生产中存在问题和今后的发展方向进行了讨论。    关键词:纳米碳酸钙;制备技术;工业化生产     纳米技术是当今世界各国争先发展的科技热点,但纳米技术和材料的研究、生产及其应用在我国尚处于起步阶段,可以产业化的只有为数不多的几个品种,纳米碳酸钙便是其中最具代表性的品种之一。    我国于20世纪80年代初开始纳米碳酸钙制备技术的研究,80年代末实现工业化生产,已研制出多种制备技术,主要有:间歇式碳化法、超重力法、多级喷雾碳化法、非冷冻法、垂直筛板塔式碳化法、内循环碳化塔制备法、喷射吸收法、“双喷”新工艺、自吸式搅拌反应器制备法、管式反应碳化法、微乳法制备法、超声空化法等[1],这些制备技术有些已成功地用于工业生产中,生产出不同晶型和不同用途的纳米碳酸钙产品,部分技术水平已达到甚至超过。目前,已实现工业化的主要有间歇式碳化法、超重力法、多级喷雾碳化法、非冷冻法和膜分散微结构反应器制备纳米碳酸钙技术。    间歇鼓泡式碳化法是国内外较常用的生产方法,该法是将净化后的氢氧化钙乳液降温到25℃以下,泵入碳化塔并保持一定液位,由塔底通入含有二氧化碳的窑气鼓泡进行碳化反应,通过控制反应温度、浓度、气液比、添加剂等工艺条件制备纳米碳酸钙。此法投资小、工艺过程及操作简单,但能耗较高,工艺条件难以控制,粒度分布较宽。广东广平化工实业有限公司从日本白石公司引进的、广东恩平市嘉维化工实业有限公司、安徽铜陵集团碳酸钙厂以及广东省龙门县精细碳酸钙厂早期的纳米碳酸钙生产装置就是采用这种技术生产的。其工艺流程图见图1:    间歇搅拌式碳化法采用低温搅拌鼓泡釜式碳化反应器,通过加入晶形控制剂制备不同晶体结构和不同粒径的碳酸钙。该法是将25℃以下的氢氧化钙乳液泵入碳化反应罐中,通入二氧化碳,在搅拌状态下,进行碳化反应,通过控制反应温度、浓度、搅拌速度、添加剂等工艺条件制备纳米碳酸钙。该法因搅拌气-液接触面积大,反应较均匀,产品粒径分布较窄等,已成为近几年纳米碳酸钙生产的主要方法。采用该技术建设的有上海卓越纳米新材料股份有限公司、山西兰花华明纳米材料有限公司、江西华明纳米碳酸钙有限公司、上海耀华纳米科技有限公司等。其制备技术主要有华东理工大学技术化学物理研究所和上海卓越纳米新材料股份有限公司拥有。其工艺流程图见图2[2]:    间歇搅拌式碳化法由于影响产品粒径的因素较多,在工业生产过程中控制困难,因此存在着重复性差,粒径分布不均匀等缺点;碳化反应器存在着放大试验负效应大,反应周期长,单台设备生产能力低等不利因素。针对以上不足,上海卓越纳米新材料股份有限公司通过在产业化过程中的实践,对碳化反应过程控制及碳酸钙粒子表面改性等方面作了重大改进,主要解决了粒子分布、表面处理优化、粒子二次团聚等问题,使产品质量有了进一步的提高,已形成了具有自主专利的制备技术,工艺技术已达,该制备技术具有下列特点[3]:    ①达到和部分超过国外同类产品指标;②粒子性能(形貌、粒度、晶型)可控,形成了不同形态的纳米碳酸钙系列产品,适合各种