纳米碳酸钙.doc

纳米碳酸钙制备(中国选矿技术网)
一、前言
碳酸钙作为一种重要的无机化工原料,被广泛地应用于橡胶、塑料、造纸、油墨、涂料、油漆等行业。根据加工方法及产品性能的不同,碳酸钙有重质碳酸钙、轻质碳酸钙、纳米碳酸钙和活性碳酸钙之分。近几年,随着湿法研磨技术的深入,超细重钙在某些行业中的应用已达到或超过了轻钙。国内中小型轻钙厂因而大多面临停转产的局面。但理论和实践上业已证明,,而且研磨碳酸钙的晶形是无定形的,不能根据不同行业的需求制备不同晶形的产品,在性能上亦不能取代纳米碳酸钙。因此,研制和开发适于轻钙厂转产的新工艺,以及适用于不同行业要求的新产品,促进我国橡胶、塑料、油墨等工业产品提高质量、档次,并走向国际市场,已成为碳酸钙工业面临的一项重要课题。
纳米碳酸钙是重要的无机化工原料。国内广东、上海等地有生产厂家,但制备技术还较落后,产品品种少、质量低、产量小,国内需求主要靠从日本、英国等国家进口。因此,结合不同行业的需要开发不同的系列化产品,并结合国情开发生产控制简单的新工艺,是一项重要课题。东北大学已在此方面取得了可喜的进展。
二、试验方法和装置
纳米碳酸钙的制备方法,采用工业上应用较多、操作控制简单的间歇式搅拌碳化法。取-3mm石灰粉料,加水消化成Ca(OH)2,经净化配制成一定浓度的乳液,在反应器中与CO2反应,反应结束后,产品经脱水、干燥、解聚得最终产品。试验过程的工艺流程如图1所示。
在上述工艺流程中,“纳米CaCO3的合成”是本试验系统的核心。本试验系统有两个突出的特点:
一是CO2钢瓶气与空气可以按一定比例混合后(或者是纯CO2气体,本研究采用纯CO2气体)经特殊的气体喷嘴导入反应器,并经高剪切装置,把气泡击碎成极小气泡。使CO2气体与悬浮液的接触面积大大增加,不仅提高了CO2的利用率,而且溶液的过饱和度提高,容易形成更小的晶体,并且使反应体系中CO2气体分布均匀化,容易获得均匀的纳米碳酸钙产品。二是用电导率仪和pH计监测和跟踪反应进程,以便适时控制反应,生产所需要的纳米碳酸钙产品。试验系统装置如图2所示。
三、立方形纳米碳酸钙的制备
(一)反应初始温度对结晶过程和产品粒度的影响
温度是碳酸钙结晶过程的重要影响因素,它对Ca(OH)2与CO2的化学反应过程和CaCO3的成核生长有着重要的影响。温度升高,Ca(OH)2与CO2的溶解度降低,CaCO3的溶解度升高,从而使乳液中CaCO3的过饱和度减小。温度的变化与Ca(OH)2、CO2和CaCO3在水中的溶解度的关系曲线如图3所示。
过饱和度低、温度升高不利于晶核形成,当然也就降低晶核形成速率。从反应动力学角度分析,温度升高,反应速率、反应速率常数和晶体生长速率常数都增大。因此,从理论上分析,温度升高到底使碳酸钙晶体成长速率增大还是减小,取决于碳酸钙过饱和度的减小和速率常数的增大二者哪一个为主要矛盾。
当Ca(OH)2乳液质量分数、CO2流量和体积分数保持不变,碳化初始温度对产品粒度的影响如图4所示。
由上述结果可见,随着碳化初始温度的提高,产品的粒度都有增大的趋势。在碳化的初始温度为20℃以下时,Ca(OH)2的溶解度较大而CaCO3溶解度较小;同时,初始碳化温度低,碳酸钙晶核形成速度大,易生成大量小晶核,能使产品的粒度减小15mm