噴霧碳化法制備超細碳酸鈣

陳 峰，高尚燦，謝丹華，翁慧超，尹應武

(寧德師范學院化學系，福建 寧德 352100)

碳酸鈣是一種重要的無機化工原料，具有無毒、無刺激性、價格便宜、白度高、色澤好等優點，被廣泛應用于塑料、造紙、涂料、橡膠、油墨、牙膏、食品等行業［1－3］。氣升式環流反應器是制備超細碳酸鈣的高效節能設備，但實際生產過程中難以實現連續操作，而噴霧塔反應器能達到該要求，因此對噴霧碳化法制備超細碳酸鈣工藝進行對比研究，以評估噴霧碳化法是否可以作為有潛力的先進裝備應用于甘氨酸合成超微細碳酸鈣中［4，5］。與鼓泡碳化法和氣升式環流反應器相比，噴霧碳化法具有反應過程中氣液接觸面積大，氣體不需要加壓，投資少、生產效率高等優點［6，7］。

1.材料、試劑與儀器

1.1 實驗材料和試劑:電石渣，由柳州化工集團有限公司提供;甘氨酸，分析純，國藥集團化學試劑有限公司提供。

1.2 主要儀器:噴霧塔反應器，廈門大學化工廠制備;SSA－3600比表面分析儀，Builder公司;LEO 1530場發射掃描電子顯微鏡，德國LEO公司;X＇pert PRO X射線衍射儀，荷蘭帕納科公司。

2.超細碳酸鈣的制備

石灰或電石渣與甘氨酸溶液反應、過濾除雜得到甘氨酸鈣溶液，甘氨酸鈣溶液通過噴霧塔噴頭向下噴淋，CO2通過底部進入塔中，霧滴和塔內CO2氣體氣液接觸反應得到超細碳酸鈣。

根據超細碳酸鈣國家標準 (GB/T 19590－2004)對噴霧塔制備的碳酸鈣的基本性能進行檢測，超細碳酸鈣形貌通過LEO 1530場發射掃描電子顯微鏡進行觀察，晶型通過X射線衍射儀進行觀察。測定條件如下:

用SSA－3600比表面分析儀對碳酸鈣的比表面積進行測量。

用X＇pert PRO X射線衍射儀 (XRD)對超細碳酸鈣的晶型進行分析。儀器設置條件如下:Cu Ka靶，掃描范圍2θ為10°－90°。

用LEO 1530場發射掃描電子顯微鏡對碳酸鈣表觀形貌進行觀察。具體制樣方法如下:取適量碳酸鈣產品，噴金后，置于掃描電鏡樣品臺上進行觀。

3.結果與討論

3.1 基本性能分析

噴霧塔制備的碳酸鈣的基本性能如表1所示。從表中可以看出，制備得到的超細碳酸鈣符合NCC－100的要求。與氣升式反應器制備的碳酸鈣相比，噴霧碳化法得到的碳酸鈣白度稍有下降，但仍滿足應用要求;但是噴霧碳化法使得碳酸鈣的比表面積增加，這是因為在噴霧塔內，通過液體分布器的作用，能夠將甘氨酸鈣液體再分布形成很小霧滴，在反應器內與氣體接觸進行反應，使得形成的碳酸鈣顆粒不易團聚，比表面積增大。

表1 噴霧塔制備碳酸鈣性能檢測

3.2 XRD分析

圖1 氣升式反應器制備碳酸鈣XRD圖

圖2 噴霧塔制備碳酸鈣XRD圖

氣升式反應器和噴霧塔反應器制備得到的碳酸鈣的XRD圖分別見圖1和圖2。對圖1、2進行分析比較，可以看出兩種反應器中得到的碳酸鈣的晶型基本一致，對應的衍射角2θ位于25.0°，27.10°，32.80°，43.85°，50.06°，55.85°，出現球霰石晶型的衍射峰，對應的衍射角2θ角位于29.55°，47.21°，出現方解石晶型的衍射峰。從衍射峰的強度上看得到的碳酸鈣以球霰晶石型為主。由此可見，噴霧塔反應并沒有影響碳酸鈣的晶型，對碳酸鈣晶型起作用的仍是反應的物料體系。

3.3 掃描電鏡分析

圖3 碳酸鈣電鏡圖

圖3給出了氣升式反應器和噴霧塔反應器制備得到的碳酸鈣的掃描電鏡圖。從圖中可以看出，兩種反應器制備的碳酸鈣都是球形形貌，碳酸鈣的晶型以球霰石型為主，這與XRD的分析結果相吻合。

4.結論

(1)根據超細碳酸鈣國家標準 (GB/T 19590－2004)對噴霧塔制備的碳酸鈣的基本性能進行檢測，其性能滿足NCC－100的要求。

(2)從XRD分析結果可以看出噴霧塔反應器制備得到的碳酸鈣是球霰石和方解石的混合晶型，其中以球霰石晶型為主，與氣升式反應器制備得到的碳酸鈣基本一致。

(3)通過掃描電鏡觀察，噴霧塔反應器與氣升式反應器制備得到的碳酸鈣是球形形貌。

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