納米碳酸鈣制備新工藝分析

聞新春（烏魯木齊泰迪安全技術有限公司， 新疆 烏魯木齊 830000）

納米碳酸鈣制備新工藝分析

聞新春（烏魯木齊泰迪安全技術有限公司， 新疆 烏魯木齊 830000）

納米碳酸鈣在生產生活上有了越來越廣泛的應用，本文介紹了幾種制備納米碳酸鈣的方法，包括復分解法、碳化法、微乳法等，分析了工業上制備納米碳酸鈣的工藝流程及部分優化方法，對納米碳酸鈣的制備新工藝有一定幫助。

納米碳酸鈣；制備；新工藝

納米碳酸鈣又被稱為超微細碳酸鈣，其學名是超細碳酸鈣，納米碳酸鈣是其俗稱，來源于其平均粒子直徑大約為40nm。工藝實驗室制備超細碳酸鈣通常采用碳化法、復分解法、微乳法三種途徑，工業上則一般采用碳化法。

1　納米碳酸鈣的制備方法

（1）復分解法 復分解法是在一定條件下，將水溶性鈣鹽（如氯化鈣，硫酸鈣等）與水溶性碳酸鹽（如碳酸銨，碳酸鈉等），通過液相到固相的反應過程制得納米碳酸鈣。實驗室使用這種方法制取碳酸鈣時，可以通過控制反應物濃度、反應溫度、生成物的過飽和度以及加入適當的添加劑等操作方法，得到粒徑小于0.1微米、比表面積大、具有較好溶解性的無定形碳酸鈣產品。這種方法制得的納米碳酸鈣純度比較高，也有具有很好的白度，但在制取不同晶形的產品時需要很高的成本，所以目前國內外很少采用這種方法工業制取納米碳酸鈣。

（2）碳化法 ①間歇鼓泡碳化法與復分解法不同，間歇鼓泡碳化法是目前國內外制備納米碳酸鈣廣泛采用的的方法。其操作步驟是首先將1.04～1.06 g/cm3的Ca（OH）2漿液降溫到25℃以下，再將漿液打入到碳化塔中，注意保持一定的液位，然后從碳化塔的底部向塔內通入CO2或者CO2和空氣的混合氣體，控制合理的溶液濃度、反應溫度、氣液比以及添加劑等條件，可以間歇制得納米級碳酸鈣。②連續噴霧法也是通過碳化法來制取納米碳酸鈣，步驟是將Ca（OH）2漿液通過壓力式噴嘴從碳化塔的頂部向下呈霧狀噴出，與此同時從塔的底部向上通入CO2或者CO2和空氣的混合氣體，使噴下的Ca（OH）2漿液與CO2充分接觸，發生反應。這種方法明顯增加了CO2氣體和Ca（OH）2漿液的接觸面積，反應過程可以通過控制石灰乳的濃度、液滴直徑、流量、反應氣液比等條件，在常溫下制得直徑在0.04～0.08微米的納米碳酸鈣。通過連續噴霧法制得的CaCO3粒徑分布窄，顆粒形狀比較規則，而且容易分散，綜合品質要優于間歇鼓泡法，但由于這種方法能耗較大，而且噴嘴容易發生堵塞，造成了高額生產成本，故難以普及。

（3）微乳法是近年來剛剛發展起來的一種制備納米微粒的方法。這種方法的操作步驟是分別將可溶性碳酸鹽和可溶性鈣鹽溶解到組成成分完全相同的兩份微乳液中，在一定條件下進行混合反應。這樣可以在較小區域內控制晶粒的成核與生長，完成后再將晶粒與溶劑分離，就可以得到納米碳酸鈣微粒，其粒徑幾乎都控制在幾納米到幾十納米之間。

2　工業上制備納米碳酸鈣的工藝

（1）工藝流程 將一定量的生石灰，按水灰比8：1的比例放入80℃的熱水中進行消化，完成后就得到了氫氧化鈣粗溶液，將其陳化24小時，用200目的篩網過篩，得到精制的氫氧化鈣漿料。將精制氫氧化鈣漿料放入玻璃反應器，加入適量添加劑，設置合適的碳化溫度，調整合適的攪拌速度，經轉子流量計通入二氧化碳和氮氣的混合氣體或者純凈的二氧化碳氣體，就開始了碳化反應。當反應體系呈酸性，也就是pH值下降到7以下后，繼續碳化15分鐘，就得到了納米碳酸鈣溶液。將所得漿料升溫至80℃，加入一定量硬脂酸鈉保溫2小時，過濾、干燥、粉碎后即得納米碳酸鈣固體。

（2）優化方法 ①使用高濃度CO2氣體作為合成納米碳酸鈣的氣源可以大大縮短反應的時間，但是由于系統攪拌不均勾，碳酸鈣粒徑的分布就很不均勻，出現部分粒徑較大顆粒，增大攪拌轉速可減緩粒徑分布不均勻現象；②隨著晶形修飾劑添加量的增加，溫度的提高，陳化時間的延長，顆粒規整程度增加，粒徑也增大，但當超過極限值時，顆粒尺寸不再改變，陳化溫度升高可加快陳化進程，但如果溫度過高就會引起碳酸鈣發生形狀變化，立方形轉為片狀。陳化溫度越高，陳化時間越長，片狀轉化率越高；③陳化過程中分別用聚羧酸鹽、六偏磷酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉為分散劑，通過其電離出的離子改變顆粒電荷狀態和空間位阻，使得體系發生膠溶反應，促進凝膠重新轉變為溶膠，降低了體系黏度，增強了顆粒間分散性，有利于二次碳化和后期包覆過程的進行；④在陳化起始階段加入一定量六偏磷酸鈉，工藝簡單，便于操作，還能起到降低黏度、增強顆粒分散性的作用，同時也不影響陳化過程中晶形修飾劑對碳酸鈣形貌的改善作用；⑤工業試驗工藝參數選擇遵循等單位體積功率的準則，工業圈內傳質效果較小試裝置傳質效果稍差，但是不同批次之間的工業試驗產品性能重復性很好，工藝的穩定性高，合成的納米碳酸含產品的各項性能指標均能與小試產品的性能指標保持一致。

3　結語

本研究改進了傳統的低溫碳化法制備納米碳酸鈣生產工藝，采用了高溫碳化方法，并在碳化過程中采用陳化并添加晶型修飾劑的工藝，制備出了形貌規整、粒徑可控、分散性好的納米碳酸鈣。所得納米碳酸鈣在涂料及密封膠中具有更好的觸變性和更高的屈服應力，有非常高的應用價值。

［1］馮文華.納米碳酸鈣制備新工藝研究［D］.華東理工大學，2015.

［2］王興權.碳化法、復分解法和微乳法制備不同形貌超細碳酸鈣［D］.蘭州交通大學，2013.

［3］成居正.立方納米碳酸鈣制備及其流變性能研究［D］.華東理工大學，2013.

［4］曾蕾，賀全國，吳朝輝.納米碳酸鈣的制備、表面改性及應用進展［J］.精細化工中間體，2013，04：1-6.

［5］陳先勇.納米碳酸鈣合成的研究［D］.四川大學，2014.

聞新春（1978- ），男、湖北浠水縣人，烏魯木齊泰迪安全技術有限公司，中級工程師，學士，化學工程。