碳酸鈣的工業(yè)制備研究
——化學(xué)制備方法

王潤澤，劉煒彤

（北京師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院，北京100875）

碳酸鈣的工業(yè)制備研究
——化學(xué)制備方法

王潤澤，劉煒彤

（北京師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院，北京100875）

碳酸鈣是重要的無機(jī)化工基本原料，具有價格低廉、原料豐富、無毒、穩(wěn)定等特點(diǎn)。因此，研究碳酸鈣的制備工藝就有很強(qiáng)的實(shí)際意義。就目前國內(nèi)生產(chǎn)碳酸鈣的主要工藝和方法進(jìn)行描述和總結(jié)，并對目前比較熱門的碳酸鈣的仿生礦化作簡要的介紹。

碳酸鈣；制備方法；應(yīng)用

1 碳酸鈣的化學(xué)制備方法

碳酸鈣的化學(xué)制備方法主要分為復(fù)分解法和碳化法。

1.1 復(fù)分解法

復(fù)分解法是指將CaCl2等水溶性鈣鹽與Na2CO3等水溶性碳酸鹽在適宜條件下反應(yīng)而制得CaCO3的方法。這種方法可通過控制反應(yīng)物濃度及生成CaCO3的過飽和度，并加入適當(dāng)?shù)奶砑觿﹣砜刂艭aCO3產(chǎn)品的晶型及粒徑大小。但吸附在CaCO3中的大量Cl-很難除盡，生產(chǎn)中往往使用傾析法進(jìn)行后續(xù)處理[1]。

1.2 碳化法

碳化法是通過煅燒石灰石，得到CaO和窯氣。后將CaO消化，將生成的懸浮Ca(OH)2在高剪切力作用下粉碎，分離除去顆粒雜質(zhì)，得到符合生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的Ca(OH)2懸浮液。然后通入CO2氣體，根據(jù)需要加入某種晶型控制劑，碳化至終點(diǎn)，得到需要晶型的CaCO3。再通過脫水、干燥、表面處理等步驟，得到產(chǎn)品。碳化法是納米CaCO3的主要生產(chǎn)方法[2]。該法通過反應(yīng)前加入適當(dāng)?shù)目刂苿刂铺蓟瘯rCaCO3結(jié)晶的程度和粒徑大小，可以根據(jù)需要制得不同晶型但均勻的納米級CaCO3。

1.2.1 間歇攪拌法

間歇攪拌法也稱釜式碳化法。在攪拌鼓泡碳化塔或釜中，將CO2通入到降溫后的Ca(OH)2乳液中，使兩者發(fā)生反應(yīng)，生成CaCO3。反應(yīng)過程中可以通過對溫度、濃度、CO2進(jìn)氣量和加入的添加劑的控制來調(diào)控碳化反應(yīng)過程。間歇攪拌法制所得的CaCO3具有粒徑分布窄的優(yōu)點(diǎn)。目前也已經(jīng)成為了工業(yè)上生產(chǎn)CaCO3的重要方法[3]。

1.2.2 連續(xù)噴霧多段碳化法

連續(xù)噴霧多段碳化法是通過將Ca(OH)2漿液以噴霧形式均勻地從碳化塔塔頂噴下，同時從塔底通入CO2氣體逆流接觸，發(fā)生碳化反應(yīng)，制得CaCO3產(chǎn)品?？梢酝ㄟ^控制原料的流量實(shí)現(xiàn)碳化過程的分段進(jìn)行，繼而通過控制反應(yīng)時間、溫度、濃度等條件制得不同晶型和粒徑的碳酸鈣產(chǎn)品。與間歇式碳化法相比，連續(xù)噴霧多段碳化法更適合連續(xù)大規(guī)模的生產(chǎn)，反應(yīng)效率高，晶型和粒徑易控制，可制得穩(wěn)定優(yōu)良的CaCO3產(chǎn)品。

1.2.3 超重力碳化法

超重力碳化法是一項(xiàng)新型生產(chǎn)工藝技術(shù)。本方法主要是在獨(dú)特的超重力環(huán)境和很大的離心速度情況下，將Ca(OH)2溶液剪切稱微細(xì)的液滴、液絲、液膜，乳液被破碎成極小液滴。而后將其與CO2氣體接觸，進(jìn)行碳化反應(yīng)。由于本方法很大程度上增加了氣液的接觸面積，其碳化速度很快。但由于離心速度較大，CaCO3微粒一旦形成就會迅速脫離Ca(OH)2溶液無法繼續(xù)長大。這限制了CaCO3晶粒的增長，可以較容易地制備出粒徑小、分布均勻的高質(zhì)量納米級CaCO3產(chǎn)品[4]。

2 碳酸鈣的仿生合成

碳酸鈣是自然界中生物體內(nèi)的重要組成部分。目前通過對生物礦化的機(jī)理的探究，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了許多新材料的仿生制備的合成手段。碳酸鈣作為生物體內(nèi)的一種重要無機(jī)物體，其仿生合成在近年來得到了較大的發(fā)展。在礦化過程中，生物體可以通過控制碳酸鈣與有機(jī)基質(zhì)特殊合成，從而形成具有特殊性能及復(fù)雜的形貌的晶體。目前研究表明，可以通過嘗試不同種類添加劑和合成模板，制備多種不同晶型的CaCO3晶體。由于近年來對生物體內(nèi)礦化機(jī)制的認(rèn)識不斷深入，對碳酸鈣的沉積過程的研究發(fā)現(xiàn)pH值、過飽和度、添加劑等都是影響碳酸鈣形成的重要因素[5]。已經(jīng)有通過用鎂離子、氨基酸等作為添加劑，根據(jù)無定形碳酸鈣的流動性特點(diǎn)，制備出特定晶型的CaCO3晶體的報導(dǎo)[6]。由于反應(yīng)中的添加劑對CaCO3的結(jié)晶過程起到了主要的調(diào)控作用，研究不同物質(zhì)作為添加劑對于CaCO3結(jié)晶反應(yīng)的影響就成為了目前CaCO3仿生合成研究的主要向。雖然目前已方經(jīng)取得了較多的成果，但是碳酸鈣的仿生合成目前仍處在科研水平，短時間內(nèi)還無法達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)的要求。但是這種綠色的合成方式擁有廣闊的應(yīng)用前景和環(huán)境友好性，是近些年來相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

[1]苗洋.碳酸鈣的制備及其仿生合成研究[J].山東化工,2016(7):13-15.

[2]陳立軍.納米碳酸鈣制備技術(shù)評述[J].化工礦物與加工,2005(1): 1-4；21.

[3]魏紹東,李全偉,王玉倩.納米碳酸鈣的制備技術(shù)與工業(yè)生產(chǎn)[J].化工中間體,2007(2):14-19.

[4]湯秀華.納米碳酸鈣的制備及應(yīng)用評述[J].四川化工,2006(4):20-23.

[5]陳銀霞,趙改青,王曉波.聚合物控制碳酸鈣晶型、形貌的研究[J].化學(xué)進(jìn)展,2009(Z2):1 619-1 625.

[6]Somarathna,Y.R.,et al.,Synthesis of high purity calcium carbonate micro-and nano-structures on polyethylene glycol templates using dolomite[J].CrystalResearch and Technology,2016,51(3):207-214.

（編輯：王鋼）

The Industrial Synthesis Methods of Calcium Carbonate—Chem ical Synthesis

W ang Runze，Liu W eitong
（Beijing Norm al University，Beijing 100875）

As an importantmaterial calcium carbonate is widely used in inorganic chemical engineering areas because of its cheap price,high abundance,non-toxic and stabilization.So there is more realistic significance to study the synthesis methods of calcium carbonate.This paper focuses on the description of themostly used synthesismethods of calcium carbonate in China.The new synthesis method,biomimeticmineralization,is also discussed in the paper aswell.

calcium carbonate；synthesis；application

TQ132.3+

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.16.34

2016-07-11

王潤澤（1994—），男，北京人，學(xué)生，北京師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院本科生，研究方向：化學(xué)工程；劉煒彤（1994—），女，北京人，學(xué)生，北京師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院本科生，研究方向：化學(xué)工程。