納米碳酸鈣科普-2

納米碳酸鈣的生產(chǎn)方法主要有物理法和化學(xué)法兩種。物理法是指從原材料到粒子的整個(gè)過(guò)程沒(méi)有化學(xué)反應發(fā)生的制備方法，即對碳酸鈣含量高的天然石灰石等進(jìn)行機械粉碎而得到碳酸鈣產(chǎn)品的方法。但使用一般的粉碎機粉碎到1.0微米以下是很困難的，只有采用特殊的方法和機械才有可能達到0.1微米以下，因此在實(shí)際生產(chǎn)中常采用化學(xué)方法進(jìn)行生產(chǎn)?；瘜W(xué)方法又包括復分解法和碳化法兩種。
2.1復分解法
復分解法是采用水溶性鈣鹽（如氯化鈣等）與水溶性碳酸鹽（如碳酸銨或碳酸鈉等），在適當的工藝條件下進(jìn)行反應，通過(guò)液—固相反應過(guò)程制得納米級碳酸鈣產(chǎn)品。這種方法可通過(guò)控制反應物的濃度、溫度以及生成碳酸鈣的過(guò)飽和度，并加入適當的添加劑等方法，得到球形、粒徑極小、比表面積很大、溶解性很好的無(wú)定形碳酸鈣。所得產(chǎn)品純度高、白度好，但由于吸附在碳酸鈣中的大量氯離子難以除盡，生產(chǎn)中使用的清洗法往往需要大量的時(shí)間和洗滌用水，故目前國內很少采用。
2.2 碳化法
碳化法是將精選的石灰石煅燒，得到氧化鈣和窯氣。氧化鈣消化生成的懸浮氫氧化鈣在高剪切力作用下粉碎，多極旋液分離除去顆粒及雜質(zhì)，得到一定濃度的精制氫氧化鈣懸浮液；然后通入二氧化碳氣體，加入適量的晶形控制劑，碳化至終點(diǎn)，得到要求晶形的碳酸鈣漿液；最后再經(jīng)過(guò)表面處理、干燥破碎得到納米碳酸鈣產(chǎn)品。在碳化法中，碳化過(guò)程決了輕質(zhì)碳酸鈣的粒度和晶形。該方法具有產(chǎn)品質(zhì)量好、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，是目前國內外生產(chǎn)納米級碳酸鈣的主要方法。他主要包括間歇式碳化法、連續噴霧碳化法以及超重力碳化法等幾種生產(chǎn)方法。
2.2.1間歇式碳化法
間歇式碳化法生產(chǎn)納米碳酸鈣是以二氧化碳和氫氧化鈣為原料，在攪拌鼓泡碳化塔或釜中，通入二氧化碳與經(jīng)通過(guò)冷凍機降溫后的氫氧化鈣發(fā)生乳液反應生成碳酸鈣，因其反應控制是間歇式進(jìn)行，故稱(chēng)間歇（冷凍）式碳化法。按二氧化碳和氫氧化鈣接觸方式的不同，它又可以分為間歇鼓泡式碳化法和間歇攪拌式碳化法兩種。間歇鼓泡式碳化法是將5~8波美度石灰乳癰冷凍機降溫至25℃以下，泵入碳化塔中，保持一定液位，由塔底通入窯氣鼓泡進(jìn)行碳化反應，通過(guò)控制反應溫度、濃度、氣液比、添加劑等的工藝條件，間歇制備納米碳酸鈣。此法設備投資小，操作簡(jiǎn)單，但耗能較高，工藝條件較難控制，粒度分布較寬。  間歇攪拌式碳化法，也稱(chēng)釜式碳化法，是將石灰乳通過(guò)冷凍機降溫至25℃以下，放入碳化反應釜中，通入二氧化碳混合氣體，在攪拌下進(jìn)行碳化反應。通過(guò)控制反應溫度、濃度、攪拌速度、添加劑等條件間歇制備納米碳酸鈣。此法設備投資大，操作較復雜，但因攪拌氣液接觸面積大，反應較均勻，產(chǎn)品粒徑分布較窄。
2.2.2連續噴霧碳化法
連續噴霧碳化法是日本白石工業(yè)公司在20世紀70年代末開(kāi)發(fā)的一種工藝，通常采用多個(gè)碳化塔，含二氧化碳的窯氣從塔底進(jìn)入，與塔頂噴霧成一定液滴徑的石灰乳逆流接觸，進(jìn)行碳化反應。此種碳化工藝可以使兩段式，也可以是三段式至多段式，一般以2~4段為好。段數的選擇要根據用戶(hù)對產(chǎn)品的性能要求決定。采用噴霧式碳化工藝，通過(guò)調整反應過(guò)程中氫氧化鈣懸浮液的濃度、噴霧液滴徑以及二氧化碳混合氣體的濃度、空塔速率、氣液比和漿液的每塔碳化率，即可得到平均粒徑小于100nm的碳酸鈣。同樣，調節反應器的反應參數，可以得到立方形、鏈鎖形、類(lèi)球形等單一超細產(chǎn)品。例如選用三段碳化法，控制碳化過(guò)程中氫氧化鈣懸浮液濃度為0.1%~10%（質(zhì)量）、溫度為1~30℃、一定液滴直徑以及一定的空塔速度，可得到小于100nm的立方形碳酸鈣。該方法生產(chǎn)納米碳酸鈣效率高、經(jīng)濟效益較好，并能實(shí)現自動(dòng)化大規模生產(chǎn)，不足之處是設備投資較大。
2.2.3超重力碳化法
超重力碳化法是北京工業(yè)大學(xué)超重力工程技術(shù)研究中心近年來(lái)新開(kāi)發(fā)的一種合成納米碳鈣的方法。它是以二氧化碳和氫氧化鈣為原料，根據分子反應的理論，利用旋轉產(chǎn)生的比地球重力加速度大得多的重力環(huán)境，在分子尺度上有效控制碳化反應和結晶過(guò)程，制得粒度小、分布均勻的納米粉體碳酸鈣。高速旋轉的填料將氫氧化鈣溶液剪切成微細的液滴、液絲和液膜，強大的離心力場(chǎng)使碳酸鈣微粒一旦形成就迅速脫離氫氧化鈣溶液，無(wú)法繼續長(cháng)大，同時(shí)，氫氧化鈣溶液和二氧化碳氣體的接觸面積大大增加并迅速更新，使反應速度大大提高。采用超重碳化法生產(chǎn)納米碳酸鈣具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）能強化二氧化碳和氫氧化鈣的傳遞和反應，可控制二氧化碳和氫氧化鈣碳化反應和結晶過(guò)程；（2）粒度均勻，平均粒徑小，粒度分布范圍窄，所得產(chǎn)品的平均粒徑為15~30nm；（3）無(wú)需加入晶體抑制劑，使生產(chǎn)成本大大降低；（4）碳化時(shí)間比普通碳化法大大縮短，僅為傳統工藝的10%~20%；（5）反應裝置小，易于操作，投資少；（6）產(chǎn)品純度高，質(zhì)量穩定。
2.2.4多級噴霧碳化法
在傳統的氣液設備中，要增大傳質(zhì)速率，當其他條件不變時(shí)，只有增加氣—液相間的接觸面積。在噴霧碳化塔中，正是借助離心力的作用，來(lái)使氣—液相間的傳質(zhì)面積得以增大，并且由于氣—液相為逆流接觸，加之霧化器自身由高速旋轉產(chǎn)生的錯流切割將液體霧化為十分細小均勻的霧粒，因而同氣體間的微觀(guān)混合度極高，氣—液相間的傳質(zhì)比表面積大大增大，傳質(zhì)系數比普通的氣—液相間的增大100倍以上，從而保證了噴霧碳化塔中制備的納米碳酸鈣平均體積當量直徑為35nm左右。多級噴霧碳化法制備納米碳酸鈣的基本步驟為：將經(jīng)過(guò)精制的石灰乳懸浮液配置成工藝要求的濃度，加入適量的添加劑，充分混勻后泵入噴霧碳化塔頂部的霧化器中，在高速旋轉產(chǎn)生的巨大離心力作用下，乳液被霧化為微細粒徑的霧滴；經(jīng)過(guò)混合、干燥含有適量的二氧化碳的混合氣體由塔底部分進(jìn)入，經(jīng)氣體分布器均勻分布在塔中，霧滴在塔內同氣體進(jìn)行瞬時(shí)逆向接觸發(fā)生化學(xué)反應生成碳酸鈣。由多級噴霧碳化法制備的碳酸鈣產(chǎn)品的粒度細小且均勻，平均粒徑在30~40nm范圍內，微粒晶型可以調節控制。