王潤澤，劉煒彤

（北京師范大學化學學院，北京100875）

碳酸鈣的工業(yè)制備研究
——化學制備方法

王潤澤，劉煒彤

（北京師范大學化學學院，北京100875）

碳酸鈣是重要的無機化工基本原料，具有價格低廉、原料豐富、無毒、穩(wěn)定等特點。因此，研究碳酸鈣的制備工藝就有很強的實際意義。就目前國內生產碳酸鈣的主要工藝和方法進行描述和總結，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；應用

1 碳酸鈣的化學制備方法

碳酸鈣的化學制備方法主要分為復分解法和碳化法。

1.1 復分解法

復分解法是指將CaCl2等水溶性鈣鹽與Na2CO3等水溶性碳酸鹽在適宜條件下反應而制得CaCO3的方法。這種方法可通過控制反應物濃度及生成CaCO3的過飽和度，并加入適當的添加劑來控制CaCO3產品的晶型及粒徑大小。但吸附在CaCO3中的大量Cl-很難除盡，生產中往往使用傾析法進行后續(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，得到符合生產標準的Ca(OH)2懸浮液。然后通入CO2氣體，根據需要加入某種晶型控制劑，碳化至終點，得到需要晶型的CaCO3。再通過脫水、干燥、表面處理等步驟，得到產品。碳化法是納米CaCO3的主要生產方法[2]。該法通過反應前加入適當的控制劑，控制碳化時CaCO3結晶的程度和粒徑大小，可以根據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，生成CaCO3。反應過程中可以通過對溫度、濃度、CO2進氣量和加入的添加劑的控制來調控碳化反應過程。間歇攪拌法制所得的CaCO3具有粒徑分布窄的優(yōu)點。目前也已經成為了工業(yè)上生產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，制得CaCO3產品?？梢酝ㄟ^控制原料的流量實現碳化過程的分段進行，繼而通過控制反應時間、溫度、濃度等條件制得不同晶型和粒徑的碳酸鈣產品。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，反應效率高，晶型和粒徑易控制，可制得穩(wěn)定優(yōu)良的CaCO3產品。

1.2.3 超重力碳化法

超重力碳化法是一項新型生產工藝技術。本方法主要是在獨特的超重力環(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，進行碳化反應。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、分布均勻的高質量納米級CaCO3產品[4]。

2 碳酸鈣的仿生合成

碳酸鈣是自然界中生物體內的重要組成部分。目前通過對生物礦化的機理的探究，已經發(fā)現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的一種重要無機物體，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基質特殊合成，從而形成具有特殊性能及復雜的形貌的晶體。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礦化機制的認識不斷深入，對碳酸鈣的沉積過程的研究發(fā)現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]。已經有通過用鎂離子、氨基酸等作為添加劑，根據無定形碳酸鈣的流動性特點，制備出特定晶型的CaCO3晶體的報導[6]。由于反應中的添加劑對CaCO3的結晶過程起到了主要的調控作用，研究不同物質作為添加劑對于CaCO3結晶反應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，短時間內還無法達到工業(yè)化生產的要求。但是這種綠色的合成方式擁有廣闊的應用前景和環(huán)境友好性，是近些年來相關領域的研究熱點。

[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與工業(yè)生產[J].化工中間體,2007(2):14-19.

[4]湯秀華.納米碳酸鈣的制備及應用評述[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].化學進展,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，學生，北京師范大學化學學院本科生，研究方向：化學工程；劉煒彤（1994—），女，北京人，學生，北京師范大學化學學院本科生，研究方向：化學工程。