碳酸钙的工业制备研究——化学制备方法

王润泽，刘炜彤

（北京师范大学化学学院，北京100875）

碳酸钙的工业制备研究
——化学制备方法

王润泽，刘炜彤

（北京师范大学化学学院，北京100875）

碳酸钙是重要的无机化工基本原料，具有价格低廉、原料丰富、无毒、稳定等特点。因此，研究碳酸钙的制备工艺就有很强的实际意义。就目前国内生产碳酸钙的主要工艺和方法进行描述和总结，并对目前比较热门的碳酸钙的仿生矿化作简要的介绍。

碳酸钙；制备方法；应用

1 碳酸钙的化学制备方法

碳酸钙的化学制备方法主要分为复分解法和碳化法。

1.1 复分解法

复分解法是指将CaCl2等水溶性钙盐与Na2CO3等水溶性碳酸盐在适宜条件下反应而制得CaCO3的方法。这种方法可通过控制反应物浓度及生成CaCO3的过饱和度，并加入适当的添加剂来控制CaCO3产品的晶型及粒径大小。但吸附在CaCO3中的大量Cl-很难除尽，生产中往往使用倾析法进行后续处理[1]。

1.2 碳化法

碳化法是通过煅烧石灰石，得到CaO和窑气。后将CaO消化，将生成的悬浮Ca(OH)2在高剪切力作用下粉碎，分离除去颗粒杂质，得到符合生产标准的Ca(OH)2悬浮液。然后通入CO2气体，根据需要加入某种晶型控制剂，碳化至终点，得到需要晶型的CaCO3。再通过脱水、干燥、表面处理等步骤，得到产品。碳化法是纳米CaCO3的主要生产方法[2]。该法通过反应前加入适当的控制剂，控制碳化时CaCO3结晶的程度和粒径大小，可以根据需要制得不同晶型但均匀的纳米级CaCO3。

1.2.1 间歇搅拌法

间歇搅拌法也称釜式碳化法。在搅拌鼓泡碳化塔或釜中，将CO2通入到降温后的Ca(OH)2乳液中，使两者发生反应，生成CaCO3。反应过程中可以通过对温度、浓度、CO2进气量和加入的添加剂的控制来调控碳化反应过程。间歇搅拌法制所得的CaCO3具有粒径分布窄的优点。目前也已经成为了工业上生产CaCO3的重要方法[3]。

1.2.2 连续喷雾多段碳化法

连续喷雾多段碳化法是通过将Ca(OH)2浆液以喷雾形式均匀地从碳化塔塔顶喷下，同时从塔底通入CO2气体逆流接触，发生碳化反应，制得CaCO3产品。可以通过控制原料的流量实现碳化过程的分段进行，继而通过控制反应时间、温度、浓度等条件制得不同晶型和粒径的碳酸钙产品。与间歇式碳化法相比，连续喷雾多段碳化法更适合连续大规模的生产，反应效率高，晶型和粒径易控制，可制得稳定优良的CaCO3产品。

1.2.3 超重力碳化法

超重力碳化法是一项新型生产工艺技术。本方法主要是在独特的超重力环境和很大的离心速度情况下，将Ca(OH)2溶液剪切称微细的液滴、液丝、液膜，乳液被破碎成极小液滴。而后将其与CO2气体接触，进行碳化反应。由于本方法很大程度上增加了气液的接触面积，其碳化速度很快。但由于离心速度较大，CaCO3微粒一旦形成就会迅速脱离Ca(OH)2溶液无法继续长大。这限制了CaCO3晶粒的增长，可以较容易地制备出粒径小、分布均匀的高质量纳米级CaCO3产品[4]。

2 碳酸钙的仿生合成

碳酸钙是自然界中生物体内的重要组成部分。目前通过对生物矿化的机理的探究，已经发现了许多新材料的仿生制备的合成手段。碳酸钙作为生物体内的一种重要无机物体，其仿生合成在近年来得到了较大的发展。在矿化过程中，生物体可以通过控制碳酸钙与有机基质特殊合成，从而形成具有特殊性能及复杂的形貌的晶体。目前研究表明，可以通过尝试不同种类添加剂和合成模板，制备多种不同晶型的CaCO3晶体。由于近年来对生物体内矿化机制的认识不断深入，对碳酸钙的沉积过程的研究发现pH值、过饱和度、添加剂等都是影响碳酸钙形成的重要因素[5]。已经有通过用镁离子、氨基酸等作为添加剂，根据无定形碳酸钙的流动性特点，制备出特定晶型的CaCO3晶体的报导[6]。由于反应中的添加剂对CaCO3的结晶过程起到了主要的调控作用，研究不同物质作为添加剂对于CaCO3结晶反应的影响就成为了目前CaCO3仿生合成研究的主要向。虽然目前已方经取得了较多的成果，但是碳酸钙的仿生合成目前仍处在科研水平，短时间内还无法达到工业化生产的要求。但是这种绿色的合成方式拥有广阔的应用前景和环境友好性，是近些年来相关领域的研究热点。

[1]苗洋.碳酸钙的制备及其仿生合成研究[J].山东化工,2016(7):13-15.

[2]陈立军.纳米碳酸钙制备技术评述[J].化工矿物与加工,2005(1): 1-4；21.

[3]魏绍东,李全伟,王玉倩.纳米碳酸钙的制备技术与工业生产[J].化工中间体,2007(2):14-19.

[4]汤秀华.纳米碳酸钙的制备及应用评述[J].四川化工,2006(4):20-23.

[5]陈银霞,赵改青,王晓波.聚合物控制碳酸钙晶型、形貌的研究[J].化学进展,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.

（编辑：王钢）

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

王润泽（1994—），男，北京人，学生，北京师范大学化学学院本科生，研究方向：化学工程；刘炜彤（1994—），女，北京人，学生，北京师范大学化学学院本科生，研究方向：化学工程。