超重力场中球形碳酸钙的制备及其机理研究

为了突破工业上制备球形碳酸钙的难题,在超重力场中以高浓度的氢氧化钙为原料,以球形度为评价指标,研究制备球形碳酸钙的最优工艺条件。同时通过在不同的碳化时间取样,利用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线双晶粉末衍射仪(XRD)和傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)等分析仪器对样品的表面形貌和晶体结构进行表征,研究其成球机理。研究结果表明,添加体积分数为50%的乙醇作为溶剂,加入w=3%的L-天冬氨酸作为晶型控制剂,控制超重力水平为1 400 r×min~(-1)时可制备得粒径分布在600～800 nm的球形碳酸钙;将碳化结束后的碳酸钙浆液进行离心得到产品和滤液,滤液再次作为氢氧化钙的溶剂,补加少量晶型控制剂后进行碳化仍可制备得球形碳酸钙,使体系的溶剂得到了循环利用;其成球机理为,L-天冬氨酸螯合钙离子诱导其向球霰石成核,乙醇-水体系阻止球霰石溶解-重结晶,最后在超重力场环境中生长成为球形碳酸钙,其球霰石含量高达89.89%。     

添加剂对纳米碳酸钙形貌与粒度的影响

采用碳化法和复分解法,通过选用不同添加剂及控制其添加量制备了不同形貌和粒径的纳米碳酸钙。用TEM、SEM对所得产物的形貌和尺寸进行了表征。结果表明,当柠檬酸的添加量为0.25%~0.75%（质量分数,下同）时,可实现对纳米碳酸钙颗粒粒径的调控,并选用硬脂酸钠作为表面改性剂对其进行改性,改性后的纳米碳酸钙颗粒更大,形状更规整,分散性更好;当季戊四醇添加量为0.1%~10%时,分别制备出了不同粒径的球形和立方形纳米碳酸钙颗粒。初步探讨了有机酸类、糖类和醇类对合成纳米碳酸钙的影响效果和作用机理。     

纳米碳酸钙的制备及表征

研究了以氧化钙和二氧化碳为原料,化学法制备纳米碳酸钙的工艺条件、添加剂的影响及形态。结果表明:中间体氢氧化钙的初始浓度、二氧化碳的流量、反应温度、搅拌速度及添加剂等在控制制备纳米碳酸钙颗粒的形状和尺寸中均十分重要。透射电镜观察结果表明:通过控制反应及添加剂,可以得到尺寸规整的链锁形、纺锤形和球形纳米碳酸钙。表面能谱证实产品为高纯的碳酸钙。X射线衍射和电子衍射的结果进一步表明:所制纳米碳酸钙均属方解石型六方晶系,a0=0.498 9 nm,c0=1.706 2 nm;为多晶结构。     

高压碳化法可控制备微纳米分级结构中空棒状碳酸钙及其表征

以氢氧化钙为钙源，D-葡萄糖酸钠为添加剂，在高压碳化釜中采用二氧化碳鼓泡碳化法制备出分散均匀，由立方状纳米粒子组装而成具有微纳米分级结构的中空棒状碳酸钙聚集体。探究了各因素对高压碳化法制备碳酸钙的影响，通过改变反应温度、D-葡萄糖酸钠的添加量、氢氧化钙的浓度等考察制备的最佳条件。采用SEM、TEM、XRD、FTIR和BET等测试手段对产品的结构和性能进行了表征。实验结果表明，所制备的微纳米分级结构中空棒状碳酸钙的平均直径约300nm，长度为1~2μm，壳壁由粒径为50~100nm的纳米立方状粒子聚集而成，壳层厚度约100nm。同时，在反应温度为120℃、氢氧化钙质量分数为2%、D-葡萄糖酸钠添加量为氢氧化钙质量的2%、反应时间为4h的条件下，所制备的中空棒状碳酸钙的分散性和均匀性最好。     

纳米碳酸钙悬浮体流变性能研究

以碳酸钙、氧化钙和邻苯二甲酸二辛酯组成的悬浮体为研究对象,模拟了碳酸钙在涂料及密封胶中流变行为,探讨了碳酸钙颗粒形貌、粒径及表面状态对其流变性能的影响。结果表明：不同形貌碳酸钙制备的悬浮体分散稳定性从强到弱依次为：立方形、纺锤形、链状。立方形碳酸钙配制成的悬浮体触变性最好,屈服应力最大;纳米碳酸钙平均粒径越大,粒径分布区间越窄,颗粒规整程度越高,其悬浮体触变性及屈服应力也越高。随着包覆量增加,触变性增强,但包覆量超过3%（质量分数）时,呈现出负触变性。     

柠檬酸钠对纳米碳酸钙结晶的影响

用石灰乳液碳酸化法制备纳米碳酸钙,在不添加任何添加剂的条件下制备出平均粒径为40 nm的立方状方解石型碳酸钙,以柠檬酸钠为添加剂,制备出最大长径比为9的链状方解石型碳酸钙。利用SEM,TEM和XRD分析手段,研究了柠檬酸钠及其加入量对碳酸钙产品颗粒形貌和结构的影响。柠檬酸钠用量为氢氧化钙质量的2%,进行碳酸化反应,在制得的长径比为9的链状碳酸钙悬浮液中,连续补加同质量分数的石灰乳,同时控制二氧化碳的通入速度,继续碳酸化,得到类似雪花状和链状两种形态同时存在的碳酸钙产品。     

氯化镁-氢氧化钠复合添加剂制备文石型碳酸钙

采用碳化法,使用氯化镁和氢氧化钠复合添加剂,制备含文石相的沉淀碳酸钙。采用X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）对产物的晶型和形貌进行表征。讨论了氢氧化钠添加比例、氢氧化钙浓度以及碳化反应温度等工艺条件对实验结果的影响,并分析了过程的反应机理。结果表明：产物中的文石相来自于碳酸钙在氢氧化镁沉淀上的异相成核和生长,方解石相来自于碳酸钙在溶液中的均相成核和生长;氢氧化钠的加入降低了溶液中碳酸钙的过饱和度,抑制了均相成核过程,降低了氯化镁的添加比例。在碳化反应温度为30 ℃、氢氧化钙浓度为1.7~ 2.0 mol/L、氢氧化钠与氯化镁物质的量比为2.6条件下,对文石型碳酸钙的生成较为有利。     

亚微米立方体碳酸钙的制备及应用

粒径≤100 nm的纳米碳酸钙容易团聚,分散性不好,用于密封胶时具有挤出性能差、模量高等缺点,为了改进这些缺点,研究了石灰的活性度、石灰生浆氢氧化钙的粒径、碳化反应时不同的碳化率和补浆量等关键参数对立方体碳酸钙合成的影响。在石灰的活性度为330~350 mL、氢氧化钙浆料的平均粒径≤2 μm、碳化率达30%~65%、补浆量为原浆的20%～50%的实验条件下,制备了亚微米级碳酸钙。并通过扫描电镜、激光粒度仪对其表面形貌进行表征,发现制备的碳酸钙呈立方体、粒径分布为100~400 nm、比表面积为10~15 m²/g。将其应用于硅烷改性聚醚（MS）密封胶,具有挤出性大、强度高、伸长率高、模量低的优点,符合GB 14683—2017《硅酮和改性硅酮建筑密封胶》中低模量密封胶的标准。     

针状纳米级碳酸钙工业制备新工艺

在复合结晶导向剂存在条件下，在碳化温度30～75℃、氢氧化钙初始质量分数8％～12％的高温高浓的工艺条件下，制备出了直径为20nm、长径比为10～15、粒径分布均匀的针状纳米碳酸钙。同时研究了结晶导向剂加入量、碳化温度、氢氧化钙初始浓度等对针状纳米碳酸钙的粒径和形貌的影响，并进行了工业化试验，取得良好结果。     

添加剂对沉淀碳酸钙粒子形成的影响

分别叙述了无机添加剂、有机添加剂、复合添加剂等对沉淀碳酸钙微细粒子形成的影响。指出由于各种反应条件、添加剂、碳化模式的影响和相互作用,采用碳酸化法的模拟生物矿化可制备出不同晶型和不同形貌的微细碳酸钙粒子;沉淀碳酸钙经历了氢氧化钙与CO2反应生成不定型碳酸钙,不定型碳酸钙向方解石型、文石型、球霰型碳酸钙转变的过程;球霰型碳酸钙的稳定性等是今后研究工作中值得关注的问题。     

制备碳酸锂结晶的工艺优化

主要针对含锂卤水通过氯化锂与碳酸钠反应结晶制备高纯度碳酸锂过程中存在的结晶问题做了实验研究。通过考察反应结晶初始浓度、反应温度、进料速率、晶种用量、搅拌速率、进料浓度以及添加剂等对碳酸锂产品的平均粒度及晶体形貌的影响,优化了反应结晶制备碳酸锂的工艺参数。研究表明：在不同优化参数的作用下,通过调控碳酸锂的反应结晶过程,可改变碳酸锂晶体的形貌、粒度及固液分离效果。     

反应结晶制备碳酸锂的粒度及形貌控制

碳酸锂的粒度及形貌决定其性能和应用。通过考察反应结晶温度、进料速率、晶种用量和搅拌速率对碳酸锂产品平均粒径的影响以及添加剂的用量对产品形貌的影响,提供了一种经过优化的制备碳酸锂的反应结晶工艺。通过正交实验确定了反应结晶制备碳酸锂的最佳实验条件：200 mL质量浓度为90 g/L的氯化锂溶液一次性加入反应结晶器内,质量浓度为260 g/L的碳酸钠溶液的加料速率为0.5 mL/min,晶种用量为2%（占碳酸锂理论产量的分数）,搅拌速率为400 r/min,反应温度为80 ℃,添加剂六偏磷酸钠用量为2%（占碳酸锂理论产量的分数）。在此条件下制得的碳酸锂为平均粒径为132 μm、变异系数为51.53%的密实球形产品。研究表明,反应温度对晶体粒度的影响最大,添加剂对晶体的粒度和形貌起到调控作用。     

不同制备方法对纳米氢氧化镁性能的影响

以六水氯化镁为原料,氢氧化钠为沉淀剂,分别采用正向沉淀法、反向沉淀法、双向沉淀法和超重力沉淀法制备了纳米氢氧化镁,以沉降速度为评价指标,考察了制备方法对氢氧化镁料浆沉降性能的影响.利用透射电子显微镜(TEM)、纳米激光粒度分布仪、X射线衍射仪(XRD)对产物的形貌、粒径、粒径分布和晶型进行表征.结果表明,采用超重力沉淀法,氢氧化镁料浆的沉降速度明显加快,分别是正向沉淀法、反向沉淀法、双向沉淀法的4.7倍、12.4倍、2.1倍;所得氢氧化镁的分散性好,纯度高,粒度分布均匀并呈六方片状晶体.     

球形碳酸钙的控制合成研究

以硼酸为控制剂,氯化钙和碳酸钠为原料,采用共沉淀法制备了方解石型碳酸钙球形晶体。研究了控制剂浓度、反应温度、反应时间、反应物浓度等因素对碳酸钙粒径和形貌的影响。结果表明：在硼酸浓度为0.4 mol/L、氯化钙浓度为0.1 mol/L、20 ℃饱和碳酸钠溶液滴速为4.9 mL/min、反应时间为60 min、陈化时间为60 min、反应温度为50 ℃、氯化钙与碳酸钠物质的量比为1∶1条件下,制备的球形碳酸钙颗粒大小均匀,平均粒径为1.57 μm。     

液相沉淀法制备单分散亚微米级球形碳酸锰

以硫酸锰为锰源,碳酸氢铵为沉淀剂,十二烷基硫酸钠为粒径控制剂,采用硫酸锰和碳酸氢铵两种溶液快速同时加入的方式,通过控制合适的反应结晶条件,制备出亚微米级单分散球形碳酸锰颗粒.借助扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、粒度分析仪等研究了反应结晶条件对碳酸锰粒径和形貌的影响.结果表明,在硫酸锰浓度为1.2 mol/L、碳酸氢铵浓度为0.7 mol/L、反应温度为30 ℃、反应时间为30 min、碳酸氢铵与硫酸锰物质的量比为1.5:1的条件下,可以得到平均粒径约为540 nm的单分散球形碳酸锰微粒.     

氯化焙烧法制备无水氯化钙的工艺研究

研究了用氯化铵作为氯化剂氯化焙烧碳酸钙制备无水氯化钙的工艺条件,通过单因素实验考察了焙烧温度、物料配比、焙烧时间及物料装载厚度的影响,并用XRD对无水氯化钙进行了表征。结果表明氯化焙烧法制无水氯化钙的最佳工艺条件为：焙烧温度为450 ℃、焙烧时间为60 min、氯化铵与碳酸钙物料配比n（氯化铵）∶n（碳酸钙）=3∶1、物料装载厚度大于1 cm。此条件下碳酸钙的转化率为95.8%、焙烧产物氯化钙的质量分数为94.96%。用工业级原料焙烧时,选用粒径为10.5 μm的工业重钙与工业氯化铵焙烧120 min,碳酸钙的转化率为95.19%,无水氯化钙的质量分数为94.83%。     

加压碳化体系对纳米碳酸钙粒度和分散性的影响

利用加压碳化体系制备粒径均一、高分散性纳米碳酸钙材料。考察氢氧化钙浓度、表面活性剂添加量、反应温度、CO2压力对制备纳米CaCO3粒子尺寸和分散程度的影响,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、Zeta电位和傅立叶变换红外光谱(FT-IR)对制备的纳米碳酸钙粒子进行表征。结果表明,最优加压碳化反应条件是Ca(OH)2质量浓度为2%、表面活性剂添加量为3%(占碳酸钙理论产量的百分比)、反应温度为40℃、CO2压力为6 MPa,所得立方形碳酸钙平均粒径为117 nm,晶型为方解石型碳酸钙。碳化反应加入表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)使CaCO3表面形成的正电荷增大至+37.7 mV并高于标准值30 mV,表明制备的CaCO3产品具有良好的分散性且稳定。通过FT-IR和Zeta电位对CTAB改性前后CaCO3纳米粒子进行表征,探讨了CTAB对合成纳米CaCO3分散性的影响机理,为纳米碳酸钙制备提供了一种新的方法。     

联碱碳化塔洗水制备轻质碳酸钙

为了回收联碱厂碳化塔洗水中的CO32--、HCO3-,减少污染物排放,采用复分解法,以碳化塔洗水为原料与饱和氢氧化钙溶液反应制备轻质碳酸钙.通过正交试验和单因素试验探讨了碳化塔洗水滴加速率、反应温度、搅拌速率、添加剂对产物粒径的影响;通过SEM、XRD分析了产物形貌及性质.试验结果表明,在碳化塔洗水以3 mL/min的速率滴加、反应温度为15℃、搅拌速率为700 r/min、op-10的投加量为Ca（OH）2溶液质量分数的0.1％的最佳反应条件下,得到的产物粒径为0.3 ～ 1.0 μm,颗粒分散均匀,粒度分布较窄,晶型为四方形片块状轻质碳酸钙.以碳化塔洗水为原料与饱和氢氧化钙溶液反应制备轻质碳酸钙,为联碱厂废水的处理及资源综合利用提供了新途径.     

复合改性制备超细球形氢氧化镁的研究

以氨水为沉淀剂与硫酸镁反应,直接沉淀法制备氢氧化镁,研究原料浓度、反应温度、反应时间、表面活性剂对产品粒径与形貌的影响,采用单因素实验确定最佳反应条件(Mg2+浓度1.5 mol/L,OH-浓度7 mol/L,水/乙醇比为5∶1,SDBS+明胶质量分数1.5%,温度70℃,时间40 min)下,得到平均粒径约为2.5μm的近似球形的氢氧化镁颗粒。通过XRD,SEM,FT-IR等手段表征了产品的属性及形貌特征,结果表明产品粒子呈球形,粒度分布均匀,分散性好,晶形好。