[发明专利]一种不同结构和形貌碳酸钙粉体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是碳酸钙粉体的制备方法，特别涉及一种不同结构和形貌碳酸钙粉体的新型制备方法，属于无机非金属粉体的制备技术领域。

背景技术

碳酸钙，是应用最为广泛的无机非金属填料之一。按照制备方法，碳酸钙分为重质碳酸钙(重钙，GCC) 和轻质碳酸钙(轻钙，又称沉淀碳酸钙，PCC)。重钙是用物理方法将含碳酸钙在90%以上的石灰石、白云石等矿物经过清洗、破碎、粉碎、分级、分离等工序而制得的产品。轻钙是采用化学方法制备的，根据活化与否，又可分为普通轻质碳酸钙和纳米活性碳酸钙。

由于机械粉碎无法达到纳米级，所以纳米碳酸钙的制备都是通过化学法制备的。根据合成机理的不同，化学法制备纳米碳酸钙可以分为三种反应系统：Ca²⁺–H₂O–CO₂、Ca²⁺–H₂O–CO₃^2-和Ca²⁺–R–CO₃^2-。Ca²⁺–H₂O–CO₂反应系统，即碳化法，是先将石灰消化形成氢氧化钙的乳浊液，然后通入二氧化碳气体对乳浊液进行碳化来制备纳米碳酸钙。Ca²⁺–H₂O–CO₃^2-反应系统，又称复分解法，将含有Ca²⁺的盐溶液与含有CO₃^2-的盐溶液在一定条件下混合反应来制备纳米碳酸钙，属于液–固相反应过程。Ca²⁺–R–CO₃^2-反应系统(R为有机介质)，它是通过有机介质R来调节Ca²⁺和CO₃^2-之间的传质，从而达到控制晶核生长的目的。

在上述三个反应体系中，Ca²⁺–H₂O–CO₃^2-反应系统由于反应极其迅速以至于难以精确控制反应过程，并且清洗纳米碳酸钙表面残留的Cl^-会消耗很长的时间和大量的水，所以通过该方法来制取纳米碳酸钙的成本较高，一般国内外较少采用[汤秀华，纳米碳酸钙的制备及应用评述，四川化工，2006，9(4)：20–23]。而Ca²⁺–R–CO₃^2-反应系统制备纳米碳酸钙起步较晚，尚处于实验室阶段，并且该工艺需要大量的有机介质，传质较慢，效率较低[吉欣，郭新勇，武国宝，仓向辉，乳状液膜法制备超细碳酸钙，化学研究，2002，13(3)：44–46；谢元彦，杨海林，阮建明，周忠诚，溶胶—凝胶法制备碳酸钙晶须，粉末冶金材料科学与工程，2009, 14(3)：164–164]，因此该体系也没有在工业制备中采用。而目前纳米碳酸钙的工业制备工艺主要是采用Ca²⁺–H₂O– CO₂反应系统，即碳化法。

传统的碳化法是采用石灰石煅烧、石灰消化、氢氧化钙碳化、分离、干燥、分级包装制取纳米碳酸钙，通过控制氢氧化钙浓度、反应温度、窑气中的二氧化碳浓度、气液比、添加剂种类及数量等工艺条件，可制取不同晶形(如立方形、纺锤形和链锁形等)、不同粒径(0.1~0.02μm或≤0.02 μm)的纳米级碳酸钙。根据氢氧化钙浆的碳化方式的不同，又可分为低温鼓泡碳化法、喷雾碳化法、超重力碳化法和超声空化碳化法。