[发明专利]一种利用动态同步磁搅拌制备球霰石的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及制备球霰石技术领域，具体涉及一种利用动态同步磁搅拌制备球霰石的方法及装置。

背景技术

碳酸钙作为生物矿石，其功能多样成本低，一直是重要的工业生产原料。碳酸钙粉末广泛用于药品、洗涤剂、生物医药、橡胶、塑料、造纸、牙膏、化妆品、涂料及食品工业，用作增白剂、吸附剂、添加剂及生物医学材料。以上这些用途决定于所制备碳酸钙材料的特征属性，例如平均粒径、粒径分布、比表面积、形貌或化学纯度。沉淀碳酸钙的理化性质受合成步骤、方法和合成条件的高度影响，因此通过控制一定的反应条件，制备不同晶型和粒度的碳酸钙，将有可观的工业应用前景。

无水碳酸钙是一种多晶型物质，分别为方解石、文石和球霰石，方解石和文石存在于自然界中，并以方解石居多，球霰石则需要通过人工合成得到。方解石为三方晶系，通常为菱形；文石为斜方晶系，通常为针状；球霰石为六方晶系，通常为球形。常温常压下，方解石最稳定，文石次之，球霰石最不稳定。球霰石是一种热力学上的不稳定相，尤其在水溶液中，碳酸钙沉淀首先形成球霰石，但在几个小时以内，球霰石会很快重结晶转变为稳定的方解石，并通常失去其球形。

虽然球霰石不稳定，但是相对于方解石和文石，其质地柔软、色泽好、比重小、比表面积大、分散性好，在涂料、塑料和橡胶等行业有很重要的用途，能有效提高复合材料的力学性能、机械强度和光泽等，改善目标产品的物理性能、填充性能和印刷性能，特别是在牙膏产品中用作研磨剂，供不应求。

碳酸钙的制备方法包括固相法和液相沉淀法，主要以后者为主。文献和专利报道的球霰石制备方法有很多，多是采用添加晶型控制剂(蛋白质、离子液体、聚电解质、超支化聚合物和多糖等)并调控pH、调控温度等方法来阻止球霰石向方解石的转变。专利US20100215564将氯化钙、明胶和尿素的混合溶液在4℃预先冷冻24h，然后在70℃下保温24h，制得球霰石含量为98％的碳酸钙。专利CN102249281将碳酸钠水溶液和氯化钙水溶液加入离子液体型表面活性剂1-丁基-3-甲基咪唑十二烷基硫酸酯溶液，制得含量为100％的球霰石。专利CN102583485和专利CN102557099分别在钙盐水溶液中添加超支化缩水甘油醚和端羧基超支化聚醚，然后加入碳酸盐或碳酸氢盐制得球霰石。专利CN104692437通过控制温度制得多种形貌碳酸钙，温度为15℃时制得球霰石。

对于添加晶型控制剂并调控pH的制备方法，其最终的产物需要去除控制剂以纯化产品，不仅工艺繁琐，而且增加生产成本，晶型控制剂的稳定性、可靠性对产品质量影响很大。而调控温度的方法，操作流程复杂，受控温能耗所限，不仅经济性受影响，而且很多情况下还不能得到100％纯度的球霰石。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种利用动态同步磁搅拌制备球霰石的方法及装置。研发了新的无需添加剂、高纯度、低成本的球霰石制备方法，实现了球霰石制备过程的绿色化。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种利用动态同步磁搅拌制备球霰石的方法，该方法为：利用高速旋转的主动磁化器的磁力，带动反应器内的从动磁搅拌桨进行搅拌，在搅拌条件下，将碳酸盐溶液匀速引入反应器内的钙盐溶液中，利用旋转的主动磁化器和从动磁搅拌桨共同产生的旋转强磁场，使反应器内的反应溶液进行切割磁力线运动，然后反应溶液经抽滤、洗涤、干燥处理制得球霰石。

优选地，所述从动磁搅拌桨的搅拌速率为300-1000转/分钟。

优选地，所述从动磁搅拌桨由2对或2对以上的永磁体组成，所述永磁体的磁感应强度为2000-6000高斯。

优选地，所述碳酸盐溶液为0.005-1.0mol/L的Na₂CO₃或NaHCO₃溶液，所述钙盐溶液为0.005-0.5mol/L的CaCl₂溶液。

优选地，所述碳酸盐溶液匀速引入钙盐溶液的速率为1.0-7.5ml/min。

优选地，所述反应溶液采用去离子水洗涤；所述干燥温度为105℃，干燥时间为2h。

优选地，所述反应溶液搅拌切割磁力线运动的时间为0.5-2h。

本发明的技术方案中，采用动态同步磁搅拌方法，利用旋转的主动磁化器和从动磁搅拌桨的共同作用产生旋转强磁场，使溶液在强磁场中切割磁力线并被磁化，洛伦兹力的作用将极大促进碳酸钙的成核，从而强化促成热力学不稳定相球霰石型碳酸钙的生成，制备出高纯度的球霰石。本发明方法制备的球霰石，其粒径范围为1-5μm，纯度为100％。