[发明专利]一种高纯度碳酸钙晶须的制备方法

说明书

本发明公开了一种高纯度碳酸钙晶须的制备方法，该方法为：先将碳酸钙原料煅烧分解为氧化钙，再将氧化钙加入到去离子水中在一定的温度下消化，然后喷射加入至晶形控制剂溶液中搅拌均匀，利用曝气装置以一定速率通入二氧化碳，以此控制通入气体的气泡体积、分散性即碳酸根离子浓度，使碳化反应处处均匀一致，从而制得高纯度晶须。这种方法解决了以往利用乳胶管通气制备过程中由于气体在溶液中分散不均导致晶须纯度低的问题，并且气体与溶液实现更充分接触，不仅可制备得到更高纯度晶须，也可以很大程度上节省所用的二氧化碳气体，降低制备成本。

技术领域

本发明涉及无机填充材料制备技术领域，特别涉及一种高纯度碳酸钙晶须的制备方法。

背景技术

无机晶须因结构较完整且缺陷很少，强度和模量均接近完整晶体的理论值，且阻燃性能比有机晶须好，成为很理想的复合材料的增强增韧材料，如ZnO、SiC、钛酸钾、莫来石、硼酸铝等已实现产业化生产但因成本高阻碍了规模化应用，而碳酸钙晶须原料来源广泛且生产成本低，甚至可以利用工业废渣进行制备，有望成为最重要的无机晶须材料。

目前，国内外学者对文石碳酸钙晶须的制备做了大量研究，主要有五类制备方法：(1)复分解法；(2)Ca(HCO₃)₂热分解法；(3)尿素水解法；(4)溶胶-凝胶法；(5)碳酸化法。其中碳酸化法是国内外研究最多也较为成熟的一种方法，由于制备工艺简单、成本低，有望最早实现碳酸钙的产业化。碳酸化法的一般过程是氧化钙在去离子水中消化成悬浮液料浆，该悬浮液与晶型控制剂溶液混合后通入二氧化碳气体，在晶型控制剂的晶型控制作用下反应生成碳酸钙晶须。制备高纯度晶须存在的一个关键问题是碳酸根离子在悬浊液中分布不均匀，导致部分区域过饱和度过高易生成方解石相碳酸钙，降低晶须纯度；主要原因在于以往利用乳胶管通气时在溶液底部产生大气泡，这些大气泡分布范围小，在气泡冒出的位置及上方碳酸根离子的浓度过高，快速生成方解石，而其他低饱和度处则缓慢地生成文石相晶须，不利于高纯度碳酸钙晶须的制备。

因此，本发明提出一种采用曝气装置通入二氧化碳气体来制备高纯度碳酸钙晶须的方法，曝气装置如石英气泡石是一种多孔的气体分布器，气孔细小，能够将通入的二氧化碳气体打碎成很多体积很小的气泡，且通入溶液中后这些小气泡分散开来，气体分布范围扩大，从而利于生成的碳酸根离子在溶液中均匀分布，这样实现通过调节二氧化碳的通气速率来控制溶液各处碳酸根离子的过饱和度，从而生成高纯度的碳酸钙晶须。此外，采用曝气装置还使二氧化碳气体与溶液实现更充分的接触，通入的二氧化碳利用率高，此时需要的通气量比乳胶管通气低得多，很大程度上降低了生产成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种高纯度碳酸钙晶须的制备方法，该方法是基于碳酸化法，首先将碳酸钙原料煅烧分解为氧化钙，随后氧化钙在去离子水中高温下消化，以氯化镁溶液为晶形控制剂，将消化后的氢氧化钙悬浮液喷射加入到氯化镁溶液中，利用一定气孔孔径的曝气装置以一定速率通入二氧化碳，以此控制通入气体的气泡体积、分散性进而使碳酸根离子在溶液中均匀分布，在一定速率搅拌下使其进行碳化反应，至溶液pH降为7反应结束，得到高纯度的碳酸钙晶须。具体实现如下：

步骤一：将从矿区开采获得的碳酸钙矿石筛选研磨后在高温下煅烧分解为氧化钙；所述的高温即高于碳酸钙的分解温度。

步骤二：将上述氧化钙加入到去离子水中使其充分消化，获得Ca(OH)₂悬浮液；

步骤三：以氯化镁作为晶形控制剂，加水溶解，并将上述消化后的Ca(OH)₂悬浮液以雾化喷射的方式加入到氯化镁溶液中，搅拌均匀获得混合液；

步骤四：在上述混合液中通过曝气装置通入二氧化碳气体，搅拌进行碳化反应，直至溶液pH值降为7时反应停止，将所得沉淀进行抽滤，洗涤，干燥，获得高纯度碳酸钙晶须。

上述技术方案中，进一步的，所述步骤一中碳酸钙矿石经筛选研磨后的平均粒径为1.29～4.24μm；