干货碳化工艺条件对轻质碳酸钙形貌的影响有哪些(生产轻质碳酸钙的影响因素)

导语：干货，碳化工艺条件对轻质碳酸钙形貌的影响分析

工业上一般采用碳化法生产轻质碳酸钙，碳化法中的碳化反应体系是一个气-液-固三相体系，主要包括以下几个工段：

（1）煅烧：石灰与煤按一定比例混合均匀后经混料竖窑煅烧，产生氧化钙、二氧化碳；

（2）消化：煅烧石灰除渣后进入消化池与水进行消化反应生成石灰乳，并进行精制；

（3）碳化：石灰乳精制后在一定温度和浓度下与窑气进行碳化反应；

（4）脱水、干燥、分级：压滤机脱水、干燥、粉碎分级和包装。

在碳化过程中，轻质碳酸钙颗粒的形貌及尺寸不仅会受晶形控制剂的影响，还会受碳化温度、氢氧化钙浓度、反应搅拌速度、CO2通气量等碳化工艺条件的影响。

1、碳化温度碳酸钙形貌的影响

从热力学角度分析，随着温度的升高，体系中CO2溶解度和Ca（OH）2的溶度积会减小，导致液相中的碳酸钙过饱和度减小，降低了晶体的成核与生长速率，不利于碳化反应的进行。

从动力学角度来看，温度升高，加速了CO2与OH-生成CO32-的反应，并提高了整个扩散步骤的传质系数，这对提高碳化速度是有利的。

　　实际生产中，温度较高时，晶体成核速率小于生长速率，晶体易长得过大，形成较大粒径的碳酸钙晶体；此外，温度过高，晶体各晶面的生长激活能会发生变化，使得晶体的形貌发生变化，颗粒凝聚生长，形成粒径较大的二次粒径，从而不利于晶体形貌的控制。

2、Ca（OH）2浓度对碳酸钙形貌的影响

碳化反应过程中，碳酸钙成核和晶体生长是一种竞争关系，但一般是碳化反应前期成核占据主导地位，碳化反应中期时则是晶体生长占主导地位。成核速率增加，碳酸钙粒径变小；而生长速率增加，碳酸钙晶体粒径变大。

　　体系中氢氧化钙或Ca2+浓度高，既有利于成核速率的提高，也有利于生长速率的提高，即有利于提高整个碳化反应的速率。

　　在实际生产中，体系中氢氧化钙和Ca2+浓度过高时，碳化反应速率过高，反应产生大量的热，使得体系温度升高，易于生成大粒径晶体，碳酸钙产品品质容易恶化；体系中氢氧化钙或者Ca2+浓度过低时，成核速率降低，产品的能耗增加，不适合工业化应用。

因此，通过控制氢氧化钙浆料的浓度和起始温度，在不加晶型控制剂的情况下制备了不同形貌的碳酸钙。

3、搅拌速度对碳酸钙形貌的影响

在二次成核过程中，一定范围内的搅拌速度有利于形成小粒径的颗粒。因此，在一定的条件下，随着搅拌速率的增加，体系中微晶颗粒的碰撞能增加，一些吸附不是很牢固的微晶因为碰撞而容易散开，这样不会形成大颗粒晶体。

同时，加强搅拌也有利于二氧化碳气体的分布，随着搅拌速率的的加快，液相中二氧化碳气泡直径变小，二氧化碳气体与氢氧化钙浆料接触面积增加，提高了二氧化碳的溶解度和体系中CO32-离子的浓度。

4、CO2通气量对碳酸钙形貌的影响

二氧化碳在浆料中溶解度与其体积浓度和流量有关，它直接影响体系中CO32-的浓度，从而改变了Ca2+或CO32-离子的化学势。

　　CO32-浓度越高，晶体成核速率越大，容易得到粒径较小的晶体；CO32-浓度越低，体系成核速率越小，碳酸钙晶体生长占主导优势，有利于得到粒径较大的纳米碳酸钙晶粒；此外，二氧化碳体积浓度过大时导致体系中过饱和度增大，局部生成的晶核个数太多，晶核间容易碰撞凝聚，这使得制备的碳酸钙的粒径分布变宽。

　　在二氧化碳体积浓度一定的情况下，气体流速加大，二氧化碳的传质速率增加，可以缩短碳化反应时间，成核阶段生成的碳酸钙微晶的晶核生长时间缩短，使得制备的碳酸钙晶体粒径较小，沉降体积增大。

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