噴霧碳化法制備超細(xì)碳酸鈣

陳 峰，高尚燦，謝丹華，翁慧超，尹應(yīng)武

(寧德師范學(xué)院化學(xué)系，福建 寧德 352100)

碳酸鈣是一種重要的無(wú)機(jī)化工原料，具有無(wú)毒、無(wú)刺激性、價(jià)格便宜、白度高、色澤好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于塑料、造紙、涂料、橡膠、油墨、牙膏、食品等行業(yè)［1－3］。氣升式環(huán)流反應(yīng)器是制備超細(xì)碳酸鈣的高效節(jié)能設(shè)備，但實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)操作，而噴霧塔反應(yīng)器能達(dá)到該要求，因此對(duì)噴霧碳化法制備超細(xì)碳酸鈣工藝進(jìn)行對(duì)比研究，以評(píng)估噴霧碳化法是否可以作為有潛力的先進(jìn)裝備應(yīng)用于甘氨酸合成超微細(xì)碳酸鈣中［4，5］。與鼓泡碳化法和氣升式環(huán)流反應(yīng)器相比，噴霧碳化法具有反應(yīng)過(guò)程中氣液接觸面積大，氣體不需要加壓，投資少、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)［6，7］。

1.材料、試劑與儀器

1.1 實(shí)驗(yàn)材料和試劑:電石渣，由柳州化工集團(tuán)有限公司提供;甘氨酸，分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司提供。

1.2 主要儀器:噴霧塔反應(yīng)器，廈門大學(xué)化工廠制備;SSA－3600比表面分析儀，Builder公司;LEO 1530場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡，德國(guó)LEO公司;X＇pert PRO X射線衍射儀，荷蘭帕納科公司。

2.超細(xì)碳酸鈣的制備

石灰或電石渣與甘氨酸溶液反應(yīng)、過(guò)濾除雜得到甘氨酸鈣溶液，甘氨酸鈣溶液通過(guò)噴霧塔噴頭向下噴淋，CO2通過(guò)底部進(jìn)入塔中，霧滴和塔內(nèi)CO2氣體氣液接觸反應(yīng)得到超細(xì)碳酸鈣。

根據(jù)超細(xì)碳酸鈣國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) (GB/T 19590－2004)對(duì)噴霧塔制備的碳酸鈣的基本性能進(jìn)行檢測(cè)，超細(xì)碳酸鈣形貌通過(guò)LEO 1530場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡進(jìn)行觀察，晶型通過(guò)X射線衍射儀進(jìn)行觀察。測(cè)定條件如下:

用SSA－3600比表面分析儀對(duì)碳酸鈣的比表面積進(jìn)行測(cè)量。

用X＇pert PRO X射線衍射儀 (XRD)對(duì)超細(xì)碳酸鈣的晶型進(jìn)行分析。儀器設(shè)置條件如下:Cu Ka靶，掃描范圍2θ為10°－90°。

用LEO 1530場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡對(duì)碳酸鈣表觀形貌進(jìn)行觀察。具體制樣方法如下:取適量碳酸鈣產(chǎn)品，噴金后，置于掃描電鏡樣品臺(tái)上進(jìn)行觀。

3.結(jié)果與討論

3.1 基本性能分析

噴霧塔制備的碳酸鈣的基本性能如表1所示。從表中可以看出，制備得到的超細(xì)碳酸鈣符合NCC－100的要求。與氣升式反應(yīng)器制備的碳酸鈣相比，噴霧碳化法得到的碳酸鈣白度稍有下降，但仍滿足應(yīng)用要求;但是噴霧碳化法使得碳酸鈣的比表面積增加，這是因?yàn)樵趪婌F塔內(nèi)，通過(guò)液體分布器的作用，能夠?qū)⒏拾彼徕}液體再分布形成很小霧滴，在反應(yīng)器內(nèi)與氣體接觸進(jìn)行反應(yīng)，使得形成的碳酸鈣顆粒不易團(tuán)聚，比表面積增大。

表1 噴霧塔制備碳酸鈣性能檢測(cè)

3.2 XRD分析

圖1 氣升式反應(yīng)器制備碳酸鈣XRD圖

圖2 噴霧塔制備碳酸鈣XRD圖

氣升式反應(yīng)器和噴霧塔反應(yīng)器制備得到的碳酸鈣的XRD圖分別見圖1和圖2。對(duì)圖1、2進(jìn)行分析比較，可以看出兩種反應(yīng)器中得到的碳酸鈣的晶型基本一致，對(duì)應(yīng)的衍射角2θ位于25.0°，27.10°，32.80°，43.85°，50.06°，55.85°，出現(xiàn)球霰石晶型的衍射峰，對(duì)應(yīng)的衍射角2θ角位于29.55°，47.21°，出現(xiàn)方解石晶型的衍射峰。從衍射峰的強(qiáng)度上看得到的碳酸鈣以球霰晶石型為主。由此可見，噴霧塔反應(yīng)并沒有影響碳酸鈣的晶型，對(duì)碳酸鈣晶型起作用的仍是反應(yīng)的物料體系。

3.3 掃描電鏡分析

圖3 碳酸鈣電鏡圖

圖3給出了氣升式反應(yīng)器和噴霧塔反應(yīng)器制備得到的碳酸鈣的掃描電鏡圖。從圖中可以看出，兩種反應(yīng)器制備的碳酸鈣都是球形形貌，碳酸鈣的晶型以球霰石型為主，這與XRD的分析結(jié)果相吻合。

4.結(jié)論

(1)根據(jù)超細(xì)碳酸鈣國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) (GB/T 19590－2004)對(duì)噴霧塔制備的碳酸鈣的基本性能進(jìn)行檢測(cè)，其性能滿足NCC－100的要求。

(2)從XRD分析結(jié)果可以看出噴霧塔反應(yīng)器制備得到的碳酸鈣是球霰石和方解石的混合晶型，其中以球霰石晶型為主，與氣升式反應(yīng)器制備得到的碳酸鈣基本一致。

(3)通過(guò)掃描電鏡觀察，噴霧塔反應(yīng)器與氣升式反應(yīng)器制備得到的碳酸鈣是球形形貌。

［1］張?zhí)K.復(fù)合改性劑對(duì)油墨用納米碳酸鈣改性研究［D］.沈陽(yáng)，東北大學(xué)，2009.

［2］魏紹東.納米碳酸鈣制備技術(shù)的研究進(jìn)展 ［J］.材料導(dǎo)報(bào)，2004，(18):133—135.

［3］陳立軍，張心亞，黃洪，等.納米碳酸鈣制備技術(shù)評(píng)述 ［J］.化工礦物與加工，2005(01):1—5.

［4］胡慶福，李國(guó)庭，王金閣，等.“雙噴”新工藝制造活性超細(xì)碳酸鈣 ［J］.非金屬礦，1998(01):33—35.

［5］顏鑫，劉躍進(jìn)，王佩良，等.超細(xì)碳酸鈣的連續(xù)鼓泡碳化生產(chǎn)新工藝［J］.中國(guó)粉體技術(shù)，2003，9(2):29—31.

［6］王德大，許才利，唐星華，等.納米級(jí)碳酸鈣的制備 ［J］.江西化工，2003(04):25—26.

［7］徐旺生，何秉忠，金士威，等.多級(jí)噴霧碳化法制備納米碳酸鈣工藝研究 ［J］.無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào)，2001，16(05):985—988.