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  •   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。

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      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。


  • 发布:罗经理   点击:3429
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