碳酸鈣“變形記”：如何制備不同晶型的超細(xì)鈣？

目前工業(yè)上普遍采用碳化法生產(chǎn)碳酸鈣，在普通的碳化過(guò)程中，由于立方形的碳酸鈣表面能較低，在自然界最穩(wěn)定，所以在通常的情況下，碳化法得到的是立方形的方解石碳酸鈣晶體。

但是由于不同行業(yè)對(duì)碳酸鈣的形態(tài)有不同的需求，例如：生產(chǎn)油墨的需要立方形或球形的碳酸鈣，橡膠行業(yè)需要針形或鏈狀的碳酸鈣，陶瓷行業(yè)要求高純、微細(xì)球形碳酸鈣。因此要滿足各行業(yè)對(duì)不同晶型碳酸鈣產(chǎn)品的需求，必須采用晶型控制的手段，控制碳酸鈣的結(jié)晶過(guò)程，以生產(chǎn)不同晶型的產(chǎn)品。目前已開(kāi)發(fā)出的碳酸鈣形貌有：紡錘形、立方形、纖維狀、球形、鎖鏈形、花瓣?duì)?、片狀、蘑菇云狀、針狀等?/span>

立方形碳酸鈣

立方形碳酸鈣是指晶體在透射電鏡下影像顯示為立方體形狀的碳酸鈣。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，立方形碳酸鈣的晶型控制劑有Al2(SO4)3，ZnSO4，H2SO4，H2O2，NaHCO3，NH4Cl，丙二醇等。如日本白石株式會(huì)社采用兩段噴霧法，以硫酸鹽為晶型控制劑制備出平均粒徑為5～20nm的立方形納米碳酸鈣。國(guó)內(nèi)也曾以間歇碳化法采用硫酸為晶型控制劑制備出平均粒徑為45nm的立方形納米碳酸鈣。除此外，晶核形成時(shí)的溫度也是影響碳酸鈣產(chǎn)品晶型的因素。因此采用低溫工藝生產(chǎn)納米碳酸鈣過(guò)程中，在不加任何晶型控制劑的情況下，控制碳化溫度也可以得到立方形碳酸鈣產(chǎn)品。

應(yīng)用：立方形碳酸鈣常用作油漆等涂料的填充劑，另外也可將立方形碳酸鈣填充在油墨中作為填充劑使用。

玫瑰形和紡錘形碳酸鈣

碳化法生產(chǎn)紡錘形的碳酸鈣非常普遍。晶型控制劑有H2O2、螯合劑、有機(jī)添加劑蔗糖和全氟烷基甜菜堿等。而在未添加晶形控制劑的情況下，將濃度為60g/L的氫氧化鈣懸浮液置于反應(yīng)塔，以18mL/min·g的流速為將Ca(OH)2通入含5%的CO2，進(jìn)行攪拌碳化反應(yīng)，控制溫度為56-60℃，也可制備出平均粒徑為1.5μm的紡錘形碳酸鈣。

應(yīng)用：紡綞形和玫瑰形碳酸鈣一般用于造紙、橡膠、塑料、涂料等工業(yè)中，亞微米紡錘形碳酸鈣用作造紙涂敷顏料時(shí)，可提高紙的表面光澤及涂敷物性，是一種很好的紙涂敷顏料；用在高檔卷煙紙中，可以提高卷煙紙的燃燒性能，透氣性能等。

鏈狀碳酸鈣

鏈狀超細(xì)碳酸鈣是由幾個(gè)到幾十個(gè)微細(xì)碳酸鈣晶粒相互連接而成，具有鏈狀結(jié)構(gòu)。隨著合成條件不同，會(huì)具有不同的粒徑和長(zhǎng)徑比。合成鏈狀碳酸鈣的一般方法是在碳化過(guò)程中當(dāng)Ca(OH)2懸濁液中途成粘稠的膠狀乳濁液時(shí)，加入晶形控制劑來(lái)控制晶核的成長(zhǎng)。主要的晶型控制劑有鎂鹽、鉀鹽、多聚磷酸鈉、水溶性金屬鹽和螯合劑。

應(yīng)用：鏈狀碳酸鈣具有較高的活性和優(yōu)良的補(bǔ)強(qiáng)性能，可添加到橡膠、塑料中。將納米鏈狀碳酸鈣添加到 PVC 管材、板材的混料中，使得產(chǎn)品的抗沖擊強(qiáng)度以及拉伸強(qiáng)度均得到明顯提高，與此同時(shí)制品的外觀和加工性能也得到良好的改善。

球形碳酸鈣

球形碳酸鈣通常由鈣鹽與碳酸鹽在濃堿性溶液中，經(jīng)低溫反應(yīng)制得。主要的晶形控制劑為鎂鹽、鉀鹽和多聚磷酸鈉。其中用硅酸鈉為晶形控制添加劑，通過(guò)石灰乳碳化工藝可以制備顆粒尺寸為40～50nm的球形碳酸鈣粉體。添加劑硅酸鈉的最佳用量為0.7%～1.5%。

應(yīng)用：納米球形碳酸鈣具有良好的分散性和耐磨性，主要應(yīng)用于橡膠、造紙、油墨、塑料和牙膏中。使用球形納米碳酸鈣所配置的油墨粘性較好、穩(wěn)定性高、干燥快，并且由于顆粒小、分散性好，故而所形成的網(wǎng)點(diǎn)完整，提高了油墨的光潔度及印刷性能。另外球形納米碳酸鈣在電子、陶瓷領(lǐng)域也有使用。

片狀碳酸鈣

根據(jù)片的形狀可分為正方形、六邊形或多邊形片狀碳酸鈣。片狀碳酸鈣難以用常規(guī)的碳化方式制備，通常都需要采用多步碳化或添加晶型控制劑達(dá)到控制形狀為片狀的目的。

應(yīng)用：片狀碳酸鈣適用于造紙工業(yè)中，可以獲得具有優(yōu)良吸墨能力、白度、印刷性和平滑性的紙。片狀碳酸鈣在造紙、涂料行業(yè)非常有價(jià)值。作為填料和增強(qiáng)劑，片狀碳酸鈣由于按照非常規(guī)的方式排列，在混合物中具有光滑度高，光澤度高等優(yōu)點(diǎn)。在混合物中它還具有高的電阻率和彈性系數(shù)。

針狀碳酸鈣

針狀碳酸鈣形貌類似針形，長(zhǎng)徑比較高，其粒度一般采用徑向尺寸和長(zhǎng)徑比加以定義。制備針狀碳酸鈣常用的晶型控制劑有六偏磷酸鈉、硫酸鈉等。

應(yīng)用：針狀碳酸鈣極少發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，更易于分散，賦予應(yīng)用體系更好的增強(qiáng)、增韌功能，其作為功能性填料添加到橡膠、塑料、紙張等制品中，可以有效地提高制品的機(jī)械性能和體系的流變特性、加工性能。