【原創】噴霧碳化法能生產幾十納米的碳酸鈣嗎？

中國粉體網訊 碳化法是納米CaCO₃生產的核心工藝，而間歇鼓泡碳化法、(多級)噴霧碳化法和超重力碳化法等則是“核心”的一部分。在碳化法制備碳酸鈣工藝中，噴霧碳化法的生產能力強、產品粒度小且均勻、質量穩定，所以一直備受關注。

噴霧碳化塔

1噴霧碳化法制備碳酸鈣

1.1基本流程

據文獻了解，噴霧碳化法制備碳酸鈣的基本過程如下：首先，配制符合工藝濃度要求的精制石灰乳懸浮液，加入添加劑混勻后泵入噴霧碳化塔上部的霧化器中，霧化器內強大的離心力將其霧化為微細霧滴。然后，從塔底將含有適量CO₂的干燥混合氣體通入，并用分布器在塔中均勻分散，這樣從底部進來的氣體與塔頂的霧滴在塔內瞬間逆向流動發生反應，最終生成碳酸鈣。

1.2噴霧碳化塔

噴霧碳化塔優于間歇式攪拌碳化塔的結構形式，加設進料口霧化器、漿料噴頭、和二氧化碳噴頭，液相與氣相在進入塔后都以霧化的形式存在，充分增加了液相與氣相的接觸面積。從碳化反應效果看，噴霧碳化塔保證了氣液的混合時間，強化了碳化的反應過程，增加了液相和氣相接觸反應的速度，也可根據生產需求將攪拌和噴霧混合兩種方式結合，進一步增大碳化塔內溶液和二氧化碳氣體的接觸面積，促進二氧化碳氣體能被充分反應，保障碳酸鈣的生產質量。

1.3技術特點

1.3.1優點

(1)連續生產效率高，生產能力大，操作穩定。

(2)氣-液接觸面積大，反應均勻，晶核生成和成長可分開控制，易于實現在不同碳化率下添加控制劑、表面處理劑等。

(3)可制造立方形、鏈鎖形等各種單一型產品，可制造超細(<100nm)和超微細(<20nm)產品，粒度均勻。

1.3.2缺點

噴霧裝置易堵塞，碳化塔有結疤，生產能耗較高。

納米碳酸鈣 圖源：華宇納米科技

2噴霧碳化法應用與研究

胡慶福等采用三段式多級噴霧碳化法得到了平均粒徑30~70nm的立方形碳酸鈣。此方法特點在于CO₂氣體為連續相，Ca(OH)₂的微小液滴為分散相，兩相逆向接觸，更有利于氣體傳質，生產能力大，操作穩定，易于控制產品的晶形及粒度。

2018年6月，婺源縣浙聯新材料有限公司公開了一種超細碳酸鈣生產用碳化塔，由三級碳化塔連接組成。將精制石灰乳從第一級碳化塔頂部噴霧噴出，二氧化碳從氣體分布器散出，二者逆流接觸發生碳化反應，得到的反應混合液添加適當的分散劑處理后，噴霧進入第二級碳化罐、第三級碳化塔碳化，混合液過濾、干燥制得最終產品。此工藝制成的納米碳酸鈣粒徑小、粒徑分布窄、均勻性好。

2019年5月，南京艾峰科技有限公司公開了一種連續噴霧式碳化塔，包括立式碳化塔、二氧化碳發生器、進漿管、出漿管、循環出口、漿料循環系統等。反應過程中，二氧化碳、氫氧化鈣有效的噴射，使得二氧化碳與氫氧化鈣的接觸面積大，接觸時間長，碳化反應速度快，碳化效率提高，能合理有效的控制碳化溫度。

2021年4月，廣西碳酸鈣產業化工程院有限公司與廣西大學公布了一種噴霧式微界面傳質強化反應‑結晶‑干燥法制備納米/輕質碳酸鈣裝置，包括：石灰保溫消化-陳化槽組、旋風分離器組件、CO₂預熱器、尾氣冷凝冷卻器、氣液分離器以及負壓抽氣機等。

該技術的核心工藝為，石灰保溫消化‑陳化槽組內的Ca(OH)₂由泵輸送到氣‑液噴盤內，氣‑液噴盤內噴出的霧化石灰乳與CO₂形成微界面傳質，達到強化碳化反應‑結晶‑干燥耦合法作用，以此提高反應速率和化學平衡轉化率。

相較于國內，日本白石的連續噴霧碳化工藝已經相對成熟。噴霧碳化塔包含A塔(高15米，直徑2.1米)和B塔(高18米，直徑2.6米)，二個塔循環碳化。塔底部通入CO₂，漿液用泵從塔底通過管道從頂部噴入，下落入塔底，不斷循環，直到中和至pH≤7停止。

日本白石噴霧碳化的技術關鍵點是“氣量與噴霧漿液的大小的配合”，適合生產規整、分散性好的立方體納米碳酸鈣，粒徑在20-200nm范圍內可以調節。

結語

在碳酸鈣系列產品中，納米碳酸鈣尚屬于高端產品，分散性好的納米鈣更是“硬通貨”。在生產活動中，企業對碳化反應和碳化設備的研究應當是一種持續狀態，對節能生產和品控下苦功夫，對分散性好的產品有不懈的追求。

參考來源：

高凱，等：碳化塔結構對碳酸鈣晶體質量影響分析，新疆至臻化工

劉亞雄，等：日本納米碳酸鈣生產工藝及產品介紹，青州宇信鈣業股份有限公司

刁潤麗，等：納米碳酸鈣的制備研究進展，河南質量工程職業學院

粉體百科：多級噴霧碳化法，粉體網

婺源縣浙聯新材料有限公司.一種超細碳酸鈣生產用碳化塔.2018

南京艾峰科技有限公司.一種連續噴霧式碳化塔.2019

一種噴霧式微界面傳質強化反應‑結晶‑干燥法制備納米/輕質碳酸鈣裝置.2021