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溶液法制备不同晶形碳酸钙的研究

作　者: 刘涉江
导　师: 任宝山
学　校: 河北工业大学
专　业: 化学工艺
关键词: 碳酸钙成核晶体生长球状片状水溶性高分子聚合物
分类号: TQ132.32
类　型: 硕士论文
年　份: 2002年
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内容摘要

碳酸钙作为一种重要的无机化工原料广泛应用于多种行业，目前国内外学者多集中于气液碳化法的研究，该工艺方法以Ca（OH）₂水乳液作为钙源，通入CO₂气体碳化制备碳酸钙产品。该法需要消耗大量的石灰石和煤炭，鉴于矿产资源的有限性和不可再生性，本论文选用了新的工艺路线，即以纯碱工业的副产品——工业CaCl₂和NH₄HCO₃作为主要原料，采用溶液法制备碳酸钙。该项研究不仅具有一定的理论价值，而且具有巨大的环保价值和广阔的应用前景。碳酸钙的结晶形成过程包括两个阶段，即碳酸钙晶体的成核过程和晶核长大过程。如何有效地控制上述两个过程的进行，将是实现碳酸钙产品微细化和多晶化的关键。为此，本论文选用水溶性高分子聚合物作为添加剂，利用其在固液界面的吸附特性，使其吸附在新形成的碳酸钙微晶表面上，从而影响碳酸钙的结晶过程；通过改变添加剂的类型，使得碳酸钙微晶各习性面的相对生长速率发生变化，从而达到调节碳酸钙晶形的目的。在水溶性高分子聚合物对碳酸钙结晶影响的研究中，本文讨论了添加剂用量、反应温度、原料液浓度、搅拌速度等因素对碳酸钙结晶的影响。当反应液中加入某一添加剂后，实验结果发现，水溶性高分子聚合物对碳酸钙的结晶成核和晶核长大具有双重的抑制作用，表现为溶液中钙离子浓度的下降较无任何添加剂时缓慢许多。在对实验结果进一步分析中发现，虽然添加剂对碳酸钙结晶成核具有一定的抑制作用，但从整个结晶过程看，添加剂主要是从动力学上阻滞碳酸钙晶体的生长。为此本论文对碳酸钙晶体生长的动力学机理进行了研究，计算了无添加剂时和添加剂存在时晶体生长的动力学常数和反应级数，结果发现添加剂主要改变晶体生长动力学常数，而对反应级数影响很小，证实了我们对于添加剂在碳酸钙结晶过程中所起作用的推测。目前溶液法制备碳酸钙的文献较少，文献中利用该方法得到的碳酸钙产品粒径较大，且晶形单一，为球状体。本文利用水溶性高分子聚合物在固液界面的吸附特性，有效地抑制碳酸钙晶体的长大，并控制晶体的形貌，得到了粒径较小的球状和片状碳酸钙晶体，从而为溶液法生产不同晶形产品工业方法的开发，创造了条件。

全文目录

第一章文献综述  9-16
  §1-1 概况  9
  §1-2 碳酸钙合成方法及晶形控制  9-13
    1-2-1 碳酸钙的合成方法评述  9-13
      1-2-1-1 Ca（OH）_2-H_2O-CO_2反应系统  10-11
      1-2-1-2 Ca~（2+）-R-CO_3~（-2）反应系统  11-12
      1-2-1-3 Ca~（2+）-H_2O-CO_3~（-2）反应系统  12-13
    1-2-2 碳酸钙晶体形状的控制技术  13
  §1-3 轻质碳酸钙生产的国内外现状  13-14
  §1-4 溶液法制备碳酸钙的选题意义  14-16
第二章水溶性高分子聚合物对碳酸钙结晶的影响  16-36
  §2-1 引言  16-17
  §2-2 晶体成核理论  17-21
    2-2-1 相变驱动力的一般表达式  17
    2-2-2 溶液生长体系中的相变驱动力  17-18
    2-2-3 均匀成核  18-20
      2-2-3-1 晶核的临界半径及成核功  18-19
      2-2-3-2 成核速率  19-20
    2-2-4 非均匀成核  20-21
      2-2-4-1 晶核的临界半径及成核功  20-21
      2-2-4-2 成核速率  21
  §2-3 水溶性高分子聚合物对碳酸钙结晶影响的研究  21-35
    2-3-1 实验试剂及仪器  21-22
    2-3-2 实验装置  22-23
    2-3-3 分析方法  23-24
      2-3-3-1 1．0mol／L NH_4HCO_3溶液的配制  23
      2-3-3-2 0．5mol／L CaCl_2溶液的配制  23
      2-3-3-3 Ca~（2+）离子的测定  23-24
    2-3-4 实验过程  24
    2-3-5 实验内容  24-35
      2-3-5-1 添加剂LH-310用量对碳酸钙结晶的影响  24-26
      2-3-5-2 原料液浓度对碳酸钙结晶的影响  26-28
      2-3-5-3 反应温度对碳酸钙结晶的影响  28-29
      2-3-5-4 搅拌速度对碳酸钙结晶的影响  29-31
      2-3-5-5 晶种用量对碳酸钙结晶的影响  31-33
      2-3-5-6 其它水溶性高分子聚合物对碳酸钙结晶的影响  33-35
  §2-4 小结  35-36
第三章碳酸钙晶体生长动力学的研究  36-53
  §3-1 引言  36
  §3-2 碳酸钙晶体生长的基元过程  36-37
  §3-3 添加剂存在下碳酸钙晶体生长机制的推测  37-39
  §3-4 添加剂对碳酸钙结晶过程动力学的影响及机理分析  39-52
    3-4-1 晶体生长的一般方程  39-40
    3-4-2 碳酸钙晶体生长动力学方程  40
    3-4-3 通气量的选择  40-42
    3-4-4 空白条件下温度对碳酸钙结晶速率的影响  42-43
    3-4-5 不同添加剂用量对碳酸钙结晶速率的影响  43-45
    3-4-6 碳酸钙晶体生长动力学方程参数的计算及机理分析  45-52
  §3-5 小结  52-53
第四章不同晶形碳酸钙的制备研究  53-63
  §4-1 实验装置及流程  53-55
    4-1-1 实验装置  53
    4-1-2 溶液法制备碳酸钙实验过程描述  53-54
    4-1-3 主要实验仪器  54-55
  §4-2 原料液的精制  55
  §4-3 不同晶形碳酸钙的制备  55-62
    4-3-1 正交实验设计及其结果分析  55-57
    4-3-2 影响碳酸钙晶体粒径的因素  57-60
    4-3-3 碳酸钙晶体粒度分布  60-61
    4-3-4 碳酸钙晶形的控制  61-62
  §4-4 小结  62-63
第五章结论  63-65
参考文献  65-68
致谢  68-69
攻读学位期间所取得的相关科研成果  69

溶液法制备不同晶形碳酸钙的研究

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