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如何按照碳酸钙晶型和形貌分类?

文章出处:公司新闻 责任编辑:东莞市三隆新材料科技有限公司 发表时间:2021-10-13
  

碳酸钙呈碱性,基本上不溶于水,溶于盐酸。它是地球上常见物质之一,存在于霰石、方解石、白垩、石灰岩、大理石、石灰华等岩石内,亦为某些动物骨骼或外壳的主要成分,碳酸钙也是重要的建筑材料,工业上用途甚广。

碳酸钙

对纳米碳酸钙来说,晶型是一个很重要的技术指标,因为不同晶型的产品适用于不同应用领域,只有依据具体的用途来确定合适的产品晶型,才能生产出适销对路的产品。
因加工方法和结晶条件的不同,产品的原始颗粒(也称一次粒子)的形状不同,在应用中就反应出不同的效果,碳酸钙的晶型有三种:方解石、文石、球霰石,分别属于三方、正交和六方晶系,但其形貌有几十种,常见的有以下八种晶体形貌。
⑴无规则形碳酸钙 
即以天然的方解石、石灰石、大理石、白垩等为原料,由机械粉碎或气流粉碎到一定的细度标准,因其相对比沉淀碳酸钙重,故名重质碳酸钙、重质微细碳酸钙等都是无规则体。
在电子显微镜下可观察其颗粒大小差异较大,而且颗粒外有一定棱角,GCC 的比表面积小,约为 1m2/g 左右,吸油值为 20~27ml/100g 左右。FGCC平均粒径可达 3μm 以下,比表面积为 1.45~2.1m2/g,吸油值为 48ml/100g 左右。
总之,GCC 具有形状不规则、粒径分布宽、密度大、比表面积小、吸油值较低等特点。
⑵纺锤形碳酸钙 
普通轻钙产品,无需添加任何晶型导向剂,晶型为两头尖,如纺锤。其长径为5~12μm,短径为 1~3μm。如果加入的结晶控制剂为H2O2和螯合剂等还可得到短径为 0.1~1μm 的小纺锤,其粒径为 100~1000nm,长径比为 3~4,在干燥过程中不产生二次凝聚,分散性非常好。
⑶立方形碳酸钙 
碳化反应前期,在氢氧化钙浆液中添加硫酸、或硫酸铝、硫酸锌等硫酸盐、或多聚磷酸钠等晶型导向剂,可生产出立方体形的超细碳酸钙产品,其粒径为 5-100nm,且粒度均匀、分散性好、吸油值较低。日本白石工业株式会社以 Al2(SO4)3或 ZnSO4为晶型导向剂,采用两段喷雾碳化法制得了平均粒径为 5-20nm 的立方体形纳米碳酸钙。郑岚等以硫酸为晶型导向剂,采用间歇鼓泡碳化制备了平均粒径为 45nm 的立方体形纳米碳酸钙 。
⑷针状形碳酸钙 
也称为晶须状碳酸钙:以焦磷酸钠溶液、或氯化锶、或硫酸钠溶液作为晶型导向剂,可得到超细针状碳酸钙晶体。福建师范大学许兢等利用尿素水解法,在蒸汽压力锅中、恒定高温高压下,无须加入晶型导向剂,就能制备出高纯度的晶须碳酸钙。
针状纳米碳酸钙具有白度高、生产成本低、强度高、填充性能好等优点,有望取代玻璃、石绵等纤维材料和昂贵的钛酸钾、碳化钛(TiC)等晶须材料,在造纸、塑料、橡胶和涂料等工业领域大量使用,据悉湖南某公司生产的晶须碳酸钙售价每吨高达万元以上。
⑸链锁形碳酸钙 
通过在碳化反应前期,添加六偏磷酸钠、乙二胺四乙酸与氯化铝、或者顺丁稀二酸等添加剂,或在碳化过程中加入三氯化铝等都可得到纳米级链锁形超细碳酸钙。清华大学崔爱莉等的研究表明,在碳化反应初期形成单颗粒微晶后,加入 AlCl3,AlCl3水解生成Al(OH)3,由于 Al(OH)3的粘结作用,把一个个小颗粒微晶连接成由几个到几十个超细的立方晶体按一定方向松散地结合在一起的链锁形碳酸钙,其平均粒径为10-100nm,长径比为1:5-50。
⑹球形碳酸钙
在以 CaCl2和 Na2CO3为原料生产碳酸钙的复分解反应中,在 Na2CO3溶液中加入EDTA 和 Na2HPO4,然后搅拌下将 CaCl2溶液滴加到 Na2CO3溶液中直到反应完全,抽滤、干燥,即可得到平均粒径为 50-70nm 的球形纳米碳酸钙产品。
⑺片状形碳酸钙 
在含有少量磷酸三丁酯和硼砂的氢氧化钙浆液中通入CO2进行碳化,再经离心过滤、干燥得到片状碳酸钙;大多数晶体学者认为,添加有机膦作为晶型导向剂,采用碳化法可制得片状微细碳酸钙。即分别配制含少量二甲苯、十二烷基磺酸钠和正戊醇的碳酸钠和氯化钠水溶液,先经超声波乳化制成 W/O 型碳酸钠乳状液和 W/O 型氯化钙乳状液,然后将二者混合搅拌后,水浴加热使乳液分层,将上层溶液过滤、烘干,得到厚度为 100nm、平面大小为 10-20μm 的微细片状碳酸钙。
⑻无定型体 
这是一种自然界不存在的非晶型碳酸钙,主要是采用可溶性碳酸盐和可溶性钙盐,如碳酸钾和氯化钙等,用界面低温复分解反应的方法制备的碳酸钙,由浓溶液快速沉淀而成;也有人在 CaO—CH3OH—CO2体系中合成了非晶态碳酸钙。同其它结晶产品相比,其比表面积高达 600m2/cm3,约为结晶产品的 20 倍,对色、臭的吸附性极高,在一定的条件下又可放出被吸附的气体,是一种很好的吸附剂;此外,该产品在水中溶解性极好,为结晶产品的 30 倍,打破了碳酸钙难溶于水的概念,可用作食品。
 

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