中國粉體網(wǎng)訊 碳化法是納米CaCO3生產(chǎn)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(chǎn)能力強(qiáng)、產(chǎn)品粒度小且均勻、質(zhì)量穩(wěn)定，所以一直備受關(guān)注。
噴霧碳化塔
1噴霧碳化法制備碳酸鈣
1.1基本流程
據(jù)文獻(xiàn)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(nèi)強(qiáng)大的離心力將其霧化為微細(xì)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(jìn)來的氣體與塔頂?shù)撵F滴在塔內(nèi)瞬間逆向流動發(fā)生反應(yīng)，最終生成碳酸鈣。
1.2噴霧碳化塔
噴霧碳化塔優(yōu)于間歇式攪拌碳化塔的結(jié)構(gòu)形式，加設(shè)進(jìn)料口霧化器、漿料噴頭、和二氧化碳噴頭，液相與氣相在進(jìn)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(yīng)效果看，噴霧碳化塔保證了氣液的混合時間，強(qiáng)化了碳化的反應(yīng)過程，增加了液相和氣相接觸反應(yīng)的速度，也可根據(jù)生產(chǎn)需求將攪拌和噴霧混合兩種方式結(jié)合，進(jìn)一步增大碳化塔內(nèi)溶液和二氧化碳?xì)怏w的接觸面積，促進(jìn)二氧化碳?xì)怏w能被充分反應(yīng)，保障碳酸鈣的生產(chǎn)質(zhì)量。
1.3技術(shù)特點(diǎn)
1.3.1優(yōu)點(diǎn)
(1)連續(xù)生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)能力大，操作穩(wěn)定。
(2)氣-液接觸面積大，反應(yīng)均勻，晶核生成和成長可分開控制，易于實(shí)現(xiàn)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(chǎn)品，可制造超細(xì)(<100nm)和超微細(xì)(<20nm)產(chǎn)品，粒度均勻。
1.3.2缺點(diǎn)
噴霧裝置易堵塞，碳化塔有結(jié)疤，生產(chǎn)能耗較高。
納米碳酸鈣 圖源：華宇納米科技
2噴霧碳化法應(yīng)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(diǎn)在于CO2氣體為連續(xù)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(zhì)，生產(chǎn)能力大，操作穩(wěn)定，易于控制產(chǎn)品的晶形及粒度。
2018年6月，婺源縣浙聯(lián)新材料有限公司公開了一種超細(xì)碳酸鈣生產(chǎn)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(fā)生碳化反應(yīng)，得到的反應(yīng)混合液添加適當(dāng)?shù)?a href="http://adcg.com.cn/zc/180.html" target="_blank" style="color:#0000ff">分散劑處理后，噴霧進(jìn)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(chǎn)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(xù)噴霧式碳化塔，包括立式碳化塔、二氧化碳發(fā)生器、進(jìn)漿管、出漿管、循環(huán)出口、漿料循環(huán)系統(tǒng)等。反應(yīng)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(yīng)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(chǎn)業(yè)化工程院有限公司與廣西大學(xué)公布了一種噴霧式微界面?zhèn)髻|(zhì)強(qiáng)化反應(yīng)‑結(jié)晶‑干燥法制備納米/輕質(zhì)碳酸鈣裝置，包括：石灰保溫消化-陳化槽組、旋風(fēng)分離器組件、CO2預(yù)熱器、尾氣冷凝冷卻器、氣液分離器以及負(fù)壓抽氣機(jī)等。
該技術(shù)的核心工藝為，石灰保溫消化‑陳化槽組內(nèi)的Ca(OH)2由泵輸送到氣‑液噴盤內(nèi)，氣‑液噴盤內(nèi)噴出的霧化石灰乳與CO2形成微界面?zhèn)髻|(zhì)，達(dá)到強(qiáng)化碳化反應(yīng)‑結(jié)晶‑干燥耦合法作用，以此提高反應(yīng)速率和化學(xué)平衡轉(zhuǎn)化率。
相較于國內(nèi)，日本白石的連續(xù)噴霧碳化工藝已經(jīng)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(huán)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(huán)，直到中和至pH≤7停止。
日本白石噴霧碳化的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)是“氣量與噴霧漿液的大小的配合”，適合生產(chǎn)規(guī)整、分散性好的立方體納米碳酸鈣，粒徑在20-200nm范圍內(nèi)可以調(diào)節(jié)。
結(jié)語
在碳酸鈣系列產(chǎn)品中，納米碳酸鈣尚屬于高端產(chǎn)品，分散性好的納米鈣更是“硬通貨”。在生產(chǎn)活動中，企業(yè)對碳化反應(yīng)和碳化設(shè)備的研究應(yīng)當(dāng)是一種持續(xù)狀態(tài)，對節(jié)能生產(chǎn)和品控下苦功夫，對分散性好的產(chǎn)品有不懈的追求。
參考來源：
高凱，等：碳化塔結(jié)構(gòu)對碳酸鈣晶體質(zhì)量影響分析，新疆至臻化工
劉亞雄，等：日本納米碳酸鈣生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品介紹，青州宇信鈣業(yè)股份有限公司
刁潤麗，等：納米碳酸鈣的制備研究進(jìn)展，河南質(zhì)量工程職業(yè)學(xué)院
粉體百科：多級噴霧碳化法，粉體網(wǎng)
婺源縣浙聯(lián)新材料有限公司.一種超細(xì)碳酸鈣生產(chǎn)用碳化塔.2018
南京艾峰科技有限公司.一種連續(xù)噴霧式碳化塔.2019
一種噴霧式微界面?zhèn)髻|(zhì)強(qiáng)化反應(yīng)‑結(jié)晶‑干燥法制備納米/輕質(zhì)碳酸鈣裝置.2021
