“碳化法”是目前国内外制备碳酸钙时普遍采用的方法，要想制得理想的碳酸钙产品，最为关键的步骤是控制好石灰乳与CO2的吸收碳化反应。采用不同的生产工艺及碳化设备，控制不同的工艺条件，可以制得具有不同物化性能的碳酸钙产品。现在我国广泛使用的吸收碳化设备是鼓泡塔，采用的是间歇鼓泡式吸收碳化工艺，其优点是碳化塔结构简单、投资和维修费用低等。但存在着反应不均匀，制得的产品粒径粗大（1~5μm），同时粒度分布范围较宽，产品使用性能变差等不足。

     “碳化法”是目前国内外制备碳酸钙时普遍采用的方法，要想制得理想的碳酸钙产品，最为关键的步骤是控制好石灰乳与CO₂的吸收碳化反应。采用不同的生产工艺及碳化设备，控制不同的工艺条件，可以制得具有不同物化性能的碳酸钙产品。现在我国广泛使用的吸收碳化设备是鼓泡塔，采用的是间歇鼓泡式吸收碳化工艺，其优点是碳化塔结构简单、投资和维修费用低等。但存在着反应不均匀，制得的产品粒径粗大（1~5μm），同时粒度分布范围较宽，产品使用性能变差等不足。

      从行业的现状来看、因碳酸钙属于价格低廉的无机填料，生产利润较低，只有*采用大型设备以增加产量来提高利润。另外，目前生产的大多数碳酸钙产品属于普通沉淀碳酸钙，档次低，需要开发高档的超细碳酸钙产品。鉴于上述，作者在查阅、分析了大量有关碳酸钙、气液反应器等方面文献资料的基础上，选择了喷射塔进行吸收碳化反应，开发了喷射吸收制造超细碳酸钙新工艺。

      1.1 Ca（OH）₂ 悬浊液吸收 CO₂制造碳酸钙的碳化机理 

      Juverkar等人用氢氧化钙悬浊液，在φ50mm、φ200mm的鼓泡塔和φ125mm机械搅拌槽内，进行了吸收低浓度CO₂气体的动力学研究。作者认为，Ca（OH）₂悬油液吸收CO₂制造碳酸钙，为一伴有化学反应的气-液-固多相反应过程，其中涉及到 Ca（OH）₂固体的溶解、CO₂气体的吸收、CaCO₃的沉淀以及 CaCO₃粒子成核生长过程。所涉及的主要反应过程有：

①Ca（OH）₂（液）＝ Ca²⁺（液）＋2OH^－（液）；

②CO₂（气）＝CO₂（液）；③CO₂（液）＋OH^－（液）=HCO₃^－（液）；

④HCO₃^－＋OH－＝H₂O＋CO₃^2-；

⑤Ca²⁺＋CO₃^2-=CaCO3（固）。

      其中④和⑤是瞬间进行的碳化过程的速度控制步骤，为伴有化学反应的CO₂的吸收。在有惰性气体存在时，气膜阻力对于CO₂从气流主体到气液界面的扩散也有一定影响。按照Juverkar等人的观点，整个反应的控制步骤，是通过液膜的Ca（OH）₂溶解反应或CO₂的传质吸收过程。

      据课题研究之需，并结合实际生产经验，确定工艺流程（图1）。钢瓶中CO₂—空气混合气经减压后进入氯化钙干燥器（2），除去其中的水份，再经流量计（3）计量后进入喷射碳化塔（5）上部；贮槽（9）内的吸收液经微型泵（10）加压后进入蛇管换热器（15），在恒温浴槽（8）内恒温，再进入流量计（7）计量，然后进入喷射塔，被气体雾化，雾滴与CO₂一空气混合气体并流接触，碳化反应后的碳化液流入贮槽（6），而气体则经除雾器（11）和氯化钙干燥器（12）除水后，进入流量计（14）计量体积，最后放空。
      喷射塔是气—液并流操作的传质传热设备，结构示意图见图2。全塔分为三部分：1.喷射装置。它是由束口喷杯组成，喷杯固定在塔板上，吸收液体过火喷射装置的环形空间，以0．lm／s左右的速度进入并不断溢流入喷杯内，气体在喷杯出口处速度可达 20～26m／s，高速气体与液体产生激烈湍动，高速气流将液体喷成细小雾滴，气—液在喷射段进行强烈的吸收。2.吸收段。在吸收段气—液逐渐减速，充分地混合，完成吸收。3.分离段。由于气速进一步降低，气体流道发生变化，气—液进行分离。这种设备具有结构简单，生产强度高，阻力小，单级效率很高，操作稳定，不易堵塞，维修方便等特点。喷射塔是一种气—液并流的高效传质设备，其容积传质系数较鼓泡塔、气-液搅拌釜大几十倍，传质速率比其它类型气-液反应器的大得多，这是因为在相同的功率密度下所产生的气-液接触表面最大，特别适合带有悬浮颗粒的传质控制的气-液反应过程、气体的快速吸收过程及伴有快速化学反应的吸收过程。
　　

      喷射塔因其结构简单、操作方便、处理量大、压降小、单位体积能利用率高及显著强化气-液传质过程等优点，在化工、轻工、石油和医药等领域，广泛地用于传质控制的气-液反应或气体吸收过程。

实验采用喷射塔的喷杯为无内折平垂圆锥形喷杯,喷嘴直径φ5mm，碳化塔为空塔结构，塔径φ18mm。恒温水浴槽的水浴温度由电接触点式温度计和电子继电器调控，全部实验中流体温度均控制在一定范围内。

      2.1   制备过程 

      首先将工业的用热水消化后，再用自来水调制成一定浓度，然后过滤、除渣。把精制好的石灰乳用离心泵送入喷射碳化塔中，与由刚瓶送入喷射塔中的CO2—空气的混合气体进行碳化反应。通过不断地循环液体，来实现石灰乳的碳化。将碳化到终点的碳化液过滤，滤饼经干燥、筛分后，即可得到超细碳酸钙产品。

      2.2 工艺条件

      Ca（OH）2浓度：一般来说，固相Ca（OH）2的浓度BS按下式控制产品的粒径(Vs):

      Vs=β(Bs – Bo)式中:Vs,为产品粒径,μm;Bs、Bo,，为Ca（OH）2的起始、终止浓度。

      由上式可以看出，随Bs降低，产品粒径也减小。为保证产品的粒子细小，那么控制Ca（OH）2的浓度应越低越好。但浓度越低生产的动力消耗越高，反应所需的设备容积越大，生产能力也越低。综合考虑，在保证产品粒径＜0.1μm的条件下，实验选择Ca（OH）2的起始浓度为0.8~0.9Kmol/m³，这样即可保证产品质量，又可节约能源，提高生产能力。

      CO₂浓度：从理论分析看，随着气体组份中CO₂浓度的提高，CO₂组份分压也就越大，CO₂在水中的溶解度也增大,从而可加快传质速度,提高生产效率,并有利于超细产品的生成。但是，在实际生产中CO₂浓度只能达到30％（V/V）左右。为了使实验更贴近实际生产，实验时将CO₂气体浓度配制为25%～28%（V/V）。

       温度：碳化反应是一个放热反应，反应温度越低，CO₂在水中的溶解度也就越大，有利于碳酸钙晶形的控制，易保证产品质量。但要实现低温条件下反应，在实际生产中就必须上冰机等设备，这样会造成投资增加，生产成本升高，况且在低温下反应速度缓慢，对生产能力影响较大。根据这些因素，实验选择反应温度为１８±３℃。

气体流速、液体流量：根据在喷射塔中所作的冷模实验，确定的最佳气体流速为22/s左右,液体流量为30L/h左右。

      表1超细碳酸钙样品的性能指标

      3.1 化学指标  

      将实验得到的超细碳酸钙产品，按国家有关标准检测，结果见表1。

从表1看，实验制得的样品，经按有关国家标准检测分析，达到了国家标准的要求。样品的沉降体积达到了4.65ml/g，而普通沉淀碳酸钙的沉降体积一般只有2.7ml/g，这表明实验样品粒度远小于普通沉淀碳酸钙（注：碳酸钙产品粒度越细，越不易沉淀，测得的降体积也越大。）

      3.2 微观结构

      将实验得到的样品，在烧杯中水解，再经超声波乳化后，在透射镜下观察，得到其晶型及粒径的显微照片。图3左为本实验样品，图3右为普通沉淀碳酸钙品。两图放大1.5万倍。从照片得产品的粒径约0.07um，表明实验所制碳酸钙样品达到了超细程度。产品的晶型为链锁型，非常适合于作橡胶、塑料、油墨等的补强剂。

      1    采用液膜喷淋式喷射塔，进行石灰乳悬浊液吸收CO₂制造超细碳酸钙的吸收反应，开发了超细碳酸钙喷射吸收新工艺。这种设备结构简单、生产强度大、阻力小、单级效率高、操作稳定。不易堵塞。维修方便；同时可凭借其结构和流体力学特点，保证产品的超细化，从而为制造超细碳酸钙提供了良好的途径。对此，国内外似尚未见文献报导。