重质碳酸钙（精选11篇）
重质碳酸钙 篇1
0 引言
重质碳酸钙(GCC,ground calcium carbonate)是一种重要的化工原料,其广泛用于塑料、橡胶、涂料、造纸等行业。我国拥有丰富的碳酸钙资源,近年来,重质碳酸钙生产发展迅速,“十二五”期间,重质碳酸钙产业的主要目标是规模化、精细化、节能减排、实现经济效益和社会效益的双赢。作为新型的粉磨设备JVRM立式粉磨机能够满足当前国内市场对重质碳酸钙粉磨设备的要求。
1 目前重质碳酸钙的应用及市场现状
重质碳酸钙属于基础原料,已得到广泛应用。比如,其可作为补钙剂应用于医药、饲料、保健食品等领域,也可作为胶黏剂及密封剂中的无机填料应用于造纸、塑料、涂料、橡胶等工业。
我国盛产方解石、石灰石等原料,但目前国内重钙资源的利用普遍存在以下问题[1]:
(1)资源滥采行为严重,“小、散、乱”;
(2)资源粗放加工,深加工程度低,浪费严重;
(3)优质原矿资源和低端产品或制品外运现象严重等。
欧洲、北美和亚太地区是世界上重质碳酸钙的主要生产和消费地区。据统计,38%的重质碳酸钙产自欧洲,35%产自北美,22%产自亚太,只有5%产自其他地区。就重质碳酸钙的消费结构而言,亚太地区目前主要是造纸(41%)和塑料加工(38%),其次是涂料(7%)以及其他应用(14%)。而建于中国的几大外资GCC企业,如南京的欧米亚公司、安徽南陵的埃墨瑞公司、辽宁大连的金盛精细化工公司、江苏大港及浙江宁波的APP(Asis Pulp&Paper)集团、江苏南通的Oji Paper Co.Ltd公司、广东东莞的Mae Li Tai Co公司等企业,构成了国内重质碳酸钙巨大的消费群体。
为扭转低品质原料外流,精细产品依赖进口的局面,国内的重质碳酸钙产业必须紧跟时代步伐,采用先进设备,自产自销,避免资源浪费。
2 传统重质碳酸钙工艺
过去国内外重质碳酸钙生产工艺有干法、湿法及干湿结合法。
2.1 干法工艺
(1)球磨-分级机多种规格产品粉磨系统;
(2)雷蒙磨混合振动磨-分级机组合粉磨系统;
(3)气流磨-分级机组合系统;
(4)立式搅拌磨-分级机组合粉磨系统。
2.2 湿法工艺
(1)卧式磨串并联组合系统;
(2)立式磨单机开路粉磨系统;
(3)立式磨多机串联粉磨系统。
湿法生产的滤饼、浆料可直接销售,或经冲击式自磨、干燥系统干燥成粉体产品。
2.3 干湿结合法
干湿结合法即将两种工艺进行组合,利用二者的工艺优势,其生产工艺流程如图1所示[2]。
而传统干法工艺一般采用雷蒙磨(占70%以上)、立式磨、球磨机、旋磨机和高速机械冲击式粉碎机等粉磨设备。产品细度在200~1 250目之间,想要得到1 250~2 500目的超细重质碳酸钙粉体,须将球磨机和干式精细分级机组合,多段分级,连续闭路进行生产,循环负荷高达300%~500%,单机生产能力较大。表1[2]表示的是干法或湿法超细磨机类型、粉碎原理、给料及最终达到的粒度情况[3]。
3 JVRM立式粉磨机生产工艺及原理
3.1 工艺流程要点
原料进厂、破碎、研磨分级、包装流程具体如下:
(1)方解石经过选矿、水冲洗除去杂质,晾晒风干送入堆棚。
(2)分一段或者两段进行破碎,如有大块石料,须先送入颚式破碎机粗破,之后再喂入高细锤式破碎机细碎,破碎后的细石料经斗式提升机送入原料储库待用。
(3)闭路粉磨分级系统中,首先细石料从原料库由定量给料机送入立式粉磨机粉磨-分级,较细产品将直接被收集到高浓度高压脉冲袋式收尘器内,通过分级叶片可将产品细度控制在500~3 000目之间调节,之后进行包装。粗粉再次进入立式粉磨机,与原料混合,重新粉磨。见图2。
3.2 JVRM立式粉磨机工作原理
(1)研磨:原料被送入主机后,底部磨盘转动的离心力,将原料向外推送至磨轮之间进行研磨,三个磨轮均有单独的油压连杆控制研磨压力,油压系统所输出的恒定压力为70~75 kg/cm2,使原料于三个磨轮与磨盘之间进行研磨,油压系统配备有六个蓄压器可吸收颗粒状原料初步粉碎时所产生出来的震动力。
(2)分级:原料由磨轮和磨盘之间研磨成细粉之后,自磨盘周围溢出,随着环带状气流上升,进入上端的转动锥形分级叶片区,经过分级叶片区较粗的粉无法通过以设定转速的分级叶片区,而直接落在下部继续研磨,通过分级叶片区的粉末称为细粉,这些细粉将被收入在后段收尘装置中。
(3)气流:细粉随着气流通过分级叶片后,进入旋风收尘器或是脉冲式袋式收尘器中,收尘装置收集细粉后,被分离的空气会借风机再次运行至系统中,整个系统中的气流呈负压状态,从而将不会导致因粉尘的数量而产生的环境污染。
立式粉磨机对重质碳酸钙的粉磨无论是在工艺流程上的简易性、先进性、高效性,还是能耗上的低损、低电耗,以及环保方面的噪声小、无污染、产品范围广、低成本、高回报等特征,均比其它粉磨系统显示出更为突出的优势,在重质碳酸钙粉磨行业内属领先水平。
4 重质碳酸钙生产技术的发展趋势[4]
(1)市场对于超微细重质碳酸钙产品的需求愈来愈烈,分级机作为超细粉加工关键设备,其发展趋势将在超微细领域应用。当前,国内加工3 000目以下超微细产品的分级机技术比较成熟,然而加工3 000目以上超微细产品的分级机技术有待开发。
(2)以产品质量稳定、生产成本降低为目的,在新建厂及现有厂的技术改造中采用低能耗、低损耗、操作维护方便、性能稳定的成熟设备。
(3)生产过程的自动化和智能化提升。
5 结语[5]
随着我国经济的发展,重质碳酸钙产品将向更加高端、超细、性能专一、更加专用化发展。国产重质碳酸钙将与世界上发达国家差距逐渐缩小。随着重质碳酸钙粉磨设备和技术的发展,各种新型专用重质碳酸钙产品将会不断出现,行业前景不可限量。
参考文献
[1]秦广超,崔啸宇,迟源,等."十二五"期间重质碳酸钙产业发展分析[J].中国非金属矿工业导刊,2012,(6):1-4.
[2]胡庆福,胡晓波.重质碳酸钙生产的技能和环保[J].无机盐工业,2007,39(11):1-3.
[3]秦广超,杜仁忠,黄云华.国内超细重质碳酸钙生产的现状及其发展[J].中国粉体工业,2006,(4):3-7.
[4]郑水林,佟福林.中国超细重质碳酸钙生产现状与发展趋势[J].中国非金属矿工业导刊,2002,(1):10-16.
[5]胡晓波,刘宝树,胡庆福.重质碳酸钙生产现状及其发展[J].中国粉体技术,2001,7(1):24-28.
重质碳酸钙 篇2
“质量守恒定律”实验是初中化学教学中引导学生理解基本原理、巩固基础知识、拓展思维空间、尝试科学探究、培养实践能力的重要载体。而且各地中考化学试卷中实验探究题的命制，也常以质量守恒定律实验及其改进装置为素材，以突出考查学生的科学素养、创新精神和实验评价能力。
但笔者发现，在研究质量守恒定律的“碳酸钙（或碳酸钠）与盐酸反应”实验中，有的初中化学教科书、教学辅导资料以及有些中考化学试题对于实验的设计和装置的改进，常常忽视了两个科学性问题。笔者结合实例，通过理论分析和实验探索，提出该实验设计应注意的问题，并给出一个比较完美的改进装置。
一、实验设计和装置改进时容易忽视的两个问题
笔者发现，在有的实验方案中，反应容器里涉及了两个化学反应（一个是碳酸盐与盐酸的反应，另一个是吸收二氧化碳气体的反应）；有的实验方案中，虽然只有碳酸钙与盐酸的反应，但是利用气球封闭反应容器（同时储存反应放出的二氧化碳气体）。这样设计，均存在科学性错误。
1. 一个实验不能选用两个化学反应
像上海教育出版社2011年出版的《义务教育课程标准实验教科书·化学（九年级上册）》第96页设计的“碳酸钙与盐酸反应”实验［1］（装置见图1），以及《重庆市2013年初中毕业暨高中招生考试化学试题·B卷》第23题中探究质量守恒定律采用的实验（装置见图2），在同一反应体系内既有“碳酸盐与盐酸的反应”，还有“碱溶液吸收二氧化碳的反应”（旨在防止锥形瓶冲塞），这不利于得出“碳酸盐与盐酸反应前后质量保持不变”的实验结论。
仅从数学角度分析就不难发现，在同一反应体系内，如果一个化学反应在反应后的质量增加、另一个化学反应在反应后的质量减小，那么整个实验体系在反应前后的质量也是可以保持不变的，这如何能说明其中的一个化学反应在反应前后的质量保持不变呢？显然，这样的设计实验干扰了学生的认知思维，影响了正确结论的导出。
因此，在验证和探究质量守恒定律时，每个实验只能选用一个化学反应作为研究对象，同一反应体系内不能涉及两个或多个化学反应［1］。
2. 不能使用小气球封闭反应容器
在验证和探究质量守恒定律时，为了防止容器内外的物质发生交换，反应容器必须是密闭的。但不管采用哪种方法封闭反应容器，都要确保反应前后装置的外形没有明显变化，以防止第二次称量实验装置时空气浮力对实验结果的不良影响。
由于小气球来源容易、弹性好，因此化学实验中常用它封闭反应容器，以防止气体逃逸、调节反应容器内的压强变化、比较化学反应速率的快慢等。像《泸州市2011年高中阶段学校招生统一考试理科综合试卷》第47题、《昆明市2012年初中学业水平考试化学试卷》第28题，在要求学生回答如何改进“在烧杯里进行的碳酸钠与盐酸反应前后质量的测定”实验（装置见图3）时，评分标准中给出的参考答案都是“把烧杯换成锥形瓶、在锥形瓶的瓶口系一个气球”。
另外，有些教学辅导材料中（如上海教育出版社2011版《九年级化学补充习题》第29页第8题、江苏教育出版社2012版《中学化学疑难辨析》第44页）提供的“碳酸钙与盐酸反应”实验装置，也采用气球封闭反应容器。
那么，用气球封闭“碳酸盐与盐酸反应”的实验容器，在第二次称量（气球已经膨胀）实验装置质量时有没有明显的空气浮力干扰呢？不久前，我们采用图4实验装置（通过倾斜锥形瓶使反应发生、直立锥形瓶使反应停止），利用托盘天平对该装置反应前后的质量进行了测定，有关的实验数据如下表［2］：
上述实验数据虽然不够精确，但仍然直观地说明反应后气球膨胀使托盘天平失去平衡，还说明气球膨胀得越大，托盘天平第二次称量减少的质量也越多。
另外，现行沪科版《义务教育教科书·物理（八年级全一册）》中也有一个研究空气浮力的实验［4］：将一个瘪气球套扎在篮球气针尾端，并与篮球一起挂在杠杆的一端，另一端挂钩码平衡（见图5）；然后将气针头插入篮球的气门内，气球立即膨胀（篮球外形基本不变）。此时杠杆失去平衡，挂钩码的一端下沉。
综上可知，对于验证和探究质量守恒定律的实验装置，如果反应后装置内的气压明显增大（如碳酸盐与盐酸的反应），则不能使用气球封闭反应容器。当然，若反应后装置内的气压变小了，则可以使用气球封闭容器，如现行人教版《义务教育教科书·化学》中“白磷燃烧前后质量的测定”实验。
二、对教科书中实验装置的改进
搞清上述问题，有关“碳酸盐与盐酸反应”的实验设计，就不会出现类似的科学性错误；如果我们再善于进行实验创新，那么改进的实验装置就会妙不可言。
1. 新教科书中实验装置的不足
2012年出版的沪教版《义务教育教科书·化学（九年级上册）》第102页安排了“碳酸钙与盐酸反应”的实验（装置见图6）。此实验装置虽然改变了旧版教科书中涉及两个化学反应的弊端，但实验中，当向密闭的锥形瓶里注入稀盐酸时容易发生冲塞现象；另外，每次实验后注射器里都要再次吸入稀盐酸，操作不够简便。
2. 改进后的实验装置
经过反复试验，笔者利用螺纹瓶颈的眼药水瓶，以及PET饮料瓶（其耐压能力约为10～20 kg/cm2，通常状况下，只要瓶内产生的气体体积不超过瓶子容积的4倍［3］，就不会爆瓶），对原实验进行了成功的改进（实验装置见图7、8）。
3. 改进后的实验操作
（1）找一个螺纹瓶颈的眼药水瓶，截去（或拔掉）最前端的滴液端口，保留螺纹瓶颈，并在眼药水瓶的中下部烫几个大小适宜的细孔（见图7）；然后向眼药水瓶内装入适量颗粒状的石灰石（或碳酸钙）。
（2）找一个大口径的容积约400 mL的PET饮料瓶（盛装碳酸饮料、苏打水或营养快线的饮料瓶均可，质地柔软的矿泉水瓶不可用），洗干净后向瓶内倒入大约100 mL的稀盐酸。
（3）找一个与PET饮料瓶口配套的橡皮塞，在橡皮塞反面的中心位置，打一个深度为橡皮塞高度2/3的孔，并且孔径略小于眼药水瓶的螺纹瓶颈，然后将眼药水瓶的螺纹瓶颈稍稍用力旋入橡皮塞内.
（4）按图8所示，将实验装置连接起来；然后将整个实验装置放到托盘天平的左盘上，并用砝码平衡，记下第一次称量的数据。
（5）从托盘天平上取下实验装置，将其倾斜，眼药水瓶中的碳酸钙与稀盐酸接触，立即反应，有大量的气泡冒出。为防止饮料瓶内压力过大而发生冲塞，反应大约20 s即可将饮料瓶直立起来，使反应停止；再把饮料瓶放到托盘天平上进行第二次称量，并记下第二次称量的数据。容易发现两次称量值相等，这充分说明，碳酸钙与盐酸反应前后的质量保持不变。
（6）本次实验结束后，只要拔掉瓶口的橡皮塞，放出瓶内的二氧化碳气体，即可在其余的班级继续使用。所有班级的实验结束后，再拆开装置清洗；如果碳酸钙用完了（或颗粒变细小了），可以旋下眼药水瓶，重新装入颗粒状的石灰石（或碳酸钙）。
4. 改进后的实验优点
（1）实验设计科学，实验操作简便，实验过程安全，实验结果可靠。
（2）利用废旧物品设计实验装置，培养了师生的节俭意识。
（3）实验装置比较固定，一次装药足量，就可以在多个班级连续使用。
（4）只要在橡皮塞上增加一根导气管，此实验装置就符合启普发生器原理，从而用于常温下实验室制取氧气、二氧化碳、氢气和硫化氢等气体。
实验创新永无止境，必须确保科学性、追求直观性、体现实用性、力争简洁性［4］。
参考文献：
［1］ 李德前.“碳酸钙与盐酸反应前后质量的测定”实验改进［J］. 化学教育，2011（10）：84-85.
［2］ 王秀梅，李德前. 将气球用于验证质量守恒定律实验的问题探讨［J］. 中国现代教育装备，2013（8）：41-42.
［3］ 扈静晗.PET瓶在碳酸饮料中的应用［J］. 饮料工业，2006（9）：31.
［4］ 李德前.例谈初中化学实验创新的思维方法进［J］. 化学教学，2013（3）：65-68.
endprint
“质量守恒定律”实验是初中化学教学中引导学生理解基本原理、巩固基础知识、拓展思维空间、尝试科学探究、培养实践能力的重要载体。而且各地中考化学试卷中实验探究题的命制，也常以质量守恒定律实验及其改进装置为素材，以突出考查学生的科学素养、创新精神和实验评价能力。
但笔者发现，在研究质量守恒定律的“碳酸钙（或碳酸钠）与盐酸反应”实验中，有的初中化学教科书、教学辅导资料以及有些中考化学试题对于实验的设计和装置的改进，常常忽视了两个科学性问题。笔者结合实例，通过理论分析和实验探索，提出该实验设计应注意的问题，并给出一个比较完美的改进装置。
一、实验设计和装置改进时容易忽视的两个问题
笔者发现，在有的实验方案中，反应容器里涉及了两个化学反应（一个是碳酸盐与盐酸的反应，另一个是吸收二氧化碳气体的反应）；有的实验方案中，虽然只有碳酸钙与盐酸的反应，但是利用气球封闭反应容器（同时储存反应放出的二氧化碳气体）。这样设计，均存在科学性错误。
1. 一个实验不能选用两个化学反应
像上海教育出版社2011年出版的《义务教育课程标准实验教科书·化学（九年级上册）》第96页设计的“碳酸钙与盐酸反应”实验［1］（装置见图1），以及《重庆市2013年初中毕业暨高中招生考试化学试题·B卷》第23题中探究质量守恒定律采用的实验（装置见图2），在同一反应体系内既有“碳酸盐与盐酸的反应”，还有“碱溶液吸收二氧化碳的反应”（旨在防止锥形瓶冲塞），这不利于得出“碳酸盐与盐酸反应前后质量保持不变”的实验结论。
仅从数学角度分析就不难发现，在同一反应体系内，如果一个化学反应在反应后的质量增加、另一个化学反应在反应后的质量减小，那么整个实验体系在反应前后的质量也是可以保持不变的，这如何能说明其中的一个化学反应在反应前后的质量保持不变呢？显然，这样的设计实验干扰了学生的认知思维，影响了正确结论的导出。
因此，在验证和探究质量守恒定律时，每个实验只能选用一个化学反应作为研究对象，同一反应体系内不能涉及两个或多个化学反应［1］。
2. 不能使用小气球封闭反应容器
在验证和探究质量守恒定律时，为了防止容器内外的物质发生交换，反应容器必须是密闭的。但不管采用哪种方法封闭反应容器，都要确保反应前后装置的外形没有明显变化，以防止第二次称量实验装置时空气浮力对实验结果的不良影响。
由于小气球来源容易、弹性好，因此化学实验中常用它封闭反应容器，以防止气体逃逸、调节反应容器内的压强变化、比较化学反应速率的快慢等。像《泸州市2011年高中阶段学校招生统一考试理科综合试卷》第47题、《昆明市2012年初中学业水平考试化学试卷》第28题，在要求学生回答如何改进“在烧杯里进行的碳酸钠与盐酸反应前后质量的测定”实验（装置见图3）时，评分标准中给出的参考答案都是“把烧杯换成锥形瓶、在锥形瓶的瓶口系一个气球”。
另外，有些教学辅导材料中（如上海教育出版社2011版《九年级化学补充习题》第29页第8题、江苏教育出版社2012版《中学化学疑难辨析》第44页）提供的“碳酸钙与盐酸反应”实验装置，也采用气球封闭反应容器。
那么，用气球封闭“碳酸盐与盐酸反应”的实验容器，在第二次称量（气球已经膨胀）实验装置质量时有没有明显的空气浮力干扰呢？不久前，我们采用图4实验装置（通过倾斜锥形瓶使反应发生、直立锥形瓶使反应停止），利用托盘天平对该装置反应前后的质量进行了测定，有关的实验数据如下表［2］：
上述实验数据虽然不够精确，但仍然直观地说明反应后气球膨胀使托盘天平失去平衡，还说明气球膨胀得越大，托盘天平第二次称量减少的质量也越多。
另外，现行沪科版《义务教育教科书·物理（八年级全一册）》中也有一个研究空气浮力的实验［4］：将一个瘪气球套扎在篮球气针尾端，并与篮球一起挂在杠杆的一端，另一端挂钩码平衡（见图5）；然后将气针头插入篮球的气门内，气球立即膨胀（篮球外形基本不变）。此时杠杆失去平衡，挂钩码的一端下沉。
综上可知，对于验证和探究质量守恒定律的实验装置，如果反应后装置内的气压明显增大（如碳酸盐与盐酸的反应），则不能使用气球封闭反应容器。当然，若反应后装置内的气压变小了，则可以使用气球封闭容器，如现行人教版《义务教育教科书·化学》中“白磷燃烧前后质量的测定”实验。
二、对教科书中实验装置的改进
搞清上述问题，有关“碳酸盐与盐酸反应”的实验设计，就不会出现类似的科学性错误；如果我们再善于进行实验创新，那么改进的实验装置就会妙不可言。
1. 新教科书中实验装置的不足
2012年出版的沪教版《义务教育教科书·化学（九年级上册）》第102页安排了“碳酸钙与盐酸反应”的实验（装置见图6）。此实验装置虽然改变了旧版教科书中涉及两个化学反应的弊端，但实验中，当向密闭的锥形瓶里注入稀盐酸时容易发生冲塞现象；另外，每次实验后注射器里都要再次吸入稀盐酸，操作不够简便。
2. 改进后的实验装置
经过反复试验，笔者利用螺纹瓶颈的眼药水瓶，以及PET饮料瓶（其耐压能力约为10～20 kg/cm2，通常状况下，只要瓶内产生的气体体积不超过瓶子容积的4倍［3］，就不会爆瓶），对原实验进行了成功的改进（实验装置见图7、8）。
3. 改进后的实验操作
（1）找一个螺纹瓶颈的眼药水瓶，截去（或拔掉）最前端的滴液端口，保留螺纹瓶颈，并在眼药水瓶的中下部烫几个大小适宜的细孔（见图7）；然后向眼药水瓶内装入适量颗粒状的石灰石（或碳酸钙）。
（2）找一个大口径的容积约400 mL的PET饮料瓶（盛装碳酸饮料、苏打水或营养快线的饮料瓶均可，质地柔软的矿泉水瓶不可用），洗干净后向瓶内倒入大约100 mL的稀盐酸。
（3）找一个与PET饮料瓶口配套的橡皮塞，在橡皮塞反面的中心位置，打一个深度为橡皮塞高度2/3的孔，并且孔径略小于眼药水瓶的螺纹瓶颈，然后将眼药水瓶的螺纹瓶颈稍稍用力旋入橡皮塞内.
（4）按图8所示，将实验装置连接起来；然后将整个实验装置放到托盘天平的左盘上，并用砝码平衡，记下第一次称量的数据。
（5）从托盘天平上取下实验装置，将其倾斜，眼药水瓶中的碳酸钙与稀盐酸接触，立即反应，有大量的气泡冒出。为防止饮料瓶内压力过大而发生冲塞，反应大约20 s即可将饮料瓶直立起来，使反应停止；再把饮料瓶放到托盘天平上进行第二次称量，并记下第二次称量的数据。容易发现两次称量值相等，这充分说明，碳酸钙与盐酸反应前后的质量保持不变。
（6）本次实验结束后，只要拔掉瓶口的橡皮塞，放出瓶内的二氧化碳气体，即可在其余的班级继续使用。所有班级的实验结束后，再拆开装置清洗；如果碳酸钙用完了（或颗粒变细小了），可以旋下眼药水瓶，重新装入颗粒状的石灰石（或碳酸钙）。
4. 改进后的实验优点
（1）实验设计科学，实验操作简便，实验过程安全，实验结果可靠。
（2）利用废旧物品设计实验装置，培养了师生的节俭意识。
（3）实验装置比较固定，一次装药足量，就可以在多个班级连续使用。
（4）只要在橡皮塞上增加一根导气管，此实验装置就符合启普发生器原理，从而用于常温下实验室制取氧气、二氧化碳、氢气和硫化氢等气体。
实验创新永无止境，必须确保科学性、追求直观性、体现实用性、力争简洁性［4］。
参考文献：
［1］ 李德前.“碳酸钙与盐酸反应前后质量的测定”实验改进［J］. 化学教育，2011（10）：84-85.
［2］ 王秀梅，李德前. 将气球用于验证质量守恒定律实验的问题探讨［J］. 中国现代教育装备，2013（8）：41-42.
［3］ 扈静晗.PET瓶在碳酸饮料中的应用［J］. 饮料工业，2006（9）：31.
［4］ 李德前.例谈初中化学实验创新的思维方法进［J］. 化学教学，2013（3）：65-68.
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“质量守恒定律”实验是初中化学教学中引导学生理解基本原理、巩固基础知识、拓展思维空间、尝试科学探究、培养实践能力的重要载体。而且各地中考化学试卷中实验探究题的命制，也常以质量守恒定律实验及其改进装置为素材，以突出考查学生的科学素养、创新精神和实验评价能力。
但笔者发现，在研究质量守恒定律的“碳酸钙（或碳酸钠）与盐酸反应”实验中，有的初中化学教科书、教学辅导资料以及有些中考化学试题对于实验的设计和装置的改进，常常忽视了两个科学性问题。笔者结合实例，通过理论分析和实验探索，提出该实验设计应注意的问题，并给出一个比较完美的改进装置。
一、实验设计和装置改进时容易忽视的两个问题
笔者发现，在有的实验方案中，反应容器里涉及了两个化学反应（一个是碳酸盐与盐酸的反应，另一个是吸收二氧化碳气体的反应）；有的实验方案中，虽然只有碳酸钙与盐酸的反应，但是利用气球封闭反应容器（同时储存反应放出的二氧化碳气体）。这样设计，均存在科学性错误。
1. 一个实验不能选用两个化学反应
像上海教育出版社2011年出版的《义务教育课程标准实验教科书·化学（九年级上册）》第96页设计的“碳酸钙与盐酸反应”实验［1］（装置见图1），以及《重庆市2013年初中毕业暨高中招生考试化学试题·B卷》第23题中探究质量守恒定律采用的实验（装置见图2），在同一反应体系内既有“碳酸盐与盐酸的反应”，还有“碱溶液吸收二氧化碳的反应”（旨在防止锥形瓶冲塞），这不利于得出“碳酸盐与盐酸反应前后质量保持不变”的实验结论。
仅从数学角度分析就不难发现，在同一反应体系内，如果一个化学反应在反应后的质量增加、另一个化学反应在反应后的质量减小，那么整个实验体系在反应前后的质量也是可以保持不变的，这如何能说明其中的一个化学反应在反应前后的质量保持不变呢？显然，这样的设计实验干扰了学生的认知思维，影响了正确结论的导出。
因此，在验证和探究质量守恒定律时，每个实验只能选用一个化学反应作为研究对象，同一反应体系内不能涉及两个或多个化学反应［1］。
2. 不能使用小气球封闭反应容器
在验证和探究质量守恒定律时，为了防止容器内外的物质发生交换，反应容器必须是密闭的。但不管采用哪种方法封闭反应容器，都要确保反应前后装置的外形没有明显变化，以防止第二次称量实验装置时空气浮力对实验结果的不良影响。
由于小气球来源容易、弹性好，因此化学实验中常用它封闭反应容器，以防止气体逃逸、调节反应容器内的压强变化、比较化学反应速率的快慢等。像《泸州市2011年高中阶段学校招生统一考试理科综合试卷》第47题、《昆明市2012年初中学业水平考试化学试卷》第28题，在要求学生回答如何改进“在烧杯里进行的碳酸钠与盐酸反应前后质量的测定”实验（装置见图3）时，评分标准中给出的参考答案都是“把烧杯换成锥形瓶、在锥形瓶的瓶口系一个气球”。
另外，有些教学辅导材料中（如上海教育出版社2011版《九年级化学补充习题》第29页第8题、江苏教育出版社2012版《中学化学疑难辨析》第44页）提供的“碳酸钙与盐酸反应”实验装置，也采用气球封闭反应容器。
那么，用气球封闭“碳酸盐与盐酸反应”的实验容器，在第二次称量（气球已经膨胀）实验装置质量时有没有明显的空气浮力干扰呢？不久前，我们采用图4实验装置（通过倾斜锥形瓶使反应发生、直立锥形瓶使反应停止），利用托盘天平对该装置反应前后的质量进行了测定，有关的实验数据如下表［2］：
上述实验数据虽然不够精确，但仍然直观地说明反应后气球膨胀使托盘天平失去平衡，还说明气球膨胀得越大，托盘天平第二次称量减少的质量也越多。
另外，现行沪科版《义务教育教科书·物理（八年级全一册）》中也有一个研究空气浮力的实验［4］：将一个瘪气球套扎在篮球气针尾端，并与篮球一起挂在杠杆的一端，另一端挂钩码平衡（见图5）；然后将气针头插入篮球的气门内，气球立即膨胀（篮球外形基本不变）。此时杠杆失去平衡，挂钩码的一端下沉。
综上可知，对于验证和探究质量守恒定律的实验装置，如果反应后装置内的气压明显增大（如碳酸盐与盐酸的反应），则不能使用气球封闭反应容器。当然，若反应后装置内的气压变小了，则可以使用气球封闭容器，如现行人教版《义务教育教科书·化学》中“白磷燃烧前后质量的测定”实验。
二、对教科书中实验装置的改进
搞清上述问题，有关“碳酸盐与盐酸反应”的实验设计，就不会出现类似的科学性错误；如果我们再善于进行实验创新，那么改进的实验装置就会妙不可言。
1. 新教科书中实验装置的不足
2012年出版的沪教版《义务教育教科书·化学（九年级上册）》第102页安排了“碳酸钙与盐酸反应”的实验（装置见图6）。此实验装置虽然改变了旧版教科书中涉及两个化学反应的弊端，但实验中，当向密闭的锥形瓶里注入稀盐酸时容易发生冲塞现象；另外，每次实验后注射器里都要再次吸入稀盐酸，操作不够简便。
2. 改进后的实验装置
经过反复试验，笔者利用螺纹瓶颈的眼药水瓶，以及PET饮料瓶（其耐压能力约为10～20 kg/cm2，通常状况下，只要瓶内产生的气体体积不超过瓶子容积的4倍［3］，就不会爆瓶），对原实验进行了成功的改进（实验装置见图7、8）。
3. 改进后的实验操作
（1）找一个螺纹瓶颈的眼药水瓶，截去（或拔掉）最前端的滴液端口，保留螺纹瓶颈，并在眼药水瓶的中下部烫几个大小适宜的细孔（见图7）；然后向眼药水瓶内装入适量颗粒状的石灰石（或碳酸钙）。
（2）找一个大口径的容积约400 mL的PET饮料瓶（盛装碳酸饮料、苏打水或营养快线的饮料瓶均可，质地柔软的矿泉水瓶不可用），洗干净后向瓶内倒入大约100 mL的稀盐酸。
（3）找一个与PET饮料瓶口配套的橡皮塞，在橡皮塞反面的中心位置，打一个深度为橡皮塞高度2/3的孔，并且孔径略小于眼药水瓶的螺纹瓶颈，然后将眼药水瓶的螺纹瓶颈稍稍用力旋入橡皮塞内.
（4）按图8所示，将实验装置连接起来；然后将整个实验装置放到托盘天平的左盘上，并用砝码平衡，记下第一次称量的数据。
（5）从托盘天平上取下实验装置，将其倾斜，眼药水瓶中的碳酸钙与稀盐酸接触，立即反应，有大量的气泡冒出。为防止饮料瓶内压力过大而发生冲塞，反应大约20 s即可将饮料瓶直立起来，使反应停止；再把饮料瓶放到托盘天平上进行第二次称量，并记下第二次称量的数据。容易发现两次称量值相等，这充分说明，碳酸钙与盐酸反应前后的质量保持不变。
（6）本次实验结束后，只要拔掉瓶口的橡皮塞，放出瓶内的二氧化碳气体，即可在其余的班级继续使用。所有班级的实验结束后，再拆开装置清洗；如果碳酸钙用完了（或颗粒变细小了），可以旋下眼药水瓶，重新装入颗粒状的石灰石（或碳酸钙）。
4. 改进后的实验优点
（1）实验设计科学，实验操作简便，实验过程安全，实验结果可靠。
（2）利用废旧物品设计实验装置，培养了师生的节俭意识。
（3）实验装置比较固定，一次装药足量，就可以在多个班级连续使用。
（4）只要在橡皮塞上增加一根导气管，此实验装置就符合启普发生器原理，从而用于常温下实验室制取氧气、二氧化碳、氢气和硫化氢等气体。
实验创新永无止境，必须确保科学性、追求直观性、体现实用性、力争简洁性［4］。
参考文献：
［1］ 李德前.“碳酸钙与盐酸反应前后质量的测定”实验改进［J］. 化学教育，2011（10）：84-85.
［2］ 王秀梅，李德前. 将气球用于验证质量守恒定律实验的问题探讨［J］. 中国现代教育装备，2013（8）：41-42.
［3］ 扈静晗.PET瓶在碳酸饮料中的应用［J］. 饮料工业，2006（9）：31.
［4］ 李德前.例谈初中化学实验创新的思维方法进［J］. 化学教学，2013（3）：65-68.
纳米碳酸钙表面原位聚合包覆 篇3
本工作采用无机纳米粒子存在下的原位乳液聚合,合成含有纳米粒子的具有核-壳结构的有机-无机纳米复合粒子,具有三层结构,即:纳米核层-聚合物中间层-聚合物壳层,最外层的壳由于与PVC等极性较大的聚合物有良好的相容性,从而可保证纳米粒子在聚合物基体中的纳米分散。
1 实验
1.1 原材料
甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸乙酯(EA)、丙烯酸(AA)、保护胶体(AP-1)、乳化剂(MS-1)均为工业级,北京东方化工厂产;苯乙烯(St),工业级,北京燕山石化公司产;过硫酸钾、十二烷基硫酸钠为分析纯;交联剂,美国Sartomer公司产;钛酸酯偶联剂,工业级,南京建双化工研究所产;CaO,煅烧级,CO2,工业级,北京焦化厂产。
1.2 纳米碳酸钙的制备
首先把块状CaO放入不锈钢槽中,加去离子水使之裂开成粉末,过70目筛,称取4kg粉状CaO,放入另一不锈钢槽中,加入36kg去离子水,搅拌。启动离心超重力机,速度调至电流频率达40Hz,启动循环泵,使Ca(OH)2溶液在超重力机中循环,稳定后,通CO2气体,调节气量在3~5L/h,反应至pH=7.5时,停止实验,制得乳白色纳米CaCO3浆液。
1.3 丙烯酸酯类共聚物原位聚合包覆
将保护胶体、乳化剂、去离子水加入四口烧瓶中,搅拌3min后,加入纳米碳酸钙浆液,在超声波作用下搅拌,加热到75℃,然后加入反应单体(BA),加入部分引发剂(过硫酸钾水溶液),反应3h后,滴加第二反应单体(MMA),2h内滴加完毕,再将剩余引发剂溶液和其他单体加入到反应体系中,升温到80℃,反应2h后加入1%~3%(质量分数)硫酸铝水溶液,破乳,过滤,用去离子水水洗三次,在50℃真空烘箱中干燥6h,冷却后即得丙烯酸酯类聚合物包覆的纳米碳酸钙产物。
1.4 测试
差示扫描动态量热法(DSC):升温速率为10℃/min,DuPont 2100 General V4.1c DSC测试仪,美国DuPont 公司;热失重(TGA):升温速率20℃/min,Perkin-Elmer 7 Series热分析仪,美国Perkin-Elmer公司;SEM:日立S-530扫描电子显微镜,IB-3溅射仪;表面电子能谱(ESCA):ESCALab 220i-XL,AlKα,15kV(20mA,英国VG公司);透射电镜(TEM):纳米分散乳液稀释后用超声波分散10min后滴于铜网炭膜上,干燥后用透射电子显微镜(H-600A Electron Microscope,日本Hitachi公司)观察并摄图。
2 结果与讨论
2.1 纳米碳酸钙表面原位聚合配方与工艺
经过多次实验,摸索出了纳米碳酸钙表面原位聚合的较佳配方和工艺,配方如表1所示。
纳米碳酸钙表面原位聚合包覆的工艺关键在于以下四点:①纳米碳酸钙浆液用超声波分散;②聚合单体分步加入;③先加BA,然后滴加MMA,EA和St;④PBA要适度交联。
2.2 纳米碳酸钙原位聚合包覆产物的表征
2.2.1 纳米碳酸钙表面原位聚合包覆产物的透射电子显微镜表征
采用透射电子显微镜对纳米碳酸钙及其原位聚合包覆后的复合粒子进行了观察,结果如图1所示。
由图1a可以看出,采用超重力场制备的纳米碳酸钙粒径在20nm左右,且在浆液中分散良好。由图1b可以看出,纳米碳酸钙粒子经过原位聚合表面包覆后,复合粒子的粒径在40~80nm之间,且分散良好。从图1b的TEM上可以明显看出,大部分纳米碳酸钙表
面包覆了丙烯酸酯类聚合物,且包覆状态较好(粒子内部为深黑色,其组成为碳酸钙,粒子外部为浅灰色,为包覆的丙烯酸酯类共聚物)。
2.2.2 纳米碳酸钙表面原位聚合包覆产物的表面电子能谱分析
对纳米碳酸钙表面原位聚合包覆的产物进行了表面电子能谱(ESCA)分析,结果如图2所示。
由图2b可以看出,纳米碳酸钙表面原位聚合包覆
后的产物表面, Ca元素的含量很低(0.335%,质量分数,下同),表明纳米碳酸钙表面被丙烯酸酯类聚合物良好地包覆(347eV附近的峰为Ca元素峰,纯碳酸钙中Ca元素的理论含量为40%,实际碳酸钙粒子表面Ca元素的含量为17.753%)。
2.2.3 纳米碳酸钙表面原位聚合包覆产物的DSC分析
对纳米碳酸钙表面原位聚合包覆产物进行了DSC分析,结果如图3所示。
由图3可以看出,制备的纳米碳酸钙表面原位聚合包覆产物,第一个Tg大致在-43℃左右,第二个Tg在58℃左右。这表明纳米碳酸钙粒子表面包覆的丙烯酸酯聚合物是一个具有核-壳结构的共聚物,因为PBA的Tg为-50℃左右,所以内核为轻微交联的PBA;PMMA的Tg为105℃左右,可见第二个Tg与PMMA的Tg相差较大,这表明在包覆PMMA时,MMA与BA,EA发生了共聚,共聚物中以MMA为主。所以纳米碳酸钙表面原位聚合包覆产物为具有三层的核-中间层-壳结构的复合粒子,最内层为纳米碳酸钙核,中间层为PBA,最外层为MMA与BA,St的共聚物[7]。
2.2.4 纳米碳酸钙表面原位聚合包覆产物的热失重分析
对纳米碳酸钙表面原位聚合包覆产物进行了热失重(TGA)分析,结果如图4所示。
由图4可以看出,纳米碳酸钙表面原位聚合包覆产物有三个分解温度,即:250,379℃和710℃,表明含有三个组份,即:丙烯酸丁酯聚合物、甲基丙烯酸甲酯聚合物和碳酸钙。ESCA测试结果表明,纳米碳酸钙原位乳液聚合所得到的纳米复合粒子表面基本无钙,但TGA测试却含有碳酸钙,这说明纳米碳酸钙被良好包覆[8]。
3 结论
(1)通过超重力场制备了纳米碳酸钙,对纳米碳酸钙进行超声波分散,然后进行原位乳液聚合,采用分步聚合的方式,在纳米碳酸钙表面包覆了丙烯酸酯类聚合物和共聚物,制得了纳米碳酸钙表面原位聚合包覆产物。
(2)采用TEM,DSC,TGA和ESCA对纳米碳酸钙表面原位聚合包覆产物进行了表征。结果表明,制备的纳米碳酸钙粒子粒径在20nm左右,通过原位乳液聚合包覆后,粒径为40~80nm,包覆后的纳米碳酸钙复合粒子表面几乎没有Ca元素,表明纳米碳酸钙被良好包覆;纳米碳酸钙粒子表面包覆的聚合物为具有核-壳结构的丙烯酸酯类共聚物,从而形成了以纳米碳酸钙为核、PBA为中间层、MMA和EA,St共聚物为壳的三层结构有机-无机纳米复合粒子。
(3)该复合粒子具有与聚合物良好的相容性,与聚合物(如PVC等)复合后,可望使纳米碳酸钙在聚合物基体中达到纳米分散,从而体现纳米的增韧增强效果。
参考文献
[1]HASELL T,YANG J X,WANG W X,et al.Preparation of pol-ymer-nanoparticle composite beads by a nanoparticle-stabilisedsuspension polymerisation[J].Journal of Materials Chemistry,2007,17(41):4382-4386.
[2]张立德.纳米材料[M].北京:化学工业出版社,2000.
[3]张志昆,崔祚林.纳米技术与纳米材料[M].北京:国防工业出版社,2000.
[4]GUO T Y,TANG G L,HAO G J,et al.Toughening modifica-tion of PS with n-BA/MMA/styrene core-shell structured copoly-mer from emulsifier-free emulsion polymerization[J].Journal ofApplied Polymer Science,2003,90(5):1290-1297.
[5]MYLVAGANAM K,ZHANG L C.A cross-scale characterizationof interface properties between carbon nanotubes and polymer ma-trix[J].Key Engineering Materials,2006,312:217-222.
[6]WANG G J,KANG C S,JIN R G.Synthesis of acrylic core-shellcomposite polymers and properties of plastisol-gels[J].Progressin Organic Coatings,2004,50(1):55-61.
[7]权英,杨明山,严庆,等.纳米刚性粒子对硬质PVC的增韧增强效果[J].北京化工大学学报,2002,29(6):23-26.
碳酸钙咀嚼片说明书 篇4
【适应症/功能主治】用于预防和治疗钙缺乏症，如骨质疏松、手足抽搐症、骨发育不全、佝偻病以及儿童、妊娠和哺乳期妇女、绝经期妇女、老年人钙的补充。
【规格型号】1.25g*36s
【用法用量】咀嚼后咽下。成人，一次1片，一日1～2次;儿童，一次半片，一日1～2次。【贮藏方法】
【不良反应】1嗳气、便秘。2偶可发生奶-碱综合征，表现为高血钙、碱中毒及肾功能不全。(因服用牛奶及碳酸钙、或单用碳酸钙引起)。3过量长期服用可引起胃酸分泌反跳性增高，并可发生高钙血症。
【禁忌】高钙血症、高钙尿症、含钙肾结石或有肾结石病史患者禁用。
【注意事项】1.心肾功能不全者慎用。2.对碳酸钙咀嚼片过敏者禁用，过敏体质者慎用。3.碳酸钙咀嚼片性状发生改变时禁止使用。4.请将碳酸钙咀嚼片放在儿童不能接触的地方。5.儿童必须在成人监护下使用。6.如正在使用其他药品，使用碳酸钙咀嚼片前请咨询医师或药师。
【有效期】24月
【批准文号】国药准字H6104
【生产企业】陕西步长制药有限公司
碳酸钙咀嚼片(步长)的功效与作用碳酸钙咀嚼片(步长)用于预防和治疗钙缺乏症，如骨质疏松、手足抽搐症、骨发育不全、佝偻病以及儿童、妊娠和哺乳期妇女、绝经期妇女、老年人钙的补充。
碳酸钙咀嚼片服用常见问题
问：碳酸钙咀嚼片有什么不良反应呢?
重质碳酸钙 篇5
关键词：碳酸钙；纯度测定；酸溶法；实验改进和探究
文章编号：1005–6629（2014）9–0062–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
有一次笔者无意中看到了一道关于测定某石灰石样品中碳酸钙质量分数的试题，觉得这道试题有一定的研究价值。原题如下：
化学兴趣小组测定某石灰石样品中碳酸钙的质量分数，其方法是：将样品与盐酸反应，测定反应后生成的CO2质量，再根据CO2的质量求出样品中碳酸钙的质量。为测定CO2的质量，他们想出了以下A、B、C三种方案，填空帮助他们完成设计方案：
A.可称量反应前后物质总质量的减小量。
B.可称量吸收CO2前后盛有氢氧化钠溶液容器质量的增大量。
C.选用下图 装置可测量产生的CO2的 ，再利用此时CO2的 ，可计算CO2的质量。图中瓶内水面上油层的作用是 。[1]
三种方案测定石灰石样品中碳酸钙的质量分数，孰优孰劣？笔者分别做了相应的实验进行论证。
1 实验的论证
1.1 方案A的实验设计
[实验用品]碳酸钙（分析纯，98%）、稀盐酸（1：3）、500 mL烧杯、100 mL量筒、电子天平（精确到0.01g）、药匙
[实验装置]
[实验步骤]
（1）用电子天平称10.00g碳酸钙样品，并将其倒入一干燥洁净的500 mL烧杯中；
（2）用100 mL量筒量取稀盐酸（1：3）约100 mL，称得烧杯（含碳酸钙样品）、量筒（含稀盐酸）的总质量；
（3）将稀盐酸倒入烧杯中使之与碳酸钙反应；
（4）待反应结束后，称量反应后体系的总质量；
（5）重复上述实验3次；
（6）数据处理。
[实验数据]
1.2 方案B的实验设计
[实验用品]碳酸钙（分析纯，98%）、稀盐酸（1：3）、20%的氢氧化钠溶液、锥形瓶、橡皮塞、导管、500 mL烧杯、电子天平（精确到0.01g）、药匙
[实验装置]
[实验步骤]
（1）按图连接好装置；
（2）用电子天平称0.40g碳酸钙样品，并将其倒入锥形瓶中；
（3）在分液漏斗中加入稀盐酸（1：3）；
（4）在广口瓶加入200 mL左右的水和一些植物油；
（5）打开分液漏斗的旋塞，将稀盐酸加入锥形瓶中使之与碳酸钙样品反应；
（6）待反应结束后，读取量筒中的水的体积；
（7）重复上述实验3次；
（8）数据处理。
[实验数据]
室温 10℃ 。
通过上述实验，我们不难看出方案A误差最小，方案B误差最大。通过数据可以看出，用方案B和方案C来测定石灰石样品中碳酸钙质量分数事实上很不合理。
方案B造成误差的主要原因是CO2和碱反应需要一定的时间，实验过程中会看到有大量的气泡从浓的氢氧化钠溶液中冒出，说明CO2不能被碱液充分吸收。
方案C造成误差的主要原因是滴加盐酸时，反应体系内压强瞬时增大，可能会有二氧化碳气体从分液漏斗中逸出，另外导管中也会有水不能全部进入量筒等。
方案A也有一定的误差，造成误差的原因可能是装置内的二氧化碳密度大于空气，不会完全从装置中逸出，导致结果偏小。
验证实验：用碳酸钙样品和稀盐酸（1：3）反应，用一根燃着的木条伸近反应容器，木条在容器口熄灭。
通过验证实验，我们可以得出结论：造成实验误差的主要原因是反应结束后装置内的二氧化碳没有完全从装置中逸出。如何减少误差呢？我们可以对实验进行改进。
2 实验的改进
2.1 改进实验1
[实验用品]碳酸钙样品（分析纯，98%）、稀盐酸（1：4）、氯化钙、80 mL锥形瓶、针筒、干燥管、单孔橡皮塞、电子天平（精确到0.01g）、药匙
[实验装置]
[实验步骤]
（1）按图组装好装置，量出锥形瓶的体积V1；记录环境温度5℃；
（2）在针筒中吸入体积V2的稀盐酸，在干燥管中加入适量氯化钙固体，称量装置和盐酸的总质量m1；
（3）取下橡皮塞，在锥形瓶中加入样品，称量装置、盐酸和样品的总质量m2；
（4）塞紧橡皮塞，挤压针筒，使样品跟稀盐酸反应，振荡；
（5）反应结束后，称量反应后体系总质量m3；
（6）拆除并清洗装置，重复实验3次；
（7）数据处理。
[实验数据]
室温 5℃ ，盐酸 10 mL 。
补充说明：如何修正CO2质量？
反应前锥形瓶中全部是空气，反应后认为全部是CO2。5℃，80 mL空气的质量为：80 mL×1.27×10-3 g·cm-3=0.102g；5℃，70 mL CO2的质量为：70 mL×1.94×10-3 g·cm-3=0.136g；CO2和空气的质量差为：0.136g-0.102g=0.034g。
此方法相当于向上排空气法收集二氧化碳，最后锥形瓶中的二氧化碳不可能是100%，修正值会有误差，会使结果偏高。
2.2 改进实验2
[实验用品]碳酸钙样品（分析纯，98%）、稀盐酸（1：3）、电子天平（精确到0.01g）、100 mL量筒、250 mL广口瓶、干燥管、分液漏斗、注射器、导管、橡皮管、止水夹、橡皮塞
[实验装置]
[实验步骤]
（1）在广口瓶（250 mL）中加入10.00g碳酸钙；
（2）用量筒量取约100 mL稀盐酸（1：3）；
（3）称整个反应体系的总质量；
（4）滴加盐酸，至反应完全；
（5）用注射器向装置内打气，称量反应后整个反应体系的质量；
（6）再用注射器向装置内打气，再称量反应后整个反应体系的质量，直至质量不再改变为止；
（7）重复实验3次；
（8）数据处理。
[实验数据]
改进实验2的方案比较好，一方面操作比较简单，误差也比较小。另一方面，在操作过程中，通过注射器不断向装置内打气，然后称重。开始时我们可以看到反应体系的总质量在不断改变，从而也说明了反应装置内二氧化碳没有完全排尽对测量结果的影响。
“学习和运用化学实验技能和科学探究方法，离不开实验活动”[2]。当今的中学基础学科教学中盲目追求升学率的倾向使重知识轻能力的现象日益严重。在化学教学方面我们部分教育工作者一味地追求学生对教材理论知识的掌握而忽略了化学学科以实验为基础的特点，从而造成理论与实践的严重脱节。本文用酸溶法测定市售碳酸钙纯度的定量型实验探究有利于学生理解化学科学的特点，培养学生的创新精神和科学态度。
参考文献：
[1][EB/OL].http：//www.mofangge.com/html/qDetail/05/ c0/201310/ap6xc005159006.html.
[2]中华人民共和国教育部制定.义务教育化学课程标准（2011年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2011：12.
摘要：从一道试题入手，对大理石中碳酸钙含量的测定进行了探究，就如何减少误差、提高精度提出了酸溶法测定碳酸钙纯度的方案。定量型实验的探究有利于学生理解化学学科的特点，通过科学探究，培养创新精神，形成科学态度。
关键词：碳酸钙；纯度测定；酸溶法；实验改进和探究
文章编号：1005–6629（2014）9–0062–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
有一次笔者无意中看到了一道关于测定某石灰石样品中碳酸钙质量分数的试题，觉得这道试题有一定的研究价值。原题如下：
化学兴趣小组测定某石灰石样品中碳酸钙的质量分数，其方法是：将样品与盐酸反应，测定反应后生成的CO2质量，再根据CO2的质量求出样品中碳酸钙的质量。为测定CO2的质量，他们想出了以下A、B、C三种方案，填空帮助他们完成设计方案：
A.可称量反应前后物质总质量的减小量。
B.可称量吸收CO2前后盛有氢氧化钠溶液容器质量的增大量。
C.选用下图 装置可测量产生的CO2的 ，再利用此时CO2的 ，可计算CO2的质量。图中瓶内水面上油层的作用是 。[1]
三种方案测定石灰石样品中碳酸钙的质量分数，孰优孰劣？笔者分别做了相应的实验进行论证。
1 实验的论证
1.1 方案A的实验设计
[实验用品]碳酸钙（分析纯，98%）、稀盐酸（1：3）、500 mL烧杯、100 mL量筒、电子天平（精确到0.01g）、药匙
[实验装置]
[实验步骤]
（1）用电子天平称10.00g碳酸钙样品，并将其倒入一干燥洁净的500 mL烧杯中；
（2）用100 mL量筒量取稀盐酸（1：3）约100 mL，称得烧杯（含碳酸钙样品）、量筒（含稀盐酸）的总质量；
（3）将稀盐酸倒入烧杯中使之与碳酸钙反应；
（4）待反应结束后，称量反应后体系的总质量；
（5）重复上述实验3次；
（6）数据处理。
[实验数据]
1.2 方案B的实验设计
[实验用品]碳酸钙（分析纯，98%）、稀盐酸（1：3）、20%的氢氧化钠溶液、锥形瓶、橡皮塞、导管、500 mL烧杯、电子天平（精确到0.01g）、药匙
[实验装置]
[实验步骤]
（1）按图连接好装置；
（2）用电子天平称0.40g碳酸钙样品，并将其倒入锥形瓶中；
（3）在分液漏斗中加入稀盐酸（1：3）；
（4）在广口瓶加入200 mL左右的水和一些植物油；
（5）打开分液漏斗的旋塞，将稀盐酸加入锥形瓶中使之与碳酸钙样品反应；
（6）待反应结束后，读取量筒中的水的体积；
（7）重复上述实验3次；
（8）数据处理。
[实验数据]
室温 10℃ 。
通过上述实验，我们不难看出方案A误差最小，方案B误差最大。通过数据可以看出，用方案B和方案C来测定石灰石样品中碳酸钙质量分数事实上很不合理。
方案B造成误差的主要原因是CO2和碱反应需要一定的时间，实验过程中会看到有大量的气泡从浓的氢氧化钠溶液中冒出，说明CO2不能被碱液充分吸收。
方案C造成误差的主要原因是滴加盐酸时，反应体系内压强瞬时增大，可能会有二氧化碳气体从分液漏斗中逸出，另外导管中也会有水不能全部进入量筒等。
方案A也有一定的误差，造成误差的原因可能是装置内的二氧化碳密度大于空气，不会完全从装置中逸出，导致结果偏小。
验证实验：用碳酸钙样品和稀盐酸（1：3）反应，用一根燃着的木条伸近反应容器，木条在容器口熄灭。
通过验证实验，我们可以得出结论：造成实验误差的主要原因是反应结束后装置内的二氧化碳没有完全从装置中逸出。如何减少误差呢？我们可以对实验进行改进。
2 实验的改进
2.1 改进实验1
[实验用品]碳酸钙样品（分析纯，98%）、稀盐酸（1：4）、氯化钙、80 mL锥形瓶、针筒、干燥管、单孔橡皮塞、电子天平（精确到0.01g）、药匙
[实验装置]
[实验步骤]
（1）按图组装好装置，量出锥形瓶的体积V1；记录环境温度5℃；
（2）在针筒中吸入体积V2的稀盐酸，在干燥管中加入适量氯化钙固体，称量装置和盐酸的总质量m1；
（3）取下橡皮塞，在锥形瓶中加入样品，称量装置、盐酸和样品的总质量m2；
（4）塞紧橡皮塞，挤压针筒，使样品跟稀盐酸反应，振荡；
（5）反应结束后，称量反应后体系总质量m3；
（6）拆除并清洗装置，重复实验3次；
（7）数据处理。
[实验数据]
室温 5℃ ，盐酸 10 mL 。
补充说明：如何修正CO2质量？
反应前锥形瓶中全部是空气，反应后认为全部是CO2。5℃，80 mL空气的质量为：80 mL×1.27×10-3 g·cm-3=0.102g；5℃，70 mL CO2的质量为：70 mL×1.94×10-3 g·cm-3=0.136g；CO2和空气的质量差为：0.136g-0.102g=0.034g。
此方法相当于向上排空气法收集二氧化碳，最后锥形瓶中的二氧化碳不可能是100%，修正值会有误差，会使结果偏高。
2.2 改进实验2
[实验用品]碳酸钙样品（分析纯，98%）、稀盐酸（1：3）、电子天平（精确到0.01g）、100 mL量筒、250 mL广口瓶、干燥管、分液漏斗、注射器、导管、橡皮管、止水夹、橡皮塞
[实验装置]
[实验步骤]
（1）在广口瓶（250 mL）中加入10.00g碳酸钙；
（2）用量筒量取约100 mL稀盐酸（1：3）；
（3）称整个反应体系的总质量；
（4）滴加盐酸，至反应完全；
（5）用注射器向装置内打气，称量反应后整个反应体系的质量；
（6）再用注射器向装置内打气，再称量反应后整个反应体系的质量，直至质量不再改变为止；
（7）重复实验3次；
（8）数据处理。
[实验数据]
改进实验2的方案比较好，一方面操作比较简单，误差也比较小。另一方面，在操作过程中，通过注射器不断向装置内打气，然后称重。开始时我们可以看到反应体系的总质量在不断改变，从而也说明了反应装置内二氧化碳没有完全排尽对测量结果的影响。
“学习和运用化学实验技能和科学探究方法，离不开实验活动”[2]。当今的中学基础学科教学中盲目追求升学率的倾向使重知识轻能力的现象日益严重。在化学教学方面我们部分教育工作者一味地追求学生对教材理论知识的掌握而忽略了化学学科以实验为基础的特点，从而造成理论与实践的严重脱节。本文用酸溶法测定市售碳酸钙纯度的定量型实验探究有利于学生理解化学科学的特点，培养学生的创新精神和科学态度。
参考文献：
[1][EB/OL].http：//www.mofangge.com/html/qDetail/05/ c0/201310/ap6xc005159006.html.
[2]中华人民共和国教育部制定.义务教育化学课程标准（2011年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2011：12.
摘要：从一道试题入手，对大理石中碳酸钙含量的测定进行了探究，就如何减少误差、提高精度提出了酸溶法测定碳酸钙纯度的方案。定量型实验的探究有利于学生理解化学学科的特点，通过科学探究，培养创新精神，形成科学态度。
关键词：碳酸钙；纯度测定；酸溶法；实验改进和探究
文章编号：1005–6629（2014）9–0062–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
有一次笔者无意中看到了一道关于测定某石灰石样品中碳酸钙质量分数的试题，觉得这道试题有一定的研究价值。原题如下：
化学兴趣小组测定某石灰石样品中碳酸钙的质量分数，其方法是：将样品与盐酸反应，测定反应后生成的CO2质量，再根据CO2的质量求出样品中碳酸钙的质量。为测定CO2的质量，他们想出了以下A、B、C三种方案，填空帮助他们完成设计方案：
A.可称量反应前后物质总质量的减小量。
B.可称量吸收CO2前后盛有氢氧化钠溶液容器质量的增大量。
C.选用下图 装置可测量产生的CO2的 ，再利用此时CO2的 ，可计算CO2的质量。图中瓶内水面上油层的作用是 。[1]
三种方案测定石灰石样品中碳酸钙的质量分数，孰优孰劣？笔者分别做了相应的实验进行论证。
1 实验的论证
1.1 方案A的实验设计
[实验用品]碳酸钙（分析纯，98%）、稀盐酸（1：3）、500 mL烧杯、100 mL量筒、电子天平（精确到0.01g）、药匙
[实验装置]
[实验步骤]
（1）用电子天平称10.00g碳酸钙样品，并将其倒入一干燥洁净的500 mL烧杯中；
（2）用100 mL量筒量取稀盐酸（1：3）约100 mL，称得烧杯（含碳酸钙样品）、量筒（含稀盐酸）的总质量；
（3）将稀盐酸倒入烧杯中使之与碳酸钙反应；
（4）待反应结束后，称量反应后体系的总质量；
（5）重复上述实验3次；
（6）数据处理。
[实验数据]
1.2 方案B的实验设计
[实验用品]碳酸钙（分析纯，98%）、稀盐酸（1：3）、20%的氢氧化钠溶液、锥形瓶、橡皮塞、导管、500 mL烧杯、电子天平（精确到0.01g）、药匙
[实验装置]
[实验步骤]
（1）按图连接好装置；
（2）用电子天平称0.40g碳酸钙样品，并将其倒入锥形瓶中；
（3）在分液漏斗中加入稀盐酸（1：3）；
（4）在广口瓶加入200 mL左右的水和一些植物油；
（5）打开分液漏斗的旋塞，将稀盐酸加入锥形瓶中使之与碳酸钙样品反应；
（6）待反应结束后，读取量筒中的水的体积；
（7）重复上述实验3次；
（8）数据处理。
[实验数据]
室温 10℃ 。
通过上述实验，我们不难看出方案A误差最小，方案B误差最大。通过数据可以看出，用方案B和方案C来测定石灰石样品中碳酸钙质量分数事实上很不合理。
方案B造成误差的主要原因是CO2和碱反应需要一定的时间，实验过程中会看到有大量的气泡从浓的氢氧化钠溶液中冒出，说明CO2不能被碱液充分吸收。
方案C造成误差的主要原因是滴加盐酸时，反应体系内压强瞬时增大，可能会有二氧化碳气体从分液漏斗中逸出，另外导管中也会有水不能全部进入量筒等。
方案A也有一定的误差，造成误差的原因可能是装置内的二氧化碳密度大于空气，不会完全从装置中逸出，导致结果偏小。
验证实验：用碳酸钙样品和稀盐酸（1：3）反应，用一根燃着的木条伸近反应容器，木条在容器口熄灭。
通过验证实验，我们可以得出结论：造成实验误差的主要原因是反应结束后装置内的二氧化碳没有完全从装置中逸出。如何减少误差呢？我们可以对实验进行改进。
2 实验的改进
2.1 改进实验1
[实验用品]碳酸钙样品（分析纯，98%）、稀盐酸（1：4）、氯化钙、80 mL锥形瓶、针筒、干燥管、单孔橡皮塞、电子天平（精确到0.01g）、药匙
[实验装置]
[实验步骤]
（1）按图组装好装置，量出锥形瓶的体积V1；记录环境温度5℃；
（2）在针筒中吸入体积V2的稀盐酸，在干燥管中加入适量氯化钙固体，称量装置和盐酸的总质量m1；
（3）取下橡皮塞，在锥形瓶中加入样品，称量装置、盐酸和样品的总质量m2；
（4）塞紧橡皮塞，挤压针筒，使样品跟稀盐酸反应，振荡；
（5）反应结束后，称量反应后体系总质量m3；
（6）拆除并清洗装置，重复实验3次；
（7）数据处理。
[实验数据]
室温 5℃ ，盐酸 10 mL 。
补充说明：如何修正CO2质量？
反应前锥形瓶中全部是空气，反应后认为全部是CO2。5℃，80 mL空气的质量为：80 mL×1.27×10-3 g·cm-3=0.102g；5℃，70 mL CO2的质量为：70 mL×1.94×10-3 g·cm-3=0.136g；CO2和空气的质量差为：0.136g-0.102g=0.034g。
此方法相当于向上排空气法收集二氧化碳，最后锥形瓶中的二氧化碳不可能是100%，修正值会有误差，会使结果偏高。
2.2 改进实验2
[实验用品]碳酸钙样品（分析纯，98%）、稀盐酸（1：3）、电子天平（精确到0.01g）、100 mL量筒、250 mL广口瓶、干燥管、分液漏斗、注射器、导管、橡皮管、止水夹、橡皮塞
[实验装置]
[实验步骤]
（1）在广口瓶（250 mL）中加入10.00g碳酸钙；
（2）用量筒量取约100 mL稀盐酸（1：3）；
（3）称整个反应体系的总质量；
（4）滴加盐酸，至反应完全；
（5）用注射器向装置内打气，称量反应后整个反应体系的质量；
（6）再用注射器向装置内打气，再称量反应后整个反应体系的质量，直至质量不再改变为止；
（7）重复实验3次；
（8）数据处理。
[实验数据]
改进实验2的方案比较好，一方面操作比较简单，误差也比较小。另一方面，在操作过程中，通过注射器不断向装置内打气，然后称重。开始时我们可以看到反应体系的总质量在不断改变，从而也说明了反应装置内二氧化碳没有完全排尽对测量结果的影响。
“学习和运用化学实验技能和科学探究方法，离不开实验活动”[2]。当今的中学基础学科教学中盲目追求升学率的倾向使重知识轻能力的现象日益严重。在化学教学方面我们部分教育工作者一味地追求学生对教材理论知识的掌握而忽略了化学学科以实验为基础的特点，从而造成理论与实践的严重脱节。本文用酸溶法测定市售碳酸钙纯度的定量型实验探究有利于学生理解化学科学的特点，培养学生的创新精神和科学态度。
参考文献：
[1][EB/OL].http：//www.mofangge.com/html/qDetail/05/ c0/201310/ap6xc005159006.html.
纳米碳酸钙合成专利技术分析 篇6
2012年, 中国中材国际工程与中材国际环境工程公司也有类似的研究, 公开了利用电石渣合成超细碳酸钙的方法, 属于最新近公开的技术, 将电石渣和水混合均匀, 将氯化铵加入到电石渣的悬浊液中混合均匀, 过滤除渣后得到澄清的氯化钙溶液, 氯化钙溶液中加入硫酸盐、氯化物、柠檬酸盐、十二烷基苯磺酸钠、焦磷酸盐、油酸、柠檬酸铵、N-甲基吡咯烷酮、顺丁烯二酸中的一种进行晶形控制, 充分溶解后向该溶液中通入CO2进行碳化反应, 直至反应溶液的p H值小于或等于7, 得到超细碳酸钙浆液。此外, 该方法还做了延伸, 将超细碳酸钙浆液加入活化剂脂肪酸或水溶性偶联剂进行液相表面活化处理, 脱水、洗涤、干燥后可获得活性碳酸钙微粉。
分析其加入活化剂脂肪酸或水溶性偶联剂的作用在于通过搅拌使脂肪酸和水溶性偶联剂与纳米碳酸钙充分接触, 活化均匀, 改善其分散性, 增加纳米碳酸钙与有机介质的亲和性和相容性。
而搅拌釜碳化法是目前国内外广泛采用的生产纳米碳酸钙的方法, 该方法在整个碳化过程中严格控制碳化温度在10-30℃, 而碳酸钙生成过程为放热反应, 因此需采用庞大的强制冷却换热系统。中国专利申请公开CN1330039公布了一种在较低温度下采用机械搅拌混合的方式合成纳米碳酸钙的方法, 该方法在一定浓度的Ca (OH) 2的悬浮液中通入二氧化碳气体进行碳化。通过对Ca (OH) 2悬浮液的温度、二氧化碳气体的流量控制碳酸钙晶核的成核速率;在碳化至形成一定的晶核数后, 由晶核形成控制转化为晶体生长控制, 此时加入晶形调节剂控制各晶面的生长速率, 从而达到形貌可控;继续碳化至终点加入分散剂调节粒子表面电荷得均分散的立方形碳酸钙纳米颗粒;然后将均分散的立方形纳米碳酸钙颗粒进行液相表面包覆处理。所获得的纳米活性碳酸钙粒子在25-100nm之间可控, 立方形, 比表面大于25m2/g, 粒径分布GSD为1.57, 吸油值小于28g/100g Ca CO3, 且无团聚现象。所获得的产品性能优异, 可作为高档橡胶、塑料以及汽车底漆中的功能填料。但是该方法生产的纳米碳酸钙具有憎水表面而不适合于用作造纸用填充剂或涂层纸张的颜料。中国专利申请公开的103922377A公布了一种新型纳米碳酸钙的制备方法, 制备步骤包括 (1) 取氧化钙进行煅烧, 得到纯净的氧化钙; (2) 将煅烧后的纯净氧化钙置于蒸馏水中进行溶解反应, 制得氢氧化钙的悬浊液; (3) 向上述悬浊液中加入表面活性剂, 搅拌制成混合浆料, 然后冷却到室温; (4) 继续搅拌下, 于所述混合浆料中连续通入CO2, 直至p H值下降到6-9; (5) 过滤, 清洗, 最后干燥即得所述新型纳米碳酸钙;采用本发明的制备方法, 制得球形纳米碳酸钙粒径分布集中在20-100nm, 大小分布均匀, 制备过程简单, 成本较低;易于纳米碳酸钙的工业化的推广及生产。中国专利CN100455515C公布了一种纳米级碳酸钙颗粒的制备方法, 该方法通过加入晶核形成促进剂, 通过对氢氧化钙悬浮液的浓度、温度、二氧化碳其流量等调节来控制晶核数量、大小, 来实现制备的经济节能性, 得到颗粒大小及分布可控的立方行纳米级活性碳酸钙产品。该发明的特点是在碳化过程中无须传统强制冷却换热系统, 根据碳化反应放热逐渐提高悬浮液温度, 加速碳化反应, 缩短碳化反应时间。国内该方面的专利技术主要集中在如何控制颗粒粒度小、分布均匀、分散性能好等性能, 从而得到更高经济价值的产品。
分析认为:无论采取哪种方式, 以电石渣为原料, 生产纳米碳酸钙其关键在于电石渣的净化, 由于电石渣中除主要成分Ca (OH) 2以外, 还含有焦炭、Si、Al、Fe、Mg及硫化物、磷化物及乙炔等杂质, 杂质的存在会影响碳酸钙的白度、纯度等, 其净化效果直接影响碳酸钙的品质。现有技术基本都集中在酸处理, 过滤、沉淀等手段, 其效果并未得到工业化的证实。
综上所述, 目前, 国内现有技术关于电石渣与二氧化碳制备纳米碳酸钙, 基本都集中在理论和实验室研究阶段, 重点是以传统碳化制备方法为基础, 从影响纳米碳酸钙粒径与晶型的多个因素入手, 及原料浓度、碳化温度、二氧化碳流速、搅拌速度等因素对纳米碳酸钙粒径、晶型等方面进行综合研究, 从而确定最优碳化工艺条件。
参考文献
[1]河南工业大学化学化工学院, 《电石渣制高品质碳酸钙》.
[2]卢忠远, 康明, 姜彩荣, 等《利用电石渣制备多种晶形碳酸钙的研究》.
[3]范广能, 陈红, 胡坤宏, 等《电石渣制备超细碳酸钙的工艺研究》.
[4]吴琦文, 施利毅, 张仲燕《利用电石渣制备纳米碳酸钙的研究》.
纳米碳酸钙制备新工艺分析 篇7
1 纳米碳酸钙的制备方法
(1)复分解法复分解法是在一定条件下,将水溶性钙盐(如氯化钙,硫酸钙等)与水溶性碳酸盐(如碳酸铵,碳酸钠等),通过液相到固相的反应过程制得纳米碳酸钙。实验室使用这种方法制取碳酸钙时,可以通过控制反应物浓度、反应温度、生成物的过饱和度以及加入适当的添加剂等操作方法,得到粒径小于0.1微米、比表面积大、具有较好溶解性的无定形碳酸钙产品。这种方法制得的纳米碳酸钙纯度比较高,也有具有很好的白度,但在制取不同晶形的产品时需要很高的成本,所以目前国内外很少采用这种方法工业制取纳米碳酸钙。
(2)碳化法1间歇鼓泡碳化法与复分解法不同,间歇鼓泡碳化法是目前国内外制备纳米碳酸钙广泛采用的的方法。其操作步骤是首先将1.04~1.06 g/cm3的Ca(OH)2浆液降温到25℃以下,再将浆液打入到碳化塔中,注意保持一定的液位,然后从碳化塔的底部向塔内通入CO2或者CO2和空气的混合气体,控制合理的溶液浓度、反应温度、气液比以及添加剂等条件,可以间歇制得纳米级碳酸钙。2连续喷雾法也是通过碳化法来制取纳米碳酸钙,步骤是将Ca(OH)2浆液通过压力式喷嘴从碳化塔的顶部向下呈雾状喷出,与此同时从塔的底部向上通入CO2或者CO2和空气的混合气体,使喷下的Ca(OH)2浆液与CO2充分接触,发生反应。这种方法明显增加了CO2气体和Ca(OH)2浆液的接触面积,反应过程可以通过控制石灰乳的浓度、液滴直径、流量、反应气液比等条件,在常温下制得直径在0.04~0.08微米的纳米碳酸钙。通过连续喷雾法制得的Ca CO3粒径分布窄,颗粒形状比较规则,而且容易分散,综合品质要优于间歇鼓泡法,但由于这种方法能耗较大,而且喷嘴容易发生堵塞,造成了高额生产成本,故难以普及。
(3)微乳法是近年来刚刚发展起来的一种制备纳米微粒的方法。这种方法的操作步骤是分别将可溶性碳酸盐和可溶性钙盐溶解到组成成分完全相同的两份微乳液中,在一定条件下进行混合反应。这样可以在较小区域内控制晶粒的成核与生长,完成后再将晶粒与溶剂分离,就可以得到纳米碳酸钙微粒,其粒径几乎都控制在几纳米到几十纳米之间。
2 工业上制备纳米碳酸钙的工艺
(1)工艺流程将一定量的生石灰,按水灰比8:1的比例放入80℃的热水中进行消化,完成后就得到了氢氧化钙粗溶液,将其陈化24小时,用200目的筛网过筛,得到精制的氢氧化钙浆料。将精制氢氧化钙浆料放入玻璃反应器,加入适量添加剂,设置合适的碳化温度,调整合适的搅拌速度,经转子流量计通入二氧化碳和氮气的混合气体或者纯净的二氧化碳气体,就开始了碳化反应。当反应体系呈酸性,也就是p H值下降到7以下后,继续碳化15分钟,就得到了纳米碳酸钙溶液。将所得浆料升温至80℃,加入一定量硬脂酸钠保温2小时,过滤、干燥、粉碎后即得纳米碳酸钙固体。
(2)优化方法1使用高浓度CO2气体作为合成纳米碳酸钙的气源可以大大缩短反应的时间,但是由于系统搅拌不均勾,碳酸钙粒径的分布就很不均匀,出现部分粒径较大颗粒,增大搅拌转速可减缓粒径分布不均匀现象;2随着晶形修饰剂添加量的增加,温度的提高,陈化时间的延长,颗粒规整程度增加,粒径也增大,但当超过极限值时,颗粒尺寸不再改变,陈化温度升高可加快陈化进程,但如果温度过高就会引起碳酸钙发生形状变化,立方形转为片状。陈化温度越高,陈化时间越长,片状转化率越高;3陈化过程中分别用聚羧酸盐、六偏磷酸钠、十二烷基苯磺酸钠为分散剂,通过其电离出的离子改变颗粒电荷状态和空间位阻,使得体系发生胶溶反应,促进凝胶重新转变为溶胶,降低了体系黏度,增强了颗粒间分散性,有利于二次碳化和后期包覆过程的进行;4在陈化起始阶段加入一定量六偏磷酸钠,工艺简单,便于操作,还能起到降低黏度、增强颗粒分散性的作用,同时也不影响陈化过程中晶形修饰剂对碳酸钙形貌的改善作用;5工业试验工艺参数选择遵循等单位体积功率的准则,工业圈内传质效果较小试装置传质效果稍差,但是不同批次之间的工业试验产品性能重复性很好,工艺的稳定性高,合成的纳米碳酸含产品的各项性能指标均能与小试产品的性能指标保持一致。
3 结语
本研究改进了传统的低温碳化法制备纳米碳酸钙生产工艺,采用了高温碳化方法,并在碳化过程中采用陈化并添加晶型修饰剂的工艺,制备出了形貌规整、粒径可控、分散性好的纳米碳酸钙。所得纳米碳酸钙在涂料及密封胶中具有更好的触变性和更高的屈服应力,有非常高的应用价值。
摘要：纳米碳酸钙在生产生活上有了越来越广泛的应用,本文介绍了几种制备纳米碳酸钙的方法,包括复分解法、碳化法、微乳法等,分析了工业上制备纳米碳酸钙的工艺流程及部分优化方法,对纳米碳酸钙的制备新工艺有一定帮助。
关键词：纳米碳酸钙,制备,新工艺
参考文献
[1]冯文华.纳米碳酸钙制备新工艺研究[D].华东理工大学,2015.
[2]王兴权.碳化法、复分解法和微乳法制备不同形貌超细碳酸钙[D].兰州交通大学,2013.
[3]成居正.立方纳米碳酸钙制备及其流变性能研究[D].华东理工大学,2013.
[4]曾蕾,贺全国,吴朝辉.纳米碳酸钙的制备、表面改性及应用进展[J].精细化工中间体,2013,04:1-6.
川西南地区碳酸钙产业发展策略 篇8
近年来, 碳酸钙产品的应用越来越广泛, 产业发展迅速。全世界碳酸钙行业的生产能力已达4500万吨, 其中轻钙为830万吨, 重钙为3700万吨。全世界碳酸钙总产量约2920万吨, 其中轻钙650万吨、重钙2270万吨;碳酸钙总消费量约2850万吨。
我国重质碳酸钙行业每年以平均23%的增长率飞速发展, 年生产量已超过620万吨, 一跃成为世界上第二重质碳酸钙生产大国。轻质碳酸钙近年来在我国的发展势头比不上重质碳酸钙, 尽管在填料领域由于轻质碳酸钙的优点, 两者将在很长的一段时期内共存发展, 但是在涂料领域, 后者的优势更为明显, 更具有发展潜力。
碳酸钙产业发展指导思想
1.科学利用优势资源, 把握经济发展导向, 抓住市场机遇, 整合社会各界的资源和力量, 实现碳酸钙产业的快速稳步成长。
2.政府推动。充分发挥政府整合资源的能力, 加强宏观调控, 加大引导投入, 推动科技创新和科技进步, 构建集成创新平台, 营造材料产业良好的发展环境。
3.企业主动。企业应成为技术研发的投入主体、技术创新的集成主体、成果转化的承接主体。建立以企业为主体、产学研结合的技术创新体系, 提高企业的自主创新能力和市场竞争实力。
4.集成创新。形成人才、技术、产业的聚集及其良好互动的关系, 加强合作, 着力开展技术引进、消化吸收基础上的集成创新, 大幅度提升行业技术创新和科技进步的整体能力。
5.重点突破。依托本地碳酸钙产业发展的资源条件、产业基础, 立足市场需求, 围绕碳酸钙产业发展重点领域的共性关键问题, 集中力量, 加强技术攻关, 形成一批具有自主知识产权、能够实现市场转化的技术成果。
6.支撑引领。面对碳酸钙产业发展的需求, 通过科技进步和创新推进该产业加快发展;加强科技成果转化, 培育具有特色的碳酸钙产业链, 形成碳酸钙产品群, 做强做大产业。
碳酸钙产业布局规划
1.规划建设精品碳酸钙特色产业基地, 努力打造“中国精细碳酸钙产业基地”。“因地制宜”建设适度规模的碳酸钙工业园区;尽量利用现有荒地, 少占或不占耕地。
2.集中扶优扶强, 增强市场竞争力。一是集中扶持碳酸钙主导产品发展;二是集中扶持年产值达500万元以上规模的企业, 产品上档次, 管理上水平, 效益上台阶, 在同行业中发挥示范带头作用;三是集中扶持超细重等重点技改扩建项目, 使之在西部同行业中达到领先地位。同时, 要大力招商引资, 引进一批环保型高税利、高科技精细加工项目, 发挥其牵引带动作用, 提升碳酸钙加工产业的整体水平。
3.树立品牌, 大力招商。一是充分利用川西南地区独特的矿山资源优势, 加大对外宣传力度, 将碳酸钙资源、下游产品开发、招商引资政策和产业发展导向等, 列入政府对外宣传的内容。二是突出资源优势, 做好下游产业招商文章。把碳酸钙和有机硅等资源优势产业作为开展行业招商的重要内容之一。三是加大招商引资力度。经济主管部门要做好碳酸钙产业的招商指导、协调和服务工作。地方政府要落实本地碳酸钙企业的招商项目, 充分发挥当地碳酸钙资源优势, 以引进延伸产业链为重点, 在利用外资上有新突破。
4.产业集聚, 建立平台。坚持“统一规划、企业集聚、资源共享、整体优化”的原则, 整合、提升现有碳酸钙产业的集聚点, 促进碳酸钙上下游产业一体化集聚, 形成一批规模大、功能强、机制活、环境优、管理好的园区群体, 使之成为石棉县碳酸钙下游产品的大平台, 并高起点、高标准地加快建设平台的步伐。建立多元化和市场化运作、政府扶持、滚动发展的机制。大力促进中小企业按照垂直整合、水平分工的原则, 形成碳酸钙下游产业的企业联盟, 实现集聚发展。
5.成立行业协会, 规范企业管理。按照积极引导、企业自愿参加的原则, 成立碳酸钙协会, 为企业之间相互交流、学习、协调搭建平台。协会要提高维护企业合法权益、避免恶性竞争、形成合力的能力。
碳酸钙产业重点推进项目
1.造纸专用超细重质碳酸钙。重质碳酸钙, 用优质、高品位大理石精制, 具有Ca CO3含量高、杂质少、白度高、吸油值低等特点, 主要用于塑料、橡胶、油漆、涂料、建材、玻璃、纺织等行业。超细重质碳酸钙是选用含Ca CO398%以上的天然矿石, 如石灰石、大理石、冰州石等, 通过干法或湿法研磨的产品。与轻钙 (沉淀碳酸钙) 相比, 它具有流动性好、粘着剂需要量低、固含量高等优点, 适用于现代化的碱性造纸中做涂布剂。由于超细重质碳酸钙具有高浓度化的效果, 因而比轻钙更适于在碱性造纸 (又称中性造纸) 中应用。此外, 在橡胶、塑料、密封胶中的应用也很广泛, 美国的超细重质碳酸钙产品有一半用于这些产品。
2.超微细活性重质碳酸钙。超微细活性钙是碳酸钙的深加工产品, 用途十分广泛, 产品所需的主要原材料为石灰石、普通轻钙、重钙、方解石、汉白玉, 辅助化工原料在国内市场容易购得。运用超细粉磨、分级和表面处理技术生产的超微细活性钙, 与有机高聚物亲和力强、广泛用于各种塑料, 如软质聚乙烯电缆、PVC门窗、异型材、管材、汽车零件、涂料、密封胶、建材和造纸业中。目前, 我国年产量不到15万吨, 而需要量则在50万吨左右, 市场前景广阔。重质活性微细碳酸钙具有加工简单、能耗低、价格低、性能优良、经济效益好等特点。
碳酸钙产业扶持政策与措施
1.建立健全资源开采制度, 实现资源有序管理和永续利用。 (1) 加大碳酸钙资源勘探力度, 进一步探明储量, 为可持续利用碳酸钙资源打好基础。一是摸清家底, 对碳酸钙资源进行详细的科学勘查, 摸清储量、品位、成分和地质条件等情况。国土资源部门在组织全面勘查分析的基础上, 结合环保和市场需求, 制定碳酸钙可采区、禁采区, 以及采矿的范围和顺序, 所需费用, 谁受益谁“埋单”。二是在规划的指导下有效保护、合理开发和科学利用碳酸钙资源, 坚持开采规模与储量规模和企业实际需求相适应, 使企业规模与资源秉赋条件相匹配。坚持分级开发分类利用, 使不同等级类别的碳酸钙满足不同需求, 按照大理石矿产的纯度和白度, 利用价格杠杆, 建立分级分等的市场化开采权管理, 防止高品位碳酸钙资源浪费, 达到优质优用。特别是对优质碳酸钙资源一定要加强保护, 深度开发, 做到物尽其用。市场配置与政府调控相结合, 加强对碳酸钙资源的管理和调控, 防止企业圈占和垄断资源。三是从严审批。在出让采矿权时要提高开采技术门槛, 严格实施采矿许可证制度。彻底治理无证开采、越界开采、采富弃贫、乱采乱挖等现象, 把采矿技术和分级分类使用作为审批前置条件和规范要求, 鼓励和发展年开采量大和具备分级利用能力的企业实行机械化开采。对于已出让的矿山要积极鼓励、引导采用先进的采矿技术和破碎分级技术, 以满足不同企业对碳酸钙品质和粒级的需求, 提高资源的综合利用率。按照“适度开发, 适当垄断, 可持续利用”的总体思路, 实行保护性开采、合理性利用。
2.合理配置矿产资源。凡是新增经营性矿山原则上不再审批, 外运经营性矿山则一律不予审批, 新办碳酸钙矿必须与现有的或新办碳酸钙企业的供求挂钩, 对开采期限届满的外运矿山一律收回采矿权。严控现有经营性矿山的开采规模, 如通过控制炸药供应量的办法来控制外运矿山超采。利用独特的资源优势大力培育、引进后续产业, 在打造龙头企业和下游产业上有较大的突破, 实现资源在县内加工转化升值, 用足用好高纯度、高白度碳酸钙的宝贵性、稀缺性和重要性。鼓励以资源换技术, 积极引进国外碳酸钙深加工和新产品开发应用方面的龙头企业, 实现碳酸钙产业技术结构、产品结构和产业结构跳跃式发展。
文石碳酸钙晶须的制备研究进展 篇9
目前, 碳化硅、Al2O3、3Al2O3·2SiO2、氧化锌、硼酸铝等少数晶须已经成功实现工业化生产, 但因其生产成本较高, 阻碍了其规模化应用及发展。寻找一种性价比更高的晶须来替代已有的高价晶须作为填充材料, 成为材料界的重要研究目标之一。近年来, 随着研究的发展, 一种原料来源丰富, 价格低且性能较高的新型材料即碳酸钙晶须的出现, 激发了众多研究者的研究热情, 碳酸钙晶须的制备已成为国内外研究的热点。本研究对国内外碳酸钙晶须的制备技术进行了归纳分析总结, 并指出了今后一段时间内我国碳酸钙晶须的研究发展方向。
1 碳酸钙晶须的制备研究进展
碳酸钙晶体有3种晶型, 分别为:方解石型、文石 (霰石) 型和球霰石型, 碳酸钙晶须属于其中的文石型结构[4]。方解石型是热力学稳定状态, 能够在自然界自然生长, 而文石型和球霰石型难以在自然界以热力学稳定状态自然存在。目前, 根据国内外文献的报道, 归纳起来, 碳酸钙晶须制备主要有以下7种方法: (1) 碳化法; (2) 复分解反应法; (3) 尿素水解法; (4) Ca (HCO3) 2热分解法; (5) 超重力反应结晶法; (6) 磷石膏水热合成法; (7) 溶胶-凝胶法。
1.1 碳化法
碳化法是国内外研究中相对来说较为成熟的一种方法。这种方法与生产轻质碳酸钙的气液法很相近, 它的基本原理是在外加剂 (如MgCl2、磷酸、晶种等) 的作用下, 将CO2气体通入到氢氧化钙浆料中, 通过控制反应条件, 以获得碳酸钙晶须。
早在1995年的报道中, 日本科学家Ota Y等[5]就利用MgCl2作为晶型控制剂, 向已加入MgCl2的Ca (OH) 2悬浮液中通入CO2气体进行碳化反应, 在反应温度80℃、pH=9左右时成功得到了直径0.5~1μm, 长径比在20~80之间的碳酸钙晶须。
赵涛涛, 冯小平等[6]对首次制备碳酸钙晶须后过滤后的MgCl2溶液进行回收利用, 通过补加MgCl2和水来调整其溶度, 通过碳化法再次合成了碳酸钙晶须, 达到了节约资源和废物重复再利用的目的。
李丽匣等[7]以磷酸系化合物为晶型控制剂, 首次在常态下采用一步碳化法合成了均匀, 完整, 长径比大的碳酸钙晶须, 并得到了合成碳酸钙晶须的适宜条件。
谢英惠等[8]通过事先在浆料中加入针状的碳酸钙晶种和影响晶须生长的磷酸盐, 通入CO2, 在玻璃碳化塔中也成功合成了碳酸钙晶须。
碳化法对反应温度控制较为严格, 但因其具有生产成本低, 原料基本可以来源于自然界广泛存在的石灰石资源, 同时其工艺简单, 易于操作, 与传统生产轻质碳酸钙的方法很相近, 一旦时机成熟, 将有可能形成大规模工业化生产。
1.2 复分解反应法
复分解反应法的一般原理是将可溶性的Ca2+盐[如CaCl2、Ca (NO3) 2等]与可溶性的CO32-盐[如Na2CO3、 (NH4) 2CO3等]在30~100℃的条件下发生复分解反应, 从而获得碳酸钙晶须的方法。在制备过程中, 碳酸钙晶须以沉淀的方式从反应后的溶液中分离出来, 主要的反应方程式可以用下式 (1) 表示:
唐琴等[9]在不添加任何添加剂的情况下, 在乙醇-水混合体系中利用氯化钙和碳酸钠进行复分解反应, 成功合成了大小均匀, 长度为10~30μm的碳酸钙晶须。实验还得出:与通常水溶液体系相比较, 乙醇-水混合溶液体系在原料浓度、反应温度、滴加速度等工艺条件方面更占据优势。
胡志国等[10]在聚乙二醇水溶液中, 分别加入等摩尔量的无水氯化钙和碳酸钠, 在30℃恒温陈化15d, 得到长度为60~150μm, 直径为3~1 0μm的碳酸钙晶须。
相对来说, 该法反应所需反应物溶度比较低, 晶须合成速度比较慢, 所以一般它也只用于实验室进行小量的碳酸钙晶须的生产。如要提高它的反应物溶度, 则需要向其中添加外加剂, 此外, 因为此法的反应温度和溶度的不均匀, 容易影响到合成的碳酸钙晶须的长径比和质量。
1.3 尿素水解法
它的基本原理是通过尿素与可溶性钙盐体系发生化学反应, 尿素产生CO2, 可溶性钙盐产生钙离子, 而得到碳酸钙晶须的方法。主要的反应式如下:
许兢等[11]以尿素和无水氯化钙为原料, 在蒸气高压锅中, 恒定高温高压下制备出了大小均匀, 长径比大的单一文石碳酸钙晶须。通过研究发现:尿素水解比较缓慢, 从而使得到碳酸根离子的过程也是缓慢的, 最终比较容易控制碳酸钙晶须的形成。
刘来宝, 张云升[12]利用黄磷炉渣制备白炭黑后的残留废液为钙原, 氯化镁为晶型控制剂, 采用尿素与钙盐体系反应, 也成功获得了碳酸钙晶须。
尿素水解法它有时可以不需要加入外加剂, 制备条件也比较容易控制, 但是因其原料尿素成本较高, 反应是在高温高压的情况下进行的, 能耗高, 危险大, 所以很难形成工业化生产。
1.4 Ca (HCO3) 2热分解法
Ca (HCO3) 2热分解法和碳化法有点类似, 它的基本原理是将纯度较高的石灰石粉末分散于2℃的水中, 然后向其中通入CO2气体, 通过控制反应的温度和二氧化碳气体的流速来制的Ca (HCO3) 2溶液, 然后控制反应的温度, 升温的速率, 搅拌的强度来制的碳酸钙晶须。闫长领, 卢燕等[13]通过这种方法, 在反应温度80~100℃, 反应时间超过50min以上的情况下制的了纯度达99.5%, 长径比约为24的碳酸钙晶须。
与其它方法相比, 这种方法的反应物溶度和温度都比较容易控制, 不需要添加任何晶种或者控制剂, 操作也比较简单。但是, 使用这种方法所制备的碳酸钙晶须的长径比并不是那么理想。
1.5 超重力反应结晶法
浆料的溶度, 气体的流速, 旋转填充转子的转速, 晶型控制剂的添加量, 反应的温度等来获得碳酸钙晶须。朱万诚, 陈建峰等[14]在旋转产生的模拟超重力场中, 以磷酸为晶型控制剂, 以Ca (OH) 2-CO2为反应体系, 反应温度为40~80℃浆料的溶度, 气体的流速, 旋转填充转子的转速, 晶型控制剂的添加量, 反应的温度等来获得碳酸钙晶须。朱万诚, 陈建峰等[14]在旋转产生的模拟超重力场中, 以磷酸为晶型控制剂, 以Ca (OH) 2-CO2为反应体系, 反应温度为40~80℃, 制备出了平均短轴为80~250nm, 长径比为10~25的碳酸钙晶须。研究结果还表明, 超重力环境中所需碳化时间约为文献值的1/36~1/18。
这种方法有一个比较明显的优点, 那就是它的反应时间大大降低了。但是, 它需要一个高速旋转的转子设备, 而且它的长径比也较小。
1.6 磷石膏水热合成法
陈先勇, 唐琴等[15]以废弃的磷石膏为钙源, 尿素为碳酸根的来源, 以柠檬酸钠作为外来添加剂, 采用水热合成法, 成功合成了长度约为50~120μm、长径比为40∶1~100∶1、大小相对均匀的文石型碳酸钙晶须。制备条件为:反应温度120℃、反应时间12h、柠檬酸钠浓度的添加量为2%。
这种方法不仅提供了一种新的利用废弃磷石膏的方法, 而且凸显出了柠檬酸在碳酸钙晶须合成过程中的重要性。更多的是, 通过这种方法, 得到了长度比较长, 长径比比较大, 均匀性非常好的碳酸钙晶须。
1.7 溶胶-凝胶法
溶胶-凝胶法是一种可以制备从零维到三维材料的湿化学制备方法, 它具有许多优点, 如过程简单、对设备价格要求低、反应过程易于控制、产品均匀性好、成纤性能好等。
韩志华、曹林[16]较早使用溶胶-凝胶法成功合成了碳酸钙晶须, 但对于影响碳酸钙晶须的影响因素的研究基本没有。
谢元彦等[17]利用溶胶-凝胶法在水浴温度80℃, 搅拌速度150r/min, 热处理温度700℃和保温2h的条件下, 得到了直径100~150nm, 长约4μm的碳酸钙晶须。研究还表明搅拌速率、恒温水浴温度、热处理温度和时间对碳酸钙晶须形貌均有影响。
刘晶等[18]采用溶胶-凝胶法制得了长约10μm, 直径约1μm, 形貌较好的方解石型碳酸钙晶须, 并研究了其在水泥基复合材料中的应用, 取得较好的效果。
这种方法开辟了一种新的制备碳酸钙晶须的方法, 而且制备的产品具有均匀性好, 长径比大的特点, 但是与其他传统的制备方法相比较, 溶胶-凝胶法需要在700℃的条件下反应, 这就要求对设备的要求比较高。
2 制备方法总结
从以上所介绍的几种制备方法来看, 每种方法都各有各的优缺点。在实际生产中, 我们应该根据产品的实际需要去选择合理的生产途径。从目前工业发展的前景来看, 碳化法、复分解反应法和超重力结晶法具有更多的理论和实用价值。溶胶-凝胶法作为一种新的具有特性的制备方法, 已经引起了研究者们的注意。
3 碳酸钙晶须的开发现状及发展方向
日本在此领域研究较早, 也较为活跃, 在1995年最早实现了文石型碳酸钙晶须的工业化生产, 随后欧美也实现了工业化生产。国内虽然对各形态碳酸钙的工业化生产进行了大力开发, 但在文石晶须碳酸钙方面却显不足, 总体还处在实验室水平[4]。目前, 国内仅有青海、山东、四川成都等少数几个厂家进行了碳酸钙晶须的小批量生产, 远没有形成大规模工业化生产, 总体来看, 国内碳酸钙晶须的工业化开发现状基本上还处于起始阶段。
相比国内工业化开发较为成熟的重钙、轻钙产品, 碳酸钙晶须的开发还有很多工作可做。由于制备碳酸钙晶须的许多方法和工艺与制备轻钙相类似, 我们完全可以利用现有生产碳酸钙的设备加以改造, 创造条件, 使碳酸钙晶须的生产能力得到大大的提高。为了早日促使我国碳酸钙晶须实现大规模工业化生产, 同时缩小与发达国家的差距, 我们应明确今后一段时间内碳酸钙晶须的重点研究方向。
(1) 碳酸钙晶须原料来源广泛、生产工艺简单、绿色无毒、性价比高, 因此探索出一条路线简单、易于实现大规模工业化、操作成本低、效率高的工艺路线具有较强的实践意义。
(2) 在众多研究文石碳酸钙晶须的文献中, 发现对碳酸钙晶须的结构和生长机理研究的不多, 因此跟踪研究文石相碳酸钙晶须生长的过程、分析其生长的各个条件、对其成核和生长的机理进行详细的探讨研究, 将是今后工作的一个重要内容。
(3) 从目前文献来看, 对碳酸钙晶须的表面改性一般为单一改性, 使用复合改性研究的较少, 探索使用传统轻钙和重钙的改性方法对碳酸钙晶须进行表面改性, 确定改性剂的最佳用量以达到最佳的改性效果, 为碳酸钙晶须的表面改性打下坚实的工业化生产基础, 同时开发出新的更好的改性剂也是今后研究的方向。
碳酸饮料 牙齿大敌 篇10
医生经过仔细检查后对毛毛说：“你患上了牙齿酸蚀症!”牙齿酸蚀症?这跟喝碳酸饮料有什么关系?
碳酸饮料是牙齿酸蚀症的元凶
去年，广州一项“大学生牙齿酸蚀症患病情况与影响因素”研究发现294％的大学生患有牙齿酸蚀症；而且调查发现，导致青少年牙齿酸蚀症的最大“元凶”，是频繁、大剂量地喝碳酸饮料，即可乐、雪碧之类。
所谓牙齿酸蚀症，是一种在没有细菌参与的情况下，主要由化学因素引起牙体硬组织软化的慢性、不可逆性疾病。
为什么喝碳酸饮料会引起牙齿酸蚀症呢?这是因为各类品牌碳酸饮料的酸性成份pH值一般在2.2～4.9之间，pH值为7代表中性。而牙齿在酸性成份达到5.5时，就会脱矿，即矿物质晶体被酸溶解。也就是说，当我们碳酸饮料时，饮料中所含的酸性物质，会直接作用于牙齿表层的牙釉质，使其成分发生溶解。牙釉质受到破坏以后，内层的牙本质就会暴露，继而出现怕冷、怕热、发酸等过敏症状。
值得注意的是，青少年的牙齿更容易受到碳酸饮料的伤害。特别是刚刚长出的恒牙，硬组织较薄，矿化度较低，而溶解度高，其抗酸性也比较弱。
牙齿酸蚀症有何伤害
得了牙齿酸蚀症并不是马上表现出牙齿怕冷、怕热、发酸等症状，它的初期可以没有任何症状，因此，多不易引起人们的注意。随后症状才慢慢显现。严重的牙齿酸蚀症会导致前牙结构逐渐变薄甚至折断；或者牙齿表面变得脆弱，像斑块样一片一片地崩碎、掉落，继而出现由浅至深的牙体硬组织缺损，严重者会导致牙齿牙髓暴露甚至牙折(牙体骨折)。
如何预防牙齿酸蚀症
少吃酸性食物要杜绝牙齿酸蚀症的侵袭，不喝或者少喝酸性饮料是最好的办法。但酸性饮料，并不是特指碳酸饮料，大部分饮料其实都呈酸性。比如冰茶、果汁类饮料pH值都在2.36～3.98之间。另外一些酸性水果，如柑橘、苹果等也对牙齿有一定腐蚀作用。
拒绝酸性物品一些pH值较低的药品，如维生素C片剂、补铁剂、阿司匹林和一些治疗哮喘的药物等对于已经患有牙齿酸蚀症的人群，也有弊无利。
用吸管喝酸性饮料当然是不可避免，那么如何减少饮料对牙齿的伤害呢，用吸管吧。通过吸管，饮料会比较少机会跟牙齿接触。
进食防护进食一些酸性食物后，可以食用牛奶、奶酪或咀嚼无糖口香糖，会加速口腔唾液的流速，从而起到缓冲作用，减轻对牙齿的酸蚀。
禁刷牙喝完碳酸饮料或果汁，应该怎么保护牙齿?一般人的思维是刷牙清洁，这只能导致牙齿矿物质流失更快、更严重。因为牙齿刚刚被酸性物质腐蚀，牙表面已经很软了，如果立刻刷牙，牙刷与牙齿的摩擦会带走更多矿物质，使牙齿矿物质流失更快更多。喝完饮料最好的方法还是用清水漱口。如果用含氟的漱口水，对刚受碳酸饮料腐蚀的牙齿也有好处。
碳酸钙渣理化性质与流动性分析 篇11
1 试验原料及试验方法
1.1 试验原料
碳酸钙渣取自贵州某厂,是粉末状颗粒,粒度较细,外观呈浅灰色,有较强的刺鼻性氨味,湿度很大,有明显的结块现象,但块体比较疏松,轻轻挤压就可破碎。将样品充分均化,缩分取样进行试验分析。
1.2 试验方法
1)化学成分的测定:将原料于(105±5)℃烘干至恒重,测试水分含量,将烘干至恒重的样品充分均化,进行后续试验。化学成分按照GB/T19281—2003《碳酸钙分析方法》进行,微量成分采用高频电感耦合等离子发射光谱仪(ICP-AES)进行测定。
2)粒度分布的测定:采用美国贝克曼库尔特公司LS230型激光粒度分布测试仪进行测定。
3)物相组成分析:采用日本理学DMAX-2200型X射线衍射仪进行物相组成分析。
4)微观形貌的分析:采用美国FEI公司生产的QUANTA200型扫描电子显微镜进行颗粒形貌观察。
5)流动性分析:采用丹东市百特仪器有限公司与清华大学粉体技术开发部联合研制的BT-1000型粉体特性测试仪对流动性各项指标进行检测。
2 试验结果与分析
2.1 碳酸钙渣的化学成分
碳酸钙渣样品水分为34.00%,化学成分见表1。
%
从表1可见,碳酸钙渣的主要成分为Ca O,其次为Si O2,两者总和约占总量的54.46%,碱金属元素钾、钠含量都较低。这种化学组成表明碳酸钙渣可部分替代石灰石作为水泥生产原料,但同时也应注意到,磷、硫和氟含量比较高,分别为2.09%、0.43%和0.62%,这对水泥生产工艺过程和产品质量都有一定影响。碳酸钙渣经过850℃高温灼烧后残渣中磷、硫和氟含量分别为2.33%、0.1%和0.8%,相对而言,三者均有不同程度的挥发,可能对废气达标排放造成不利影响。酸性可溶性的磷和氟也可能会对除尘器滤袋及其他设备造成腐蚀。
2.2 碳酸钙渣的粒度分布
碳酸钙渣的粒度分布分析结果见图1,其粒径分布范围在0~120μm之间,平均粒径为16.43μm,90%的颗粒粒径集中在31.80μm以下,50%的颗粒粒径在12.86μm以下,10μm以下颗粒占总量的36.1%。所以,碳酸钙渣粒度很细,使用时无需粉磨处理,有利于其资源化利用。
2.3 碳酸钙渣的物相组成
碳酸钙渣的XRD图谱如图2所示。
由图2可知:碳酸钙渣物相组成主要为Ca CO3、Si O2,另外还有少量(NH4)2SO4。Ca CO3是工艺生产过程的沉淀物,Si O2是生产原料磷石膏中的杂质,(NH4)2SO4是磷石膏与碳酸铵反应的主产品。在使用碳酸钙渣的过程中,应充分考虑杂质相的影响。
2.4 碳酸钙渣的微观形貌分析
将碳酸钙渣用酒精并经超声波充分分散后,置于扫描电镜下观察,结果见图3。从图3a中可以看出,碳酸钙渣颗粒比较细微,呈片状、长条状,也有不规则块状颗粒。大多数颗粒表面并不光滑,进一步放大后(图3b),可看到这些颗粒是由极其细小六方晶颗粒黏结而成,结合XRD分析知,这些颗粒就是方解石型Ca CO3晶体。
2.5 流动性试验
2.5.1 基本原理
流动性测量是基于卡尔(Carr)指数法理论,其方法是先测量粉体的休止角、压缩度、平板角、均齐度、凝集度、崩溃角、差角、分散度等特征参数,参照Carr指数表(见表2和表3),通过用类似模糊数学中综合评分的方法对定性的概念进行指数化,将其各项指数累加,即可得到卡尔指数,得出对流动性和喷流性的综合评价[4,5]。
2.5.2 基本概念
休止角:粉体堆积层的自由表面在静平衡状态下,与水平面形成的最大角度。
崩溃角:给测量休止角的堆积粉体以一定的冲击,使其表面崩溃后圆锥体的底角称为崩溃角。
差角:休止角与崩溃角之差。
平板角:将埋在粉体中的平板向上垂直提起,粉体在平板上的自由表面(斜面)和平板之间的夹角与受到震动后的夹角的平均值称为平板角。
分散度:粉体在空气中分散的难易程度称为分散度,是一定量粉体从一定高度落下后,接料盘外的试样占试样总量的百分比。
压缩度:同一试样的振实密度与松装密度之差与振实密度之比为压缩度。
均齐度:表征散料的粒径和形状的均匀程度,由筛板法确定,均齐度=D60/D10。
凝集度:体现粉体凝聚程度的指标,测定方法是用分析天平称取2.000 0g样品,放在40目、60目和100目套筛上,加盖后放置在电磁振荡器上振荡2min,称量每层筛子上残留的粉体样品。凝集度C按下式计算:
式中:w40、w60和w100分别为40目、60目和100目筛网上残留的粉量。显然,如果2g粉全部残留在40目筛网上,凝集度则为100%;如果2g粉全部通过100目的筛子,凝集度则为零。
流动性指数是休止角、压缩度、平板角和凝集度(或均齐度)4项指数的总和。喷流性指数是流动性指数、崩溃角、差角和分散度4个指数的总和。
2.5.3 流动性测试结果
在流动性指数计算过程中,流动性较大的粗粉选用均齐度来计算,流动性较小的细粉选用凝集度计算[6]。从碳酸钙渣粒度分布特征来看,粒度较细,因此选用凝集度来计算流动性指数。且物料在120μm以下,即全部通过100目(150μm)筛子,所以,凝集度为0。测定结果见表4和表5。
物料的流动性直接影响物料在输送设备内的流动(输送)速度。从流动性指数来看,碳酸钙渣流动性不大好,因此在输运过程中,要防止结拱,需要采取振动等措施促其流动。
粉体的喷流性也称为飞扬性,从喷流性指数来看,碳酸钙渣具有相当强的喷流性,可见这种物料极易产生粉尘,在生产加工过程中应考虑除尘设备,在密封储存时,需要有交叉密封。
3 结论
1)碳酸钙渣主要物相组成为Ca CO3,还有少量Si O2及(NH4)2SO4。从化学分析结果来看,磷、硫、氟含量比较高,钾、钠含量较低。在使用其部分替代石灰石作原料生产水泥的过程中,应注意杂质元素对工艺过程、产品质量和环境的影响及对除尘器布袋等其他设备的腐蚀。
2)碳酸钙渣粒径分布在0~120μm之间,平均粒径为16.43μm,90%的颗粒粒径集中在31.80μm以下10μm以下颗粒占总量的36.1%。扫描电镜观察可见,颗粒呈片状、长条状,也有不规则块状,进一步放大可看到这些颗粒是由极其细小六方方解石型Ca CO3晶体黏结而成,这种粒度和形貌特征决定了碳酸钙渣比表面积大、活性大,有利于其资源化利用。
3)流动性试验表明,碳酸钙渣流动性不大好,喷流性较强,在生产、输运、装卸的过程中应充分考虑其流动特性,既要考虑促流措施,防止结拱,也要做好防尘密封工作。
参考文献
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