1.碳酸钙的形态分类

根据形态，碳酸钙可分为立方体、纺锤形、链状、球形、针状、片状和无定形等。不同形貌的碳酸钙具有不同的性质和应用领域。

立方碳酸钙作为填料，具有增强和增韧聚合物的双重作用，可以改善油墨产品的流变性，增加其透明度和光泽度。

链状碳酸钙可作为塑料制品中的增强增韧剂，提高其力学性能，如改善材料的尺寸稳定性和弯曲强度，以及塑料制品的热性能和加工性能，使塑料制品表面光亮。

球形碳酸钙因其良好的分散性和耐磨性，一般用于牙膏和润滑油。

由于碳酸钙的形态和大小不同，在应用中表现出不同的功能。超细产品和多样化的晶型已成为碳酸钙行业的主要发展趋势。

2.纺锤形碳酸钙的用途

纺锤形超细碳酸钙因其长径比可控，在功能填料和纸张涂布方面具有优异的应用和性价比。

目前，纺锤形碳酸钙在造纸工业中应用最广泛。亚微米纺锤形碳酸钙用作纸张涂布颜料时，能提高纸张的表面光泽度和涂布性能，是一种良好的纸张涂布颜料。

纺锤形碳酸钙也可用于卷烟纸。一般小粒径碳酸钙在纸层形成大孔隙，纸中存在大量针孔。并且容易堵塞纸层的天然孔隙，降低透气性。粒径过大不利于透气性的稳定，会降低透明度。亚微米纺锤形颗粒的平均粒径为2μ；m菊花碳酸钙，具有非常好的光散射性能，可以提高纸张的白度、松厚度和不透明度；由于纺锤形碳酸钙独特的尖端结构，能有效提高纸张填料的留着率，减少纸张压光后不透明度的损失，不影响纸张的强度。

目前，我国生产的普通轻质碳酸钙大多采用2-3 μm的一次粒径m型聚集体以纺锤体形式存在，在应用中只能起到增容作用。

3.纺锤形碳酸钙的生产及研究现状

国内生产纺锤形碳酸钙的主要方法是:在室温下，石灰乳的浓度控制在35%(重量)左右，向反应器中通入30-40%(体积)的CO2混合物进行碳化。碳化过程在室温下进行，由于放热反应，反应器的温度从室温上升到75℃左右。产物的形貌为纺锤形，粒径一般为几微米。由于反应中的温度变化，产物粒径大，粒径分布宽。

在纺锤形碳酸钙的生产过程中，主要通过添加晶体控制剂来控制碳酸钙的形貌和粒径，晶体控制剂主要分为无机添加剂、有机添加剂和晶种。

(1)有机添加剂

蔗糖:美国专利US6294143B1以蔗糖为晶型控制剂，在初始温度为30-75℃，质量分数为10%-20%的石灰乳中加入0.1%-1%的蔗糖，机械搅拌混合，控制蔗糖加入量和初始温度，制成粒径为0.1-3μ；m范围内的纺锤形碳酸钙。

全氟烷基甜菜碱:吉林某公司使用全氟烷基甜菜碱作为控晶剂，可制备长度和直径为1-1.2μ；m，长径比为5的纺锤形碳酸钙。

(2)无机添加剂

六偏磷酸钠:在碳化初始温度为30-35℃，六偏磷酸钠添加量为0.8%-1.2%的条件下，制备出长径比为200-600nm、分散性好的亚微米纺锤形碳酸钙。六偏磷酸钠与氢氧化钙反应生成羟基磷灰石，增加碳酸钙生长过程中空的空间位阻，抑制碳酸钙的生长，增加体系的过饱和度，促进碳酸钙成核。

可溶性锌盐:日本专利JP2000086237A以可溶性锌盐为晶体控制剂，在石灰乳中加入可溶性锌盐，制备出小粒径纺锤形碳酸钙。可溶性锌盐包括氯化锌、硫酸锌、硝酸锌等。碳酸钙的粒径主要由添加剂的用量控制，金属锌的用量应为氢氧化钙质量的0.01%-5%。加入量过低时，无法实现形貌和粒径的控制，加入量过高时，产品团聚严重，不适合实际应用。

(3)其他方法。

设备控制:利用超重力反应器合成超细纺锤形碳酸钙。碳化反应前期主要受二氧化碳吸收控制，后期受Ca(OH)2溶解控制。但这种方法对设备要求高，不利于产业化。

生产控制:在不添加晶体控制剂的情况下，将浓度为60g/L的氢氧化钙悬浮液以18ml/min & middot；g的流量是将Ca(OH)2通入5%的CO2中，进行搅拌碳化反应，温度控制在56-60℃，使平均粒径为1.5 μm。m纺锤形碳酸钙。

4.纺锤形碳酸钙制备的实验研究。

(1)以聚乙二醇为添加剂制备亚微米纺锤形碳酸钙

试验方法:将生石灰加入80℃热水中消化，水灰比为8:1，消化后陈化24小时，然后过200目筛，得到精制石灰乳。将上述石灰乳制成1.0mol/L的Ca(OH)2悬浮液，将600mL悬浮液置于1升反应器中，通过计算加入定量的聚乙二醇(分子量4000)氯化铝，设定初始温度，搅拌15-30分钟后，通入一定比例的CO2和N2混合气体进行碳化反应。当反应体系的pH达到约6.5时，通过连续曝气和碳化15分钟获得产物悬浮液，并停止曝气。

实验结果:以聚乙二醇为晶体控制剂，在碳化初始温度为25-30℃，CO2浓度为20%-33%的条件下，反应前加入2%的聚乙二醇，可以制备出长径为0.6-1.0 μm的纳米颗粒。m，长径比约为4且粒度分布窄的纺锤形碳酸钙。

机理分析:碳化初期，聚乙二醇通过静电匹配吸附在碳酸钙晶核表面，降低了晶核形成的能垒，使产品尺寸变小。在生长阶段，由于聚乙二醇在特定晶面上的吸附，各个晶面的相对生长速度发生变化，从而影响碳酸钙的形貌。

工艺参数分析:初始炭化温度和聚乙二醇用量是主要影响因素。温度过高或过低时，聚乙二醇的晶型控制效果不明显，最佳温度为25℃。当聚乙二醇的量太大时，碳酸钙的形态发生变化。CO2浓度和搅拌速度不仅对形貌和粒径有影响，而且对炭化时间也有很大影响。过高的CO2浓度不利于制备单一形貌的碳酸钙。聚乙二醇是一种表面活性剂，可以显著减少碳化时间。

(2)采用六偏磷酸钠作为晶体控制剂制备纺锤形超细碳酸钙。

试验方法:将生石灰加入85℃的水中，按水与灰的质量比8:1消化生石灰，静置24小时后用75 & mum筛，得到氢氧化钙悬浮液。将悬浮液调至一定浓度，取适量置于1L碳化反应器中，设定初始温度和搅拌速度，通入体积比为1∶2的CO2和N2混合气体，开始碳化反应，当碳化反应达到一定程度时，加入计量的晶型控制剂(以生成的碳酸钙质量分数计)，直至反应体系的pH为6.5-7.0，继续曝气15-20min，停止曝气，碳化反应结束。将沉淀物过滤、干燥、粉碎，得到所需产品。

结果:当碳化反应起始温度为40℃，碳化反应持续时间为15-25分钟时，加入1.5%-2%的六偏磷酸钠，可制得平均粒径为0.7-1.0 μm的产品。m，长径比约为5的单分散纺锤形超细碳酸钙。

机理分析:六偏磷酸钠的加入可以增加碳酸钙的过饱和度，促进晶体成核速率。另一方面可以抑制碳酸钙晶面的生长速度，诱导碳酸钙晶体主要沿C轴生长，提高碳酸钙颗粒间的分散性。

5.观点

中国碳酸钙工业发展迅速。目前，已经形成了广西贺州、河南南召等多个大型碳酸钙产业基地。在碳酸钙生产技术和研究方面取得了许多重大成果。但与欧美、日本等发达国家相比，我国碳酸钙行业存在产品品种少、功能性产品缺乏等问题，高档产品仍需进口。因此，研究和开发具有不同应用性能的碳酸钙产品具有重要意义。在此，我们也呼吁中国碳酸钙企业积极转型发展，研发生产更多高端碳酸钙产品。