范晓宇，葛 敬，朱家骅，夏素兰

（四川大学 化学工程学院，四川 成都 610065）

0 引言

在氨介质下，低浓度二氧化碳直接矿化磷石膏联产碳酸钙的一步法工艺同时解决当前二氧化碳减排与磷石膏回收利用两大热点问题［1］。反应方程式如下：

该过程可看作CaSO4·2H2O溶解过程与CO2（g）-NH3（aq）-Ca2+（aq）反应结晶过程的耦合。有学者［2］提出二水硫酸钙的溶解会受到碳酸钙晶体包覆的影响。为避免该情况，本研究以氯化钙为钙源考察碳酸钙晶体生长情况。

目前，对CO2（g）-NH3（aq）-Ca2+（aq）两相反应过程中碳酸钙晶体生长动力学模型的研究较少，且已有研究绝大部分是该体系下反应和操作条件对碳酸钙晶体形貌的影响研究［3-5］。笔者选择间歇动态法对碳酸钙晶体生长动力学进行理论研究和实验检测，采用种群平衡方程及矩量变化法建立结晶生长动力学模型，并基于实验数据回归得到296.15 ～323.15 K 下的反应速率常数与晶体生长动力学指数，拟合得到CO2（g）-NH3（aq）-Ca2+（aq）两相反应的活化能，同时分析碳酸钙晶体生长过程的控制因素。期望研究结果为碳酸钙晶体生长动力学模型的研究提供参考。

1 碳酸钙晶体生长动力学模型的建立

2 实验部分

CO2（g）-NH3（aq）-Ca2+（aq）两相结晶反应体系中，钙源选用固体二水氯化钙（分析纯），NH3（aq）选用氨水（w（NH3）28%，分析纯）。反应装置见图1。

图1 实验装置

首先，在玻璃夹套结晶反应器中加入去离子水1.4 L、氨水100 mL及二水氯化钙0.36 mol，及时封闭反应器，设定搅拌转速600 r/min、温度（296.15 ±0.5）K；待反应器中溶液温度维持在目标温度3 min不变后，打开气路闸阀，按245 mL/min 流量通入CO2，并开始计时；……