Cacbonat hoá sữa vôi

Phản ứng tổng quát xẩy ra khi cacbonat hoá sữa vôi bằng khí CO2 hoặc hỗn hợp khí thải lò vôi, lò đốt chứa khí CO2 như sau:

Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3↓+ 2H2O (1.23)

Phản ứng này là phản ứng toả nhiệt. Hiệu ứng nhiệt của phản ứng được xác định như sau [2]:

H = {(-1206) + (-285,84)}- {(-16,25) +(-986,2) + (-412,92)} = -76,47 kJ/mol hay -18,35 kcal/mol.

Trong đó:

- 1206 kJ/mol là nhiệt tạo thành CaCO3

- 986,2 kJ/mol là nhiệt tạo thành của Ca(OH)2 - 6,25 kJ/mol là nhiệt hoà tan của Ca(OH)2

- 412,92 kJ/mol là tổng nhiệt tạo thành và nhiệt hoà tan của CO2

Phản ứng trên đây là phản ứng có pha rắn là Ca(OH)2, pha khí là CO2 và pha lỏng là nước, đóng vai trò là môi trường của phản ứng. Có thể coi các giai đoạn của phản ứng xảy ra như sau

- Canxi hyđroxit hoà tan trong nước để tạo thành dịch với cân bằng hoà tan sau Ca(OH)2 Ca2+ + 2OH- (1.24)

- Khí CO2 hoà tan trong dung dịch với cân bằng sau

3H2O + CO2 CO32- + 2H3O+ (1.25) Phản ứng xảy ra giữa cation Ca2+

và anion CO32_ trong dung dịch để tạo thành kết tủa CaCO3

Ca2+ + CO32- CaCO3 (1.26) Phản ứng giữa H3O+ và OH- để tạo ra nước

H3O+ + OH- 2H2O (1.27) Độ tan của Ca(OH)2 trong nước (tính bằng số gam chất rắn khan trên 100g nước) ở các nhiệt độ khác nhau được đưa ra trên bảng 1.5

Bảng 1.5: Độ tan của Ca(OH)2, trong nước (tính theo số gam Ca(OH)2, khan trong 100 gam nước) ở các nhiệt độ khác nhau [2,7].

T, 0C 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Độ tan, g

Ca(OH)2/100g nước

0.185 0.176 0.165 0.153 0.141 0.128 0.116 0.106 0.094 0.085 0.077

Canxi cacbonat tạo thành trong quá trình cacbonat hoá có thể tồn tại ở các dạng hạt có cấu trúc tinh thể khác nhau, kích thước khác nhau tuỳ thuộc vào điều kiện phản ứng. V.R.Kharin và A.V.Coxovseva [2] đã xác định các dạng tinh thể

NPCC được tạo thành ở các điều kiện khác nhau bằng kính hiển vi điện tử. Kết quả cho thấy:

- Canxi cacbonat được tạo thành trong quá trình cacbonat hoá ở nhiệt độ 20oC có dạng tinh thể canxit.

- Canxi cacbonat được tạo thành quá trình cacbonat hoá ở nhiệt độ 40oC gồm 2 dạng tinh thể là canxit và vaterit.

- Canxi cacbonat được tạo thành trong quá trình cacbonat hoá ở nhiệt độ 600C và 800C gồm 3 dạng tinh thể: canxit, micacbonat và aragonit.

Kết quả nay cũng phù hợp với các kết quả nghiên cứu của tác giả Nhật [6]. Tinh thể canxit có dạng hình hộp mặt thoi. Tinh thể micacbonat dạng tấm mỏng, mặt lục giác. Tinh thể aragonit hình kim. Tinh thể vaterit dạng hình cầu.

Tuy vậy một số kết quả nghiên cứu của Parket G.D lại thấy PCC có thể kết tủa dạng aragonit ở 30oC. Còn Wray J.L. lại thông báo PCC có thể kết tủa ở dạng aragonit ở dưới 35oC, trong khi dạng canxit có thể xuất hiện ở nhiệt độ thấp hơn.

Các kết quả nghiên cứu của R. M. Morris cho thấy, nhiệt độ của quá trình cacbonat hoá có tác động quan trọng đến hình dạng tinh thể của sản phẩm PCC, nhưng không ảnh hưởng quyết định đến bề mặt của sản phẩm.

Trừ một số trường hợp đặc biệt, người ta có thể điều khiển được quá trình kết tủa PCC nhằm tạo ra được các dạng tinh thể mong muốn, thoả mãn các yêu cầu riêng của chất độn trong các lĩnh vực khác nhau. Ví dụ, tinh thể dạng tấm thích hợp cho việc sử dụng làm chất độn trong chất dẻo để tạo nên ánh kim ở bề mặt của chất dẻo,... Tuy vậy, người ta thường nghiên cứu các điều kiện kết tủa nhằm thu được sản phẩm PCC có bề mặt riêng lớn nhất hay kích thước tinh thể nhỏ nhất. Kích thước tinh thể nhỏ, bề mặt riêng lớn là đặc trưng quan trọng nhất của sản phẩm PCC sử dụng làm chất độn nhằm, với một lượng chất độn nhất định, có thể phân tán đồng đều trong toàn bộ khối vật liệu độn, và bề mặt liên kết của chất độn với vật liệu là lớn nhất.

Người ta đã nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố đến bề mặt cuả PCC trong quá trình cacbonat hoá như: nhiệt độ cacbonat hoá, nồng độ sữa vôi, tốc độ sục khí

CO2, tốc độ khuấy trộn huyền phù, nguyên liệu đá vôi, điều kiện nung vôi, tôi vôi, mầm kết tinh cũng như ảnh hưởng của các chất phụ gia vô cơ và hữu cơ và một số các yếu tố khác. Trong đề tài này chúng tôi tập chung nghiên cứu các yếu tố có ảnh hưởng nhiều tới kích thước,diện tích bề mặt của sản phẩm PCC đó là ảnh hưởng của sự có mặt của các chất hoạt động bề mặt glucose và sacarose, nồng độ huyền phù Ca(OH)2, tốc độ sục khí.