轻质碳酸钙是一种重要的新型无机化工产品,通常具有方解石、文石和球霰石三种晶型,相应的粒子形貌为纺锤形、针状和球形,在一定的条件下,三种晶型可以相互转化。在工业碳化法制备轻质碳酸钙的过程中,循环水中的杂质离子(如Mg2+、Al3+)会由于长时间的积聚而影响碳酸钙晶体的成核和结晶过程,导致产品的形貌和晶型不均一。因此,研究杂质离子对轻质碳酸钙制备的影响规律及有效的消除方法,具有较强的理论研究意义和工业应用前景。本文采用间歇鼓泡碳化法制备轻质碳酸钙,以氯化镁和氯化铝作为杂质离子的来源,模拟研究了不同碳化参数下Mg2+及Al3+对轻质碳酸钙形貌、晶型及粒径大小分布的影响规律。研究结果表明:Mg2+浓度升高,会促进棒状文石的形成,但其影响程度还取决于生浆溶液浓度和碳化温度的高低。当碳化温度为80℃,生浆液浓度为0.325mol/L时,开始生成文石的临界Mg/Ca摩尔比为0.6;在不同碳化温度下,当Al/Ca摩尔比在0.15以下时,Al3+对碳酸钙晶型不产生影响,均为方解石,但会影响其粒子的形貌和粒径。在此基础上,考察了糖类、醇类、有机酸类、络合剂类、盐类、有机聚合物类、表面活性剂类晶型导向剂消除Mg2+影响的作用效果,并对有效晶型导向剂的添加量进行了优化。研究结果表明:晶型导向剂的种类、分子结构及所带官能团是决定其能否消除Mg2+影响的重要因素之一。单糖、直链有机羧酸、络合剂、具有螯合性的盐、酸性低分子量共聚物以及阴离子型、氨基酸型和某些两性离子表面活性剂,可以较好地消除Mg2+的影响,得到形貌和晶型均一、粒径大小分布均匀的方解石型碳酸钙产品。通过添加量优化实验,确定葡萄糖、EDTA-2Na、柠檬酸和多聚磷酸钠四种晶型导向剂的适宜添加量均为1.5wt%。最后,探讨了Mg2+对轻质碳酸钙制备的影响机理以及晶型导向剂消除其影响的作用机理。在碳化过程的不同阶段取样,通过XRD、FE-SEM及FT-IR等分析方法对取样物进行表征分析,结果表明:Mg2+对碳酸钙的影响机理源于其通过水解产生Mg(OH)2降低溶液的过饱和度而促进文石相的快速成核和其在方解石及文石晶核表面的吸附作用;葡萄糖消除Mg2+影响的机理源于其分子上的羟基与Ca2+之间的静电相互作用和葡萄糖分子在方解石晶核表面的吸附作用;EDTA-2Na和多聚磷酸钠消除Mg2+影响的机理均在于其强大的络合性;而柠檬酸则主要是通过两个途径调控方解石碳酸钙的成核和生长:一是柠檬酸与Ca2+之间发生螯合作用,促进方解石的大量成核;二是柠檬酸吸附在方解石晶核表面,抑制其生长。在整个碳化过程中,柠檬酸没有直接与Mg2+产生作用。