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2023年2月15日发(作者：订婚宴讲话)第３９卷第１１期
２００７年１１月
无机盐工业
ＩＮＯＲＧＡＮＩＣ ＣＨＥＭＩＣＡＬＳ ＩＮＤＵＳＴＲＹ １９
超音速气流粉碎法制备超细碳酸钡的研究术
蔡艳华 ，马冬梅 ，彭汝芳 ，金波 ，楚士晋 ，左金
（１．西南科技大学材料科学与工程学院，四川绵阳６２１０１０；２．中国空气动力与研究发展中心）
摘要：为了实现无溶剂制备及缩短反应时间，研究了在超音速气流下低热固相反应制备碳酸钡。利用超音
速气流粉碎原理使氯化钡和碳酸钠在反应器中摩擦活化，再通过撞击固定靶产生迅速的能量交换而发生化学反
应，成功实现了超音速气流粉碎法制备碳酸钡。应用ＸＲＤ和ＳＥＭ对其产物进行了表征和颗粒尺寸分析，并考察了
反应时间和结晶水对反应的影响。试验结果表明：反应４５ ｍｉｎ原料即可完全转化，制备的碳酸钡颗粒平均尺寸约
１ ｍ，并且发现利用结晶水加快反应速度、提高产物结晶程度是不可行的。
关键词：碳酸钡；超音速气流；ＸＲＤ
中图分类号：ＴＱ１３２．３５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—４９９０（２００７）１１—００１９—０２
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｕｌｔｒａ—－ｆｉｎｅ ｂａｒｉｕｍ ｃａｒｂｏｎａｔｅ ｂｙ ｓｕｐｅｒｓｏｎｉｃ
ａｉｒｓｔｒｅａｍ ｃｏｍｍｉｎｕｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ
Ｃａｉ Ｙａｎｈｕａ ，Ｍａ Ｄｏｎｇｍｅｉ ，Ｐｅｎｇ Ｒｕｆａｎｇ ，Ｊｉｎ Ｂｏ ，Ｃｈｕ Ｓｈｉｊｉｎ ，Ｚｕｏ Ｊｉｎ
（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｍｉａｎｙａｎｇ ６２１０１０。Ｃｈｉｎａ；
２．Ｃｈｉｎａ Ａｅｍｄｙｎａｍｉｃ Ｒｅｓｅａｒｃｈ＆Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｅｎｔｅｒ １
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｓｏｌｖｅｎｔ—ｆｒｅｅ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｏ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ，ｔｈｅ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｂａｒｉｕｍ
ｃａｒｂｏｎａｔｅ ｂｙ ｓｏｌｉｄ ｓｔａｔｅ ｒｅａｃｔｉｏｎ ａｔ ｌｏｗ ｈｅａｔｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ ｕｎｄｅｒ ｓｕｐｅｒｓｏｎｉｃ ａｉｒｓｔｒｅａｍ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔａｋｉｎｇ ａｄｖａｎｔａｇｅ ｏｆ ＳＵ—
ｐｅｒｓｏｎｉｃ ａｉｒｓｔｒｅａｍ ｃｏｍｍｉｎｕｔｉｏｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｔｈｅ ｂａｒｉｕｍ ｃｈｌｏｒｉｄｅ ａｎｄ ｓｏｄｉｕｍ ｃａｒｂｏｎａｔｅ ｗｅｒｅ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｂｙ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｒｅａｃ—
ｔｏｒ．Ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｔｗｏ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｗｏｕｌｄ ｒｅａｃｔ ｅａｃｈ ｏｔｈｅｒ ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｆｕｒｉｏｕｓ ｅｎｅｒｇｙ ｅｘｃｈａｎｇｅ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｂｙ ｓｔｒｉｋｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ ｆｉｘｅｄ ｔａｒ—
ｇｅｔ，ａｎｄ ｔｈｅ ｕｌｔｒａ—ｆｉｎｅ ｂａｒｉｕｍ ｃａｒｂｏｎａｔｅ ｗａｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ ｂｙ ｓｕｐｅｒｓｏｎｉｃ ａｉｒｓｔｒｅａｍ ｃｏｍｍｉｎｕｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ
．Ｔｈｅ ｐｒｏｄ—
ｕｃｔ ｗａｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ｂｙ ＸＲＤ ａｎｄ ＳＥＭ ａｎｄ ｉｔｓ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｓ ｗｅｌ１．Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｆ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ａｎｄ ｃｒｙｓ—
ｔａｌ ｗａｔｅｒ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｒａｗ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｃａｎ ｂｅ ｔｏｔａｌｌｙ ｃｏｎｖｅｒｓｅｄ ｗｈｅｎ
ｒｅａｃｔｅｄ ｆｏｒ ４５ ｍｉｎ；ａｎｄ ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ｓｉｚｅ ｏｆ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂａｒｉｕｍ ｃａｒｂｏｎａｔｅ ｗａｓ １ ｐ．ｍ．Ｉｔ ａｌｓｏ ｄｉｓｃｏｖｅｒｅｄ ｔｈａｔ ｃｒｙｓｔａｌ ｗａｔｅｒ ｗａｓ ｎｏｔ
ｆｅａｓｉｂｌｅ ｆｏｒ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｔｈｅ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｂａｒｉｕｍ ｃａｒｂｏｎａｔｅ；ｓｕｐｅｒｓｏｎｉｃ ａｉｒｓｔｒｅａｍ；ＸＲＤ
目前，制备碳酸钡的方法主要有碳化法、纯碱
法、毒重石转化法以及复分解法 。笔者研究利用
超音速气流粉碎法制备超细碳酸钡，这对探讨碳酸
钡的制备工艺具有重要意义。
１ 实验部分
１．１主要原料和仪器
氯化钡和碳酸钠均为分析纯。反应发生器，自
行设计研制（图１）；Ｘ射线衍射仪（ＸＲＤ），日本理学
Ｄ／ｍａｘ—ＲＢ型，ｃｕ靶辐射，管电压３５ ｋＶ，管电流
６０ ｍＡ，扫描速度８（。）／ｍｉｎ，步宽０．０２。；台式扫描
电子显微镜（ＳＥＭ），ＴＭ１０００。
基金项目：四川省科技厅重点攻关项目（２００６Ｚ０２—０２５）。
１一加料口；２一排气口；３一循环收集器；
４一喷气口；５一三通球阀；６～出料口；７一反应器
图１反应装置示意图
１．２实验方法
１．２．１碳酸钡的制备 ．
将粒径小于２００ ｍ的氯化钡和碳酸钠按物质
的量比１：１均匀混合，使其以３倍音速在反应器固
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２０ 无机盐工业 第３９卷第１１期
定靶上高速碰撞反应，并在反应发生器中循环反应
一段时间。将混合物用蒸馏水充分洗涤３次，再用
无水乙醇洗涤２次，干燥，即获得超细碳酸钡。
１．２．２产品测试
ＴＭ１０００台式扫描电子显微镜观察颗粒的大小
和形貌；ＸＲＤ进行定性分析。
２结果与讨论
２．１产品的ＸＲＤ和ＳＥＭ分析
图２为制备的碳酸钡的ＸＲＤ图。由图２可见，
碳酸钡的衍射峰位置与标准粉末衍射卡片（ＰＤＦ＝
４５—１４７１）一致；产品的尖锐的特征衍射峰、很窄的
半高宽，说明产品结晶程度较好，但粒径较大。这与
扫描电镜中的粒子基本相符。从碳酸钡的扫描电镜
（图３）可知，碳酸钡颗粒的平均尺寸约１ ｍ，粒子
形貌不一，但存在小颗粒成长为大颗粒的现象，说明
颗粒之间存在团聚现象。这种团聚可能是由于颗粒
间的范德华力和库仑力所致，用化学法或机械力法
很容易分散开。此团聚与固相反应制备目标化合物
存在的团聚现象一致 。
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图２碳酸钡的ＸＲＤ图 图３碳酸钡的ＳＥＭ图
２．２反应时间的影响
图４是用无水氯化钡和碳酸钠反应不同时间的
ＸＲＤ图。由图４可知，反应１５ ｍｉｎ已有碳酸钡生
成，但明显存在原料的衍射峰，说明反应已经发生但
很不充分。反应３０ ｍｉｎ时的衍射图谱与１５ ｍｉｎ时
的图谱基本一致，表明原料只有较少的一部分发生
反应，大部分仍处于活化阶段。从４５ ｍｉｎ的衍射图
谱来看，已无原料衍射峰出现，并且产物衍射峰相对
强度最大，说明反应基本结束。反应６０ ｍｉｎ时的谱
线与４５ ｍｉｎ时的谱线基本一致，只是产物的衍射峰
相对强度急剧减小，这可能是由于反应完成后仍在
进行摩擦撞击，在一定程度上可能影响了产物的结
晶程度。根据ＸＲＤ图谱分析，反应４５ ｍｉｎ原料即
可完全转化，并且结晶程度最好。
２．３结晶水的影响
图５为用二水氯化钡和碳酸钠反应不同时问的
ＸＲＤ图。由图５可知，结晶水并未使反应速度加
快，也未使产物结晶程度提高，与文献 报道的结
晶水能在反应物表面形成一层液膜从而加快反应速
度不太一致。出现这种现象可能的原因是：反应环
境低于０℃，撞靶前极短时间的摩擦不至于脱掉反
应物本身所带的结晶水；撞靶产生的巨大能量使得
结晶水脱掉并随高速气流一道离开反应腔，未在反
应物表面形成一层液膜。但是在反应４５ ｍｉｎ后，也
未出现原料特征衍射峰，说明反应已基本完成，并且
此时产物对应的衍射峰相对强度最大。由上述分析
可知，利用结晶水加快反应速度、提高产物结晶程度
是不可行的。
＼
醴
蛮
Ａ—ＢａＣ０３；Ｂ—ＮａＣｌ；Ｃ—ＢａＣｌ２；Ｄ—Ｎ ２ ＣＯ３
ａ—ｌ５ ｒａｉｎ．ｂ一３０ ｍｉｎ；ｃ—４５ ｒａｉｎ；ｄ—６０ ｒａｉｎ
图４ 无水氯化钡与碳酸钠 图５ 二水氯化钡和碳酸钠
不同反应时间的ＸＲＤ图 不同反应时间的ＸＲＤ图
３ 结论
超音速气流粉碎法成功实现了碳酸钡的制备，
方法原理可行。反应４５ ｍｉｎ，原料即可完全转化，制
备的碳酸钡颗粒平均尺寸约１ ｍ，并且发现利用结
晶水加快反应速度、提高产物结晶程度是不可行的。
超音速气流粉碎大多用于物理粉碎，应用气流粉碎
法进行化学研究还有待进一步完善。
参考文献：
［１］李建忠，袁伟．碳酸钡的应用及制备［Ｊ］．陕西化工，２０００（１）：
６—９．
［２］ 王疆瑛，贾殿赠，陶明德．固相配位化学反应法合成ＺｎＯ纳米
粉体［Ｊ］．功能材料，１９９８，２９（６）：５９８—５９９．
［３］ 曾贵玉，聂福德，刘晓东，等．气流粉碎法制备超细硅酸钙粒子
的研究［Ｊ］．材料科学与工程，２００１，１９（４）：８０—８３．
［４］刘志强，李小斌，彭志宏，等．湿化学法制备超细粉末过程中的
团聚机理及消除方法［Ｊ］．化学通报，１９９９（７）：５４—５７．
［５］ 王国平，石晓波，汪德先．室温固相反应制备纳米氧化锌［Ｊ］．
合肥 Ｉ 大学学报（自然科学版）．２００２．２５（１）：３２—３５．
收稿日期：２００７—０６—１３
作者简介：蔡艳华（１９８２一），男，硕士研究生，研究方向为固相反
应，已发表论文３篇。
联系方式：ｃａｌｙｈ６５１＠１６３．ｃｏｍ
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