碳酸氢钠结晶动力学及应用研究

马艳辉

摘要：碳酸氢钠不管是在生产工业，还是在医药化学方面都广泛应用。碳化塔内的碳酸氢钠结晶动力学和碳酸氢钠调控五水碳酸镁的合成，都是我们探究碳酸氢钠结晶动力学的典型事例。本文主要论述碳化塔内碳酸氢钠结晶动力学以及在此基础上磁场对碳酸氢钠结晶动力学的影响。利用碳酸氢钠结晶动力学的结晶过程，最后生成五水碳酸镁。碳酸氢钠结晶动力学及应用研究是需要我们不断探索，不断探究的重大方向。

关键词：碳酸氢钠；结晶动力学；应用研究

前言：

在各行各业和日常生活中，纯碱是重要的基本的工业原料。在大规模制碱生产中，一定要经过碳酸化过程。碳酸化反应是在碳化塔中进行的。许多研究者一致认为碳酸化过程是纯碱过程中的核心部分，它对纯碱生产的产量、质量、消耗、成本和生产的顺利进行起着关键性作用。所以一直以来，许多研究者对碳化过程进行大量实验和研究，来解决碳酸氢钠结晶动力学的奥秘，来不断扩大碳酸氢钠结晶的应用研究。

1、碳酸氢钠结晶动力学

科学家研究碳酸氢钠结晶是一个非常复杂的过程，其中包括吸热、传热、化学反应，最后一步才能到结晶，所以结晶基础理论无法得到完善，对碳酸氢钠结晶动力学的研究发展停滞不前，为了在制碱工业上有所发展，许多科学家在碳化塔中研究碳酸氢钠结晶动力学，并建立结晶动力学机理和模型。

科学家认为结晶在碳化塔中结晶出现在晶析点的位置之前，这属于初级成核，在晶析点，后初级成核和二次成核共存，且在晶析点到水箱段这一段，初级成核占主导，在水箱到塔出口段，二次成核占主导，且初级成核形成的晶体形状规则，形状像纺锤体形。二次成核形成的是不规则的碎片型。外国科学家提出成核动力学，是在纯水溶液中形成的。且许多试验表明，影响结晶动力学的因素有很多，初级成核和二次成核的速率与饱和度有关，所以受介稳区宽度的限制，且介稳区宽度要受溶液中其他物质、冷却速度、流体力学的条件所影响。随着溶质的增多，一方面：溶度系数的变化，对碳酸氢钠溶解度有着很大影响；另一方面：溶液粘度增加，都会使晶核生成变得更加困难。当晶核初步形成时，可以见到大量细长的纺锤形晶体，形成长度约为10到30纳米，最宽处约1到3纳米。细长的纺锤形晶体稍长大后，两头变钝，成为长条型晶核。在以后的长大过程中，宽度方向长大速度很快，而长度方向相对比较缓慢，以致这时的晶体形状成为长宽相近的“方型”或“啤酒桶形”。至此，晶体结晶生成，这个过程是碳酸氢钠结晶动力學研究的主要过程。

2、碳酸氢钠的应用研究。

碳酸氢钠除了在制碱工业上有很大作用，还在五水碳酸镁合成工艺上有很大用处。在碳酸氢钠调控下，通过氯化镁和碳酸钠反应，结晶生成五水碳酸镁。利用一些技术研究工艺参数，对晶体过程和产物的影响，分析表明加入碳酸氢钠促进了结晶动力学，有利于五水碳酸镁晶体的形成，并产生进行调控的协调效果。这种工艺参数的改变，将使得晶体过程发生热力学和动力学控制的转换，影响结晶产物的晶体形状和体型。

碳酸氢钠利用结晶动力学应用非常广泛，在不同温度下对加入不同量的碳酸氢钠产生的影响不同。专业人士做了大量研究实验，加入不同量的碳酸氢钠产物也不同。对于五水碳酸镁的合成，没有加入碳酸钠时，产物为棱柱状和棒状晶体混合物，加入碳酸氢钠时，只得到棱柱状颗粒，再加入大量碳酸氢钠时，主要生成单个表面光滑，形态大小规则的棱柱状晶体，这些颗粒的大小不一，是由棱柱状颗粒聚结形成，这时产生的晶体便于在显微镜下观察。通过合理的控制这些晶体结晶速度，使产物晶型有选择性，使结晶过程受热力学控制小于动力学控制，从而得到较为纯净的五水碳酸镁。

利用碳酸氢钠的结晶动力学在制碱工业上制碱是非常重要的一个过程，晶体结晶是在碳化塔中进行的，碳化塔中铵盐水不含低饱和溶解度的碳酸氢钠，碳酸氢钠是靠吸收二氧化碳反应生成，并在晶析点之前没有观察到任何晶体。在晶析点以前形成的核属于初级成核，没有晶体生长。这时，氨水水解速度会随着二氧化碳的变化速度改变，二氧化碳反应速率越快，晶体结晶的速率越快，制碱的速度越快。

随着科学家的不断研究，科学家在对新型碳化塔碳酸氢钠结晶动力学研究的基础上，进一步探讨了磁场对结晶动力学的影响。利用磁处理技术对碳酸氢钠溶液结晶进行研究，在找到静态最佳工作状态的基础上，我们将永磁铁放于新型碳化塔中，发现磁场强度对结晶过程的影响成周期性变化，并不是磁场强度越强越好，磁场强度越强，反而使碳酸氢钠结晶过程结晶的生长速率减小，成核速率增大。所以，磁场也是对碳酸氢钠结晶动力学有很大的益处。

3、结束语

随着我国科技的飞速发展，科学技术的不断更新，更多的科学家在不断的发展碳酸氢钠结晶动力学领域。碳酸氢钠结晶动力学的应用广泛，有利于工业发展和化工产业的进步，我们可以应用碳酸氢钠结晶动力学，在制碱工业和制取五水碳酸镁的时候更加容易，更加方便。利用结晶动力在一些工业领域和其他领域方面进行生产，更加节省时间，节省原料，节约财力物力，更大程度上提高了产品质量，更方便、更快捷地利用这一原理发展工业产业。

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