在2025年，碳酸镁行业技术不断创新发展，制备高性能碳酸镁产品成为行业关注焦点。三水碳酸镁作为碳酸镁的重要形态，因其特殊结构在众多领域具有广泛应用前景，如何优化其制备工艺并深入探究结晶动力学，对推动碳酸镁行业发展意义重大。

  一、撞击流 - 共沉淀法制备三水碳酸镁的实验设计与理论基础

  采用内径130mm、高度230mm的有机玻璃撞击流反应器，结合进料桶、离心泵等设备组成实验系统制备三水碳酸镁。以六水合氯化镁和无水碳酸钠等为实验药品，运用 Microtrac S3500 型激光粒度分析仪等仪器，通过改变反应物浓度(0.10 - 0.30mol/L)、反应温度(20 - 60℃)、循环撞击流量(300 - 700L/h)和循环撞击时间(20 - 60min)，分析各因素对三水碳酸镁晶体的影响。

  晶体的粒数衡算模型和过饱和度相关理论是实验的重要基础。粒数衡算模型通过产物粒度分布计算粒数密度，进而得到生长速率与成核速率;过饱和度由反应物初始浓度与反应终点浓度差决定，其推动晶体成核与生长，符合 Δ 定律的晶体生长过程有成核速率和生长速率的经验公式，成核相对生长的敏感系数可揭示各因素对三水碳酸镁长径比的影响程度。

  二、各因素对三水碳酸镁晶体生长的影响

  (一)反应物浓度影响晶体结晶度与长径比

  《2025-2030年全球及中国碳酸镁行业市场现状调研及发展前景分析报告》指出，在反应温度 40℃、循环撞击流量 500L/h、循环撞击时间 50min 条件下，改变反应物浓度。0.10 - 0.25mol/L 时，三水碳酸镁衍射峰强度随浓度增加减弱，0.10mol/L 时结晶度最高;0.30mol/L 时，存在少量碱式碳酸镁产物，结晶度差。低浓度下产物晶体长，0.10mol/L 时出现不规则团聚物，0.30mol/L 时晶体破碎。0.25mol/L 时制备的晶体长径比最大，因为低浓度过饱和度小，成核速率小，利于晶核长大;高浓度过饱和度大，浓度过高时成核速率过大，限制晶体生长。

  (二)反应温度影响产物纯度与晶体尺寸

  在反应物浓度 0.25mol/L、循环撞击流量 500L/h、循环撞击时间 50min 条件下，改变反应温度。20 - 50℃产物为三水碳酸镁晶体，50℃时结晶度高;60℃时产物转变为碱式碳酸镁，影响纯度。20 - 50℃晶体为棒状结构，长度随温度升高而增大，50℃时达到最大，长径比为 20，平均长度为 57.3μm。低温时溶液黏性大，限制晶体生长;高温降低溶液黏度，提升溶解度，但过高温度会破坏晶核稳定性。

  (三)循环撞击流量影响晶体完整性与长径比

  在反应物浓度 0.25mol/L、反应温度 40℃、循环撞击时间 50min 条件下，改变循环撞击流量。300 和 400L/h 时体系存在无定形物，500 - 700L/h 时，500L/h 产物结晶度最好。流量从 300L/h 增加至 700L/h，晶体长度先增大后减小，600 和 700L/h 时产物破碎。低流量晶体生长慢，高流量会增加晶体撞击概率，导致折断和二次成核，合适流量有助于提高长径比。

  (四)循环撞击时间影响晶体生长程度与长径比

  在反应物浓度 0.25mol/L、反应温度 40℃、循环撞击流量 500L/h 条件下，改变循环撞击时间。时间延长，三水碳酸镁衍射峰变尖锐，50min 时反应完全，60min 时部分晶体折断。晶体长度随时间增加先增大后减小，50min 时长径比最大，因为循环撞击可使剩余物料充分反应，时间过长则会破坏晶体结构。

  三、三水碳酸镁制备的结晶动力学研究

  运用粒数衡算模型对不同条件下制备的三水碳酸镁结晶动力学参数研究发现，成核速率随反应物浓度增大而增大，随反应温度升高而减小，随循环撞击时间延长而减小，随循环撞击流量增大先减小后增大，500L/h 时出现最低值。生长速率随反应物浓度与循环撞击流量增大先增大后减小，500L/h 时在流量因素下达到峰值 0.142μm/min ;随反应温度增大而增大，50℃时为 0.148μm/min ;随循环撞击时间延长而减小。

  通过对不同反应条件下成核与生长速率数据拟合，得到各因素的成核、生长动力学方程。各因素对晶体生长影响的敏感系数关系为：循环撞击流量变化敏感系数 < 反应温度变化敏感系数 <0< 循环撞击时间变化敏感系数 = 反应物浓度变化敏感系数，表明循环撞击流量和反应温度促进晶体生长，循环撞击时间和反应物浓度抑制晶体生长。

  四、研究总结

  采用撞击流 - 共沉淀法成功制备出纯度高、长径比大的三水碳酸镁晶体。确定最佳工艺条件为反应物浓度 0.25mol/L、反应温度50℃、循环撞击流量 500L/h、循环撞击时间 50min，此条件下制备的晶体长径比为 20，平均长度为 57.3μm。深入研究结晶动力学，明确各因素对成核速率和生长速率的影响规律，以及各因素的成核、生长动力学方程和敏感系数。该研究为碳酸镁行业制备棒状结构晶体提供新思路，丰富共沉淀法制备晶体的结晶动力学理论，对推动 2025 年碳酸镁行业技术发展具有重要意义。