水合碳酸镁是一种重要的化工原料或产品,其结晶生长是制备过程中最基本、最重要的环节。本文旨在通过对水合碳酸镁结晶生长过程的系统研究,完善水合碳酸镁反应结晶过程控制手段和机制,为工业化提供理论指导和技术支持。主要内容归纳如下：实验研究了水合碳酸镁热力学性质。无定形亚稳态是由40～100nm的纳米级颗粒聚集而成,是包含细小晶粒和非晶态的具有网络组织结构的复杂物相,其组成可表示为xMgCO3·Mg(OH)2-yH2O。无定形碳酸镁具有“动态溶解”性质,反应物将不断转化为无定形物继而形成稳定晶体。采用简化方程、经验模型和BP神经网络拟合和预测溶解度,三者各有优缺点。实验表明,水合碳酸镁溶解度均随温度升高而降低,在NaCl溶液中溶解度显著提高。系统研究了结晶工艺参数对无定形亚稳态晶型转化的影响。研究表明,无定形亚稳态碳酸镁既可以向三水碳酸镁转变也可以向碱式碳酸镁转变,工艺参数的改变可以使结晶过程发生热力学和动力学控制结晶路径的转换。转化过程遵循颗粒介导机理,无定形纳米粒子充当了生长单元的角色。建立无定形亚稳态碳酸镁结晶动力学模型,利用XRD测定转化率。实验得到无定形物结晶活化能为31.70kJ·mol-1。采用BP神经网络模拟结晶工艺条件与产品粒度的关系,有效补充了结晶模型在对产品尺寸描述上的不足。从成核、生长、二次过程和外场强化四个层次研究了三水碳酸镁结晶生长调控。1)诱导期和无定形物转变时间受温度、浓度和晶种影响。在此基础上,提出搅拌一陈化合成工艺,通过对搅拌时间的控制,达到将成核与生长阶段分离的目的,合成出尺寸可控、形态良好的三水碳酸镁微棒。2)在SDS存在下,合成出平均长度为87～180μm、长径比为18～45的三水碳酸镁晶须。SDS在晶体或无定形纳米颗粒表面的物理吸附,促使三水碳酸镁发生定向生长,形成晶须。3)实验采用FBRM和形貌分析考察了三水碳酸镁的二次过程。结果表明,MgCl2对其聚结过程具有促进作用,聚结使颗粒形成束状形貌。4)采用超声场强化三水碳酸镁结晶。反应结晶的不同阶段引入超声所产生的效果不同；集中的超声作用更有利于晶体成核,增大颗粒尺寸,而持续作用促进二次成核,减小颗粒尺寸。实验考察了三水碳酸镁相转移合成碱式碳酸镁过程及动力学。三水碳酸镁分解后可能再度形成无定形物,并经由颗粒介导途径转化为碱式碳酸镁。相转移过程为：三水碳酸镁溶解→无定形纳米颗粒形成→碱式碳酸镁结晶。温度升高、前驱物尺寸减小和电解质溶液都可以加快相转移速率。较小尺寸前驱物热解得到花状颗粒,较大尺寸前驱物热解则得到中空管状颗粒。静态环境热解产物为多孔玫瑰花状微球,局部过饱和导致了微球的形成。通过分析固相中MgO含量估测热解过程转化率,对无定形亚稳态结晶模型参数重新定义,可以很好描述相转移动力学过程,测得相转移活化能为66.24kJ.mo1-1。本文还研究了碱式碳酸镁生长过程调控。首次在SDS辅助作用下,低温(<55℃)合成得到碱式碳酸镁微球。SDS的加入可以有效抑制无定形纳米颗粒向三水碳酸镁生长,使其直接向碱式碳酸镁转变。在较高温度下(>60℃)采用搅拌—陈化法,通过控制搅拌时间,得到了尺寸可控、形态良好的碱式碳酸镁微球;微球的微观形貌取决于晶种数量和无定形生长物质之间的分配比例。本文还利用微波场强化碱式碳酸镁合成,实验结果表明微波场可以强化反应进程,促进初始纳米颗粒的组装,但微波没有改变产物晶习。