以石灰石为原料，利用HNO3酸解和Ca(OH)2沉淀除杂精制得到Ca(NO3)2溶液，在氨氛围下采用CO2碳化法制备食品级球霰石型碳酸钙。探讨了碳化工艺参数对碳酸钙晶型调控的影响，并利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪以及傅里叶变换红外光谱仪对产物进行表征，提出了NH+4和NH2COO-共同作用调控球霰石晶型生成的机理。结果表明，氨氛围有助于球霰石的稳定成核。当NH3·H2O浓度为13%(质量分数)、CO2流量为05 L/min、反应温度为25 ℃、反应时间为25 min时，制得2~5 μm的单一相球霰石碳酸钙微球，产物的纯度达到995%(质量分数)，质量符合《食品安全国家标准 食品添加剂 碳酸钙》要求。本研究可为石灰石的高值化利用和亚稳态球霰石型碳酸钙的制备提供理论基础。

为了高附加值利用电石渣以及封存CO2，以电石渣为原料，使用多种添加剂，常压制备了球状球霰石。利用粉末X射线衍射仪、扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪等考察了添加剂种类、反应温度、电石渣中杂质、反应体系对合成CaCO3中球霰石的影响。结果表明，甘氨酸和丝氨酸对诱导生成球霰石的效果显著，反应温度的增加不利于球霰石的生成，电石渣中的杂质Al2O3和SiO2可以诱导Ca(OH)2矿化CO2体系形成方解石。不同反应体系会影响所制备球霰石的晶体大小，电石渣-CO2体系制备的晶体尺寸最小。在15 ℃的电石渣-CO2反应体系中，通过添加甘氨酸可以制备单分散的表面有粗糙突起的球霰石型CaCO3。以上研究结果为利用电石渣等碱性工业废渣制备高附加值球霰石，同时安全有效封存大量CO2温室气体提供了一种简便方法。

实际生产中碳酸钙块体材料制备难度极大, 用人工方法制造碳酸钙往往只能得到微米级粉末。本文以珊瑚粉与球霰石型碳酸钙为原材料, 采用压制成型, 利用珊瑚粉的晶核效应调控球霰石向针棒状文石型碳酸钙转变, 通过针棒状文石相互穿插、搭接形成三维空间结构, 制备出性能良好的碳酸钙水泥。研究珊瑚粉对碳酸钙水泥凝结硬化过程、强度的影响, 系统分析碳酸钙水泥硬化体的物相组成、微观形貌、孔隙结构等微观结构特征。结果表明, 碳酸钙水泥的硬化与球霰石向文石的转化过程直接相关。珊瑚粉含量为40%(质量分数)时, 碳酸钙水泥力学性能最优, 其2、6 h抗压强度分别可达27、33 MPa。珊瑚粉的掺入能够诱导球霰石向文石转化, 抑制了球霰石向热力学最稳定的方解石转化, 并降低最可几孔径, 减少更有害孔隙。

球霰石型碳酸钙具有独特的物理、化学、生物和机械特性, 在日用、生物医药和新材料等领域极具应用前景。然而, 球霰石型碳酸钙是碳酸钙三种无水晶体中热力学性能最不稳定的一种, 极易转换为文石型或方解石型碳酸钙, 尤其是在潮湿环境或者水溶液中, 这就导致球霰石型碳酸钙在生产、加工和应用方面存在诸多困难。因此, 球霰石型碳酸钙的稳定制备一直是碳酸钙领域的热点之一。本文综述了近些年来有关球霰石型碳酸钙的稳定调控制备方法, 包括碳化法、复分解法、生物矿化法、模板法等, 并将这些方法按照制备原理和实施工艺进行了分类归纳, 阐述了它们的优缺点及应用前景, 分析了在调控制备过程中各项因素的影响规律, 旨在为实现工业上球霰石型碳酸钙的稳定制备提供理论参考。

鱼耳石是存在于硬骨鱼内耳中的功能性沉积体，主要由碳酸钙和有机质构成，是一种典型的天然生物矿物。鱼的内耳中共有微耳石、星耳石、矢耳石各1对。利用FTIR光谱和Raman光谱对实验室中养殖锦鲤的星耳石和微耳石进行了对比分析，结果表明微耳石的矿物相为文石，而星耳石的矿物相则为球文石，微耳石中纯文石和星耳石中纯球文石的各自独立存在为文石/球文石的矿化机理研究提供了十分优异的天然样品。分别将其与无机和生物成因的文石、球文石的Raman及FTIR图谱进行比较，发现微耳石的FTIR和Raman图谱特征介于无机成因文石和其他生物成因文石之间，而星耳石的FTIR和Raman图谱特征则与其他生物成因的球文石更为接近，这可能是由于有机物参与了生物矿化过程并起到了稳定介稳相的球文石的结果。