高濃度碳化生產球形納米碳酸鈣的方法

2023-05-11 18:34:36 1

專利名稱：高濃度碳化生產球形納米碳酸鈣的方法
技術領域：
本發明涉及一種納米碳酸鈣的製備方法，特別是一種高濃度碳化生產球形納米碳酸鈣的方法。
背景技術：
近幾年來，隨著納米科技的迅速發展，納米碳酸鈣作為一種優質填充和改性材料被廣泛應用於橡膠、塑料、醫藥、塗料、油墨、化妝品、造紙等眾多行業，目前，國內通行的納米碳酸鈣工業製備方法是碳化法將石灰石與白煤按一定比例混配後，經高溫煅燒、水消化、二氧化碳碳化，再經脫水、乾燥、解聚、篩分製得納米碳酸鈣成品。作為一種新型化工原料，它功能的好壞，主要取決於碳酸鈣產品的化學組成、形貌特徵、分散性等參數，其中最重要的是粒子的晶形和粒度分布，不同晶形的納米碳酸鈣粒子，其應用領域和功能不同，隨著各個行業的技術進步以及各行業對碳酸鈣的性能要求越來越高，目前碳酸鈣成品開始向專業化、超細化和功能化方向發展，因此，開發不同晶形的優質碳酸鈣產品，優化其製備方法，就成為當前納米碳酸鈣生產企業快速發展亟待解決的問題。球形納米碳酸鈣具有良好的平滑性、流動性、分散性和耐磨性，故而被廣泛應用在橡膠、塗料、油墨和高檔油漆中，目前，國內在球形納米碳酸鈣製備方面的研究取得的成果有陳先勇等人採用間歇鼓泡碳化法(單分散球形納米碳酸鈣製備研究，2005年3月《非金屬礦》第28卷第2期)，以生石灰為原料，通過控制碳化溫度、灰乳密度等條件，向消化好的石灰乳中加入複合添加劑，製備出粒徑30 50nm的球形納米碳酸I丐,該製備方法碳化溫度在20°C左右，需使用製冷設備製冷，而使用製冷設備使大量的Ca(OH)2碳化反應在20°C左右進行，不僅製冷設備投資大，而且還將使碳酸鈣製備工藝的能耗大增；向蘭等利用改進的碳化法(碳化法製備超細球形碳酸鈣初探，2002年2月《過程工程學報》第2卷第I期)，採用含量較高的CO2混合氣體，加入ZnCl2、MgCl2和EDTA等晶形控制劑，通過小氣泡鼓泡的方式，製備出粒徑為IOOnm的球形碳酸鈣，該製備方法過程複雜、難於控制且不利於工業化生產。雖然近年來國內對具有特殊形貌碳酸鈣製備的研究取得了一定進展，但是存在著的製備費用高、產量低且難以工業化等缺點，仍然阻礙著工業化生產進度，較高附加值的超細球形碳酸鈣還是遠遠滿足不了市場的需要。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是克服上述我國現有球形納米碳酸鈣工業製備技術存在的不足，而提供一種以高溫高濃度Ca (OH)2懸浮液為原料、用普通碳酸鈣生產設備製備球形納米碳酸鈣的方法，即高濃度碳化生產球形納米碳酸鈣的方法，以解決目前我國球形納米碳酸鈣製備費用高、產量低且難於工業化的問題。本發明解決其技術問題所採取的技術方案為一種以高溫高濃度Ca(OH)2懸浮液為原料、用普通碳酸鈣生產設備製備球形納米碳酸鈣的方法，即高濃度碳化生產球形納米 碳酸鈣的方法，它包括石灰石的煅燒、加水消化生石灰、二氧化碳碳化Ca(OH)2懸浮液、對製得的球形納米碳酸鈣漿料進行脫水、乾燥、解聚、篩分等工序，其特點是
一、在石灰石的煅燒過程中，控制煅燒溫度在900 1100°C之間，並通過調節鼓風量使排出的石灰窯煙氣含二氧化碳達30%以上；
二、在二氧化碳碳化Ca(OH)2懸浮液前，將加水消化生成的Ca(OH)2乳精漿配製成濃度達10 13%、溫度為30 50°C的高濃度Ca (OH) 2懸浮液，然後加入Ca (OH) 2投料量I. 3
I.4%的晶形控制劑——氯化鋇和蘋果酸，均混後再送入碳化塔；
三、在二氧化碳碳化Ca(OH)2懸浮液的過程中，向碳化塔中通入經洗滌含二氧化碳達30 %以上的石灰窯煙氣，並通過控制通入石灰窯煙氣的溫度使二氧化碳碳化Ca (OH) 2的反應在65°C以下進行，觀測碳化塔內Ca(OH)2懸浮液pH值的變化，當pH值達到7. O後，反應結束，製得球形納米碳酸鈣漿料，而後對製得的球形納米碳酸鈣漿料進行脫水、烘乾、解聚、篩分，即得成品球形納米碳酸鈣粉體。製得的成品球形納米碳酸鈣粉體經河北省分析測試 研究中心檢驗
粒徑20 30nm ；
D50 粒徑 25nm ；
D95粒徑彡30nm ；
比表面積65m2/g。上述在二氧化碳碳化Ca (OH) 2懸浮液前，加入Ca (OH) 2懸浮液中的晶形控制劑氯化鋇和蘋果酸的質量比為I : I。本發明所提供的這種球形納米碳酸鈣製備方法，碳化反應以高溫高濃度的Ca(OH)2懸浮液為原料，並巧妙地通過調節石灰石煅燒的鼓風量使石灰石煅燒排出的石灰窯煙氣含二氧化碳達30%以上，經洗滌後直接用於Ca(OH)2懸浮液的碳化，使球形納米碳酸鈣的製備不僅不用增添製冷設備，而且不用增加窯氣處理設備；在碳化反應前即加入優選的晶形控制劑、均混，並通過控制通入石灰窯煙氣的溫度使二氧化碳碳化Ca(OH)2的反應在65°C以下進行，能在保證生成球形納米碳酸鈣粒子質量的同時，又大大提高碳化反應的速度。本發明製備方法過程簡單、易操作、能耗低，以現有的普通碳酸鈣生產設備、通過各種技術手段人為地調控碳酸鈣粒子的外觀形態、改變或改善碳酸鈣性能，生產出了優質、高附加值的球形納米碳酸鈣產品，克服了目前我國生產球形納米碳酸鈣技術存在著的製備費用高、產量低且難以工業化的缺點，對推動我國碳酸鈣生產業及以碳酸鈣為填料的材料製造業的發展均具有重要意義。
具體實施例方式為了更好地說明本發明，舉出以下實例。但本發明的範圍並不僅僅局限於此，其要求保護的範圍記載於權利要求的權項中。
實施例以石家莊市井陘縣區石灰石為原料，經900 1100°C高溫煅燒後，將生石灰與85°C熱水按質量比為I : 5的比例混合，攪拌消化，保溫12h後，經200目共振篩過濾、除渣精製得到Ca(OH)2乳精漿，然後將其配製成濃度達10 13%、溫度為30 50°C的高濃度Ca (OH) 2懸浮液,而後再對Ca (OH) 2懸浮液進行碳化(碳化塔為自製小型實驗用碳化裝置)實例I =Ca(OH)2懸浮液的濃度為13%、溫度為45°C左右、總加料量為2. 5L，向碳化塔中通入流量為O. 038m3/s、經洗滌含二氧化碳達30 %以上的石灰窯煙氣對Ca (OH) 2懸浮液進行碳化，期間通過控制通入石灰窯煙氣的溫度使二氧化碳碳化Ca(OH)2的反應在65°C以下進行，並在碳化反應開始5分鐘後加入Ca(OH)2投料量I. 3 I. 4%的晶形控制劑——氯化鋇和蘋果酸(氯化鋇和蘋果酸的質量比為I : 1)，觀測碳化塔內Ca(OH)2懸浮液pH值的變化，當PH值達到7. O後，反應結束，製得球形納米碳酸鈣漿料，而後對製得的球形納米碳酸鈣漿料進行脫水、烘乾、解聚、篩分，即得成品球形納米碳酸鈣粉體，觀測碳酸鈣產品的形貌，球形形貌均勻，碳酸鈣平均粒徑為lOOnm。實例2 =Ca(OH)2懸浮液的濃度為10%、溫度為45°C左右、總加料量為2. 5L，向碳化塔中通入流量為O. 114m3/s、經洗滌含二氧化碳達30%以上的石灰窯煙氣對Ca(OH)2懸浮液進行碳化，期間通過控制通入石灰窯煙氣的溫度使二氧化碳碳化Ca(OH)2的反應在65°C以下進行，並在碳化反應開始5分鐘後加入Ca(OH)2投料量I. 3 I. 4%的晶形控制劑——氯化鋇和蘋果酸(氯化鋇和蘋果酸的質量比為I : 1)，觀測碳化塔內Ca(OH)2懸浮液pH值的變化，當PH值達到7. O後，反應結束，製得球形納米碳酸鈣漿料，而後對製得的球形納米碳 酸鈣漿料進行脫水、烘乾、解聚、篩分，即得成品球形納米碳酸鈣粉體，觀測碳酸鈣產品的形貌，球形形貌均勻，碳酸平均粒徑為60nm。實例3 =Ca(OH)2懸浮液的濃度為12%、溫度為40°C左右、總加料量為2. 5L，並在碳化反應開始前加入Ca (OH)2投料量I. 3 I. 4%的晶形控制劑——氯化鋇和蘋果酸(氯化鋇和蘋果酸的質量比為I : I)、均混，向碳化塔中通入流量為O. 114m3/s、經洗滌含二氧化碳達30%以上的石灰窯煙氣對Ca(OH)2懸浮液進行碳化，期間通過控制通入石灰窯煙氣的溫度使二氧化碳碳化Ca (OH) 2的反應在65°C以下進行，觀測碳化塔內Ca (OH) 2懸浮液pH值的變化，當PH值達到7. O後，反應結束，製得球形納米碳酸鈣漿料，而後對製得的球形納米碳酸鈣漿料進行脫水、烘乾、解聚、篩分，即得成品球形納米碳酸鈣粉體，觀測碳酸鈣產品的形貌，球形形貌均勻，碳酸鈣平均粒徑為30nm，比表面積為64. 7m2/g。實例4 =Ca(OH)2懸浮液的濃度為12%、溫度為40°C左右、總加料量為2. 5L，向碳化塔中通入流量為O. 114m3/s、經洗滌含二氧化碳達30%以上的石灰窯煙氣對Ca(OH)2懸浮液進行碳化，期間通過控制通入石灰窯煙氣的溫度使二氧化碳碳化Ca(OH)2的反應在65°C以下進行，並在碳化反應開始10分鐘後加入Ca(OH)2投料量I. 3 I. 4%的晶形控制劑——氯化鋇和蘋果酸(氯化鋇和蘋果酸的質量比為I : I )，觀測碳化塔內Ca (OH)2懸浮液pH值的變化，當PH值達到7. O後，反應結束，製得球形納米碳酸鈣漿料，而後對製得的球形納米碳酸鈣漿料進行脫水、烘乾、解聚、篩分，即得成品球形納米碳酸鈣粉體，觀測碳酸鈣產品的形貌，球形形貌均勻，碳酸1丐平均粒徑為80nm,比表面積為46. 5m2/g。
權利要求
1.一種高濃度碳化生產球形納米碳酸鈣的方法，它包括石灰石的煅燒、加水消化生石灰、二氧化碳碳化Ca(OH)2懸浮液、對製得的球形納米碳酸鈣漿料進行脫水、乾燥、解聚、篩分等工序，其特徵在於 (一)、在石灰石的煅燒過程中，控制煅燒溫度在900 1100°C之間，並通過調節鼓風量使排出的石灰窯煙氣含二氧化碳達30%以上； (二)、在二氧化碳碳化Ca(OH)2懸浮液前，將加水消化生成的Ca(OH)2乳精漿配製成濃度達10 13%、溫度為30 50°C的高濃度Ca (OH) 2懸浮液，然後加入Ca (OH) 2投料量I. 3 I.4%的晶形控制劑——氯化鋇和蘋果酸，均混後再送入碳化塔； (三)、在二氧化碳碳化Ca(OH)2懸浮液的過程中，向碳化塔中通入經洗滌含二氧化碳達30 %以上的石灰窯煙氣，並通過控制通入石灰窯煙氣的溫度使二氧化碳碳化Ca (OH) 2的反應在65°C以下進行，觀測碳化塔內Ca(OH)2懸浮液pH值的變化，當pH值達到7. 0後，反應結束，製得球形納米碳酸鈣漿料，而後對製得的球形納米碳酸鈣漿料進行脫水、烘乾、解聚、篩分，即得成品球形納米碳酸鈣粉體。
2.根據權利要求I所述的高濃度碳化生產球形納米碳酸鈣的方法，其特徵在於在二氧化碳碳化Ca (OH) 2懸浮液前，配製高濃度Ca (OH) 2懸浮液濃度為12%、溫度為45°C。
3.根據權利要求I或2所述的高濃度碳化生產球形納米碳酸鈣的方法，其特徵在於在二氧化碳碳化Ca (OH) 2懸浮液前，加入Ca (OH) 2懸浮液中的晶形控制劑氯化鋇和蘋果酸的質量比為I : I。
全文摘要
一種高濃度碳化生產球形納米碳酸鈣的方法，特點一、在石灰石的煅燒過程中，控制煅燒溫度，並通過調節鼓風量使排出的石灰窯煙氣含二氧化碳達30％以上；二、在二氧化碳碳化Ca(OH)2懸浮液前，配製濃度達10～13％、溫度為30～50℃的高濃度Ca(OH)2懸浮液，然後加入晶形控制劑，均混後再送入碳化塔；三、在二氧化碳碳化Ca(OH)2懸浮液的過程中，通入經洗滌含二氧化碳達30％以上的石灰窯煙氣，並通過控制通入石灰窯煙氣的溫度使二氧化碳碳化Ca(OH)2的反應在65℃以下進行，反應結束，對製得的球形納米碳酸鈣漿料進行脫水、烘乾、解聚、篩分，即得成品球形納米碳酸鈣粉體。本發明以高溫高濃度Ca(OH)2懸浮液為原料、用現有的普通碳酸鈣生產設備，即生產出優質的球形納米碳酸鈣產品。
文檔編號C01F11/18GK102701255SQ20121020592
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月21日 優先權日2012年6月21日
發明者劉潤靜, 高士雄, 高彥中, 高蒼竹 申請人:石家莊市紅日鈣業有限公司