一種基於介質強化製備輕質碳酸鈣的間接工藝的製作方法

2023-07-16 01:44:41 5

一種基於介質強化製備輕質碳酸鈣的間接工藝的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種基於介質強化製備輕質碳酸鈣的間接工藝，將含無機可溶性鈣鹽的富鈣離子溶液加入不溶性有機胺及相調節劑，攪拌使其混合均勻，直至混合液pH保持穩定，混合液pH在9.5以上；將CO2氣體或淨化後的工業煙氣通入混合液中與混合液反應，控制反應溫度在5-40℃，待pH降到7-8時中止反應；製得的碳酸鈣沉澱過濾，烘乾，研磨，得不同晶形的碳酸鈣。本發明工藝利用富含鈣離子的溶液和二氧化碳在不溶性有機胺以及相調節劑提供的較高pH環境和創造的油水混合狀態下反應，通過對溫度的控制，實現方解石型以及球霰石型微細輕質碳酸鈣的製備。
【專利說明】一種基於介質強化製備輕質碳酸鈣的間接工藝【技術領域】
[0001]本發明涉及一種利用富鈣離子溶液基於介質強化製備輕質碳酸鈣的新工藝。
【背景技術】
[0002]輕質碳酸鈣又稱沉澱碳酸鈣，是通過化學加工方法製得的，是一種非常有前途的新型固體材料，其優異的性能涉及到諸多領域的應用如橡膠、塑料、造紙、塗料、食品、日化等行業。輕質碳酸鈣的形狀根據碳酸鈣晶粒形狀的不同，可將輕質碳酸鈣分為紡錘形、立方形、針形、鏈形、球形、片形和四角柱形碳酸鈣，這些不同晶形的碳酸鈣可由控制反應條件製得。輕質碳酸鈣按其原始平均粒徑(d)分為:微粒碳酸鈣(5 μ m)、微粉碳酸鈣(1-5 μ m)、微細碳酸鈣(0.1-1 μ m)、超細碳酸鈣(0.02-0.1 μ m)、超微細碳酸鈣(0.02 μ m)。
[0003]輕質碳酸鈣的生產方法有多種如碳化法、氯化鈣法、苛化鹼法、聯鈣法、索爾維法等，其中碳化法是製備輕質碳酸鈣的「經典」工藝，也是目前國內工業生產的主要方法。其主要的工藝為，將石灰石等原料煅燒生成石灰後加水消化石灰生成氫氧化鈣乳液，然後再通入二氧化碳化合生成碳酸鈣沉澱，之後經脫水、乾燥和粉碎而製得。利用石灰作為原料存在一定的缺陷，可能會混入難以預料的來自碳酸鈣的礦石資源(例如石灰巖，白雲石等)的高濃雜質，可能包括鋁、砷、鉛、鐵、汞、鉻、鎳、銅或鋅，因而在一定程度上限制了其在某些行業的應用。另一方面，生產輕質碳酸鈣需經過原料煅燒、沉降、碳化、焙乾等物理和化學反應過程，生產過程繁複，成本高，某些工藝環節環境不友好。

【發明內容】

[0004]本發明的目的是提供一種基於介質強化製備輕質碳酸鈣的間接工藝，該工藝不同於常規製備方法的直接反應方式，而是利用不溶性有機胺作為強化介質實現碳酸鈣的間接製備方法。該工藝的特點是可以利用各種富鈣離子溶液作為鈣源，可以是海水、海水淡化產生的高濃廢水、地下滷水或者某些工業廢水，鈣離子濃度可低至0.4g/L ;而CO2源既可以是純CO2氣體也可以是淨化後的工業煙氣。
[0005]本發明採取的技術方案為:
[0006]一種基於介質強化製備輕質碳酸鈣的間接工藝，包括步驟如下:
[0007](1)將含無機可溶性鈣鹽的富鈣離子溶液加入不溶性有機胺及相調節劑，攪拌使其混合均勻，直至混合液PH保持穩定，混合液pH在9.5以上；
[0008](2)將CO2氣體或淨化後的工業煙氣通入混合液中與混合液反應，控制反應溫度在5-40。。，待pH降到7-8時中止反應；
[0009](3)製得的碳酸鈣沉澱過濾，烘乾，研磨，得不同晶形的碳酸鈣，相調節劑分離後循環使用。
[0010]上述反應中步驟(1)所述的鈣鹽為硝酸鈣或氯化鈣，富鈣離子溶液可以是人工配製的，也可以是海水、苦鹹水、工業廢水如製鹽母液等。所述的不溶性(不溶於水)有機胺為伯胺、仲胺、叔胺，優選叔胺，其加入量為鈣離子與胺的摩爾比在0.1-1:1之間。所述的相調節劑為常見的脂肪醇、溶劑油等，優選脂肪醇，其加入量符合PH值要求即可。[0011]通過反應溫度控制實現碳酸鈣晶型的控制，在20°C以下，得到的方解石型碳酸鈣；製備晶型是球霰石型碳酸鈣的溫度控制在20-35°C。
[0012]相調節劑分離後可以通過常規方法實現如常規鹼性物質再生、金屬氧化物再生以及加熱再生等等。
[0013]本發明工藝利用富含鈣離子的溶液和二氧化碳在不溶性有機胺以及相調節劑提供的較高PH環境和創造的油水混合狀態下反應，通過對溫度的控制，實現方解石型以及球霰石型微細輕質碳酸鈣的製備。
[0014]本發明具有以下優點:
[0015]( I)用含無機可溶性鈣鹽的溶液，而不是氫氧化鈣也不是有機鈣鹽，原料富鈣離子溶液來源廣泛，成本低，利用工業廢水則實現了廢物資源化再利用，因而整個工藝具有經濟價值以及環保價值。
[0016](2)利用的不溶性有機胺，是一種有機的鹼性物質，其不溶於水，作為強化介質直接參與反應，才會有碳酸鈣產生；相調節劑一方面會和不溶性有機胺一起起到分散或者調節的作用，另一方面相調節劑能進一步提高不溶性有機胺的鹼性的作用，保證較高PH環境和油水混合狀態，有利於晶型控制以及沉澱分散。
[0017](3)產出的碳酸鈣平均粒徑〈I μ m屬於微細碳酸鈣範圍，用途較為廣泛，稍加研磨即可變為超細碳酸鈣。
[0018](4)工藝中方解石型碳酸鈣、球霰石型碳酸鈣生成的溫度區間與某些常規方法中方解石型碳酸鈣(2-10°C )、球霰石型碳酸鈣(8-15°C )相比有了大幅的拓展和提高，這樣一方面降低了溫度控制難度，另一方面也可以節約能源。
[0019](5)工藝適應範圍廣，適應性好，不溶性有機胺以及相調節劑與鈣離子溶液互不相溶，可以回收再利用，降低成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為實施例1球霰石型碳酸鈣形貌圖；
[0021]圖2為實施例2方解石型碳酸鈣形貌圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結合實施例進一步說明本發明。
[0023]實施例1:
[0024]將100ml鈣離子濃度為2.4g/L富鈣離子溶液，100ml三丁胺與200ml相調節劑正丁醇混合，機械攪拌使其混合均勻，反應前溶液PH穩定為10.0。保持攪拌，控制溫度為27°C，通入二氧化碳反應，氣體流速為30ml/min。pH降至8.0時停止反應。將反應後的碳酸鈣過濾、乾燥，經掃描電鏡對產品進行分析，得到晶形為圖1形狀的球霰石型碳酸鈣。
[0025]實施例2:
[0026]將100ml鈣離子濃度為2.4g/L富鈣離子溶液，100ml三丁胺與200ml相調節劑正丁醇混合，機械攪拌使其混合均勻。保持攪拌，控制溫度為15°C，通入二氧化碳反應，氣體流速為40ml/min，pH降至8.0時停止反應。將反應後的碳酸鈣過濾、乾燥，經掃描電鏡、雷射粒度儀對產品進行分析，得到晶形為圖2形狀的方解石型碳酸鈣，平均粒徑為0.79微米。
[0027]實施例3:
[0028]將100ml鈣離子濃度為5.0g/L富鈣離子溶液，100ml三丁胺與200ml相調節劑正丁醇混合，機械攪拌使其混合均勻。保持攪拌，控制溫度為10°c，通入二氧化碳反應，氣體流速為40ml/min。ph降至，7.5時停止反應。將反應後的碳酸鈣過濾、乾燥，經雷射粒度儀對產品進行分析，得到晶形為方解石型碳酸鈣，平均粒徑為0.80微米。
【權利要求】
1.一種基於介質強化製備輕質碳酸鈣的間接工藝，其特徵是，包括步驟如下: (1)將含無機可溶性鈣鹽的富鈣離子溶液加入不溶性有機胺及相調節劑，攪拌使其混合均勻，直至混合液pH保持穩定； (2)將CO2氣體或淨化後的工業煙氣通入混合液中與混合液反應，控制反應溫度在5-40。。，待pH降到7-8時中止反應； (3)製得的碳酸鈣沉澱過濾，烘乾，研磨，得不同晶形的碳酸鈣，相調節劑分離後循環使用。
2.根據權利要求1所述的一種基於介質強化製備輕質碳酸鈣的間接工藝，其特徵是，步驟(1)所述的鈣鹽為硝酸鈣或氯化鈣。
3.根據權利要求1所述的一種基於介質強化製備輕質碳酸鈣的間接工藝，其特徵是，所述的不溶性有機胺為伯胺、仲胺或叔胺，其加入量為鈣離子與胺的摩爾比在0.1-1:1之間。
4.根據權利要求1所述的一種基於介質強化製備輕質碳酸鈣的間接工藝，其特徵是，所述的相調節劑為常見的脂肪醇、溶劑油，其加入量以使反應前溶液的PH達到9.5以上最為合適。
5.根據權利要求1所述的一種基於介質強化製備輕質碳酸鈣的間接工藝，其特徵是，步驟(2)所述的溫度控制在20°C以下時得到方解石型碳酸鈣；製備晶型是球霰石型的碳酸鈣溫度要控制在20-35 °C。
【文檔編號】C01F11/18GK103539187SQ201310500672
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月22日 優先權日:2013年10月22日
【發明者】王文龍, 劉鑫, 王曼, 王鵬, 席振乾, 張延奇 申請人:山東大學