專利名稱：高濃度碳化生產(chǎn)球形納米碳酸鈣的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米碳酸鈣的制備方法，特別是一種高濃度碳化生產(chǎn)球形納米碳酸鈣的方法。
背景技術(shù)：
近幾年來，隨著納米科技的迅速發(fā)展，納米碳酸鈣作為一種優(yōu)質(zhì)填充和改性材料被廣泛應(yīng)用于橡膠、塑料、醫(yī)藥、涂料、油墨、化妝品、造紙等眾多行業(yè)，目前，國內(nèi)通行的納米碳酸鈣工業(yè)制備方法是碳化法將石灰石與白煤按一定比例混配后，經(jīng)高溫煅燒、水消化、二氧化碳碳化，再經(jīng)脫水、干燥、解聚、篩分制得納米碳酸鈣成品。作為一種新型化工原料，它功能的好壞，主要取決于碳酸鈣產(chǎn)品的化學(xué)組成、形貌特征、分散性等參數(shù)，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(yīng)用領(lǐng)域和功能不同，隨著各個(gè)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步以及各行業(yè)對(duì)碳酸鈣的性能要求越來越高，目前碳酸鈣成品開始向?qū)I(yè)化、超細(xì)化和功能化方向發(fā)展，因此，開發(fā)不同晶形的優(yōu)質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品，優(yōu)化其制備方法，就成為當(dāng)前納米碳酸鈣生產(chǎn)企業(yè)快速發(fā)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(dòng)性、分散性和耐磨性，故而被廣泛應(yīng)用在橡膠、涂料、油墨和高檔油漆中，目前，國內(nèi)在球形納米碳酸鈣制備方面的研究取得的成果有陳先勇等人采用間歇鼓泡碳化法(單分散球形納米碳酸鈣制備研究，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復(fù)合添加劑，制備出粒徑30 50nm的球形納米碳酸I丐,該制備方法碳化溫度在20°C左右，需使用制冷設(shè)備制冷，而使用制冷設(shè)備使大量的Ca(OH)2碳化反應(yīng)在20°C左右進(jìn)行，不僅制冷設(shè)備投資大，而且還將使碳酸鈣制備工藝的能耗大增；向蘭等利用改進(jìn)的碳化法(碳化法制備超細(xì)球形碳酸鈣初探，2002年2月《過程工程學(xué)報(bào)》第2卷第I期)，采用含量較高的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，制備出粒徑為IOOnm的球形碳酸鈣，該制備方法過程復(fù)雜、難于控制且不利于工業(yè)化生產(chǎn)。雖然近年來國內(nèi)對(duì)具有特殊形貌碳酸鈣制備的研究取得了一定進(jìn)展，但是存在著的制備費(fèi)用高、產(chǎn)量低且難以工業(yè)化等缺點(diǎn)，仍然阻礙著工業(yè)化生產(chǎn)進(jìn)度，較高附加值的超細(xì)球形碳酸鈣還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了市場的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服上述我國現(xiàn)有球形納米碳酸鈣工業(yè)制備技術(shù)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(chǎn)設(shè)備制備球形納米碳酸鈣的方法，即高濃度碳化生產(chǎn)球形納米碳酸鈣的方法，以解決目前我國球形納米碳酸鈣制備費(fèi)用高、產(chǎn)量低且難于工業(yè)化的問題。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)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(chǎn)設(shè)備制備球形納米碳酸鈣的方法，即高濃度碳化生產(chǎn)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(duì)制得的球形納米碳酸鈣漿料進(jìn)行脫水、干燥、解聚、篩分等工序，其特點(diǎn)是
一、在石灰石的煅燒過程中，控制煅燒溫度在900 1100°C之間，并通過調(diào)節(jié)鼓風(fēng)量使排出的石灰窯煙氣含二氧化碳達(dá)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乳精漿配制成濃度達(dá)10 13%、溫度為30 50°C的高濃度Ca (OH) 2懸浮液，然后加入Ca (OH) 2投料量I. 3
I.4%的晶形控制劑——氯化鋇和蘋果酸，均混后再送入碳化塔；
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(jīng)洗滌含二氧化碳達(dá)30 %以上的石灰窯煙氣，并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(yīng)在65°C以下進(jìn)行，觀測碳化塔內(nèi)Ca(OH)2懸浮液pH值的變化，當(dāng)pH值達(dá)到7. O后，反應(yīng)結(jié)束，制得球形納米碳酸鈣漿料，而后對(duì)制得的球形納米碳酸鈣漿料進(jìn)行脫水、烘干、解聚、篩分，即得成品球形納米碳酸鈣粉體。制得的成品球形納米碳酸鈣粉體經(jīng)河北省分析測試 研究中心檢驗(yàn)
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(zhì)量比為I : I。本發(fā)明所提供的這種球形納米碳酸鈣制備方法，碳化反應(yīng)以高溫高濃度的Ca(OH)2懸浮液為原料，并巧妙地通過調(diào)節(jié)石灰石煅燒的鼓風(fēng)量使石灰石煅燒排出的石灰窯煙氣含二氧化碳達(dá)30%以上，經(jīng)洗滌后直接用于Ca(OH)2懸浮液的碳化，使球形納米碳酸鈣的制備不僅不用增添制冷設(shè)備，而且不用增加窯氣處理設(shè)備；在碳化反應(yīng)前即加入優(yōu)選的晶形控制劑、均混，并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(yīng)在65°C以下進(jìn)行，能在保證生成球形納米碳酸鈣粒子質(zhì)量的同時(shí)，又大大提高碳化反應(yīng)的速度。本發(fā)明制備方法過程簡單、易操作、能耗低，以現(xiàn)有的普通碳酸鈣生產(chǎn)設(shè)備、通過各種技術(shù)手段人為地調(diào)控碳酸鈣粒子的外觀形態(tài)、改變或改善碳酸鈣性能，生產(chǎn)出了優(yōu)質(zhì)、高附加值的球形納米碳酸鈣產(chǎn)品，克服了目前我國生產(chǎn)球形納米碳酸鈣技術(shù)存在著的制備費(fèi)用高、產(chǎn)量低且難以工業(yè)化的缺點(diǎn)，對(duì)推動(dòng)我國碳酸鈣生產(chǎn)業(yè)及以碳酸鈣為填料的材料制造業(yè)的發(fā)展均具有重要意義。
具體實(shí)施例方式為了更好地說明本發(fā)明，舉出以下實(shí)例。但本發(fā)明的范圍并不僅僅局限于此，其要求保護(hù)的范圍記載于權(quán)利要求的權(quán)項(xiàng)中。
實(shí)施例以石家莊市井陘縣區(qū)石灰石為原料，經(jīng)900 1100°C高溫煅燒后，將生石灰與85°C熱水按質(zhì)量比為I : 5的比例混合，攪拌消化，保溫12h后，經(jīng)200目共振篩過濾、除渣精制得到Ca(OH)2乳精漿，然后將其配制成濃度達(dá)10 13%、溫度為30 50°C的高濃度Ca (OH) 2懸浮液,而后再對(duì)Ca (OH) 2懸浮液進(jìn)行碳化(碳化塔為自制小型實(shí)驗(yàn)用碳化裝置)實(shí)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(jīng)洗滌含二氧化碳達(dá)30 %以上的石灰窯煙氣對(duì)Ca (OH) 2懸浮液進(jìn)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(yīng)在65°C以下進(jìn)行，并在碳化反應(yīng)開始5分鐘后加入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(zhì)量比為I : 1)，觀測碳化塔內(nèi)Ca(OH)2懸浮液pH值的變化，當(dāng)PH值達(dá)到7. O后，反應(yīng)結(jié)束，制得球形納米碳酸鈣漿料，而后對(duì)制得的球形納米碳酸鈣漿料進(jìn)行脫水、烘干、解聚、篩分，即得成品球形納米碳酸鈣粉體，觀測碳酸鈣產(chǎn)品的形貌，球形形貌均勻，碳酸鈣平均粒徑為lOOnm。實(shí)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(jīng)洗滌含二氧化碳達(dá)30%以上的石灰窯煙氣對(duì)Ca(OH)2懸浮液進(jìn)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(yīng)在65°C以下進(jìn)行，并在碳化反應(yīng)開始5分鐘后加入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(zhì)量比為I : 1)，觀測碳化塔內(nèi)Ca(OH)2懸浮液pH值的變化，當(dāng)PH值達(dá)到7. O后，反應(yīng)結(jié)束，制得球形納米碳酸鈣漿料，而后對(duì)制得的球形納米碳 酸鈣漿料進(jìn)行脫水、烘干、解聚、篩分，即得成品球形納米碳酸鈣粉體，觀測碳酸鈣產(chǎn)品的形貌，球形形貌均勻，碳酸平均粒徑為60nm。實(shí)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，并在碳化反應(yīng)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(zhì)量比為I : I)、均混，向碳化塔中通入流量為O. 114m3/s、經(jīng)洗滌含二氧化碳達(dá)30%以上的石灰窯煙氣對(duì)Ca(OH)2懸浮液進(jìn)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(yīng)在65°C以下進(jìn)行，觀測碳化塔內(nèi)Ca (OH) 2懸浮液pH值的變化，當(dāng)PH值達(dá)到7. O后，反應(yīng)結(jié)束，制得球形納米碳酸鈣漿料，而后對(duì)制得的球形納米碳酸鈣漿料進(jìn)行脫水、烘干、解聚、篩分，即得成品球形納米碳酸鈣粉體，觀測碳酸鈣產(chǎn)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(shí)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(jīng)洗滌含二氧化碳達(dá)30%以上的石灰窯煙氣對(duì)Ca(OH)2懸浮液進(jìn)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(yīng)在65°C以下進(jìn)行，并在碳化反應(yīng)開始10分鐘后加入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(zhì)量比為I : I )，觀測碳化塔內(nèi)Ca (OH)2懸浮液pH值的變化，當(dāng)PH值達(dá)到7. O后，反應(yīng)結(jié)束，制得球形納米碳酸鈣漿料，而后對(duì)制得的球形納米碳酸鈣漿料進(jìn)行脫水、烘干、解聚、篩分，即得成品球形納米碳酸鈣粉體，觀測碳酸鈣產(chǎn)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(quán)利要求
1.一種高濃度碳化生產(chǎn)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(duì)制得的球形納米碳酸鈣漿料進(jìn)行脫水、干燥、解聚、篩分等工序，其特征在于 (一)、在石灰石的煅燒過程中，控制煅燒溫度在900 1100°C之間，并通過調(diào)節(jié)鼓風(fēng)量使排出的石灰窯煙氣含二氧化碳達(dá)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乳精漿配制成濃度達(dá)10 13%、溫度為30 50°C的高濃度Ca (OH) 2懸浮液，然后加入Ca (OH) 2投料量I. 3 I.4%的晶形控制劑——氯化鋇和蘋果酸，均混后再送入碳化塔； (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(jīng)洗滌含二氧化碳達(dá)30 %以上的石灰窯煙氣，并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(yīng)在65°C以下進(jìn)行，觀測碳化塔內(nèi)Ca(OH)2懸浮液pH值的變化，當(dāng)pH值達(dá)到7. 0后，反應(yīng)結(jié)束，制得球形納米碳酸鈣漿料，而后對(duì)制得的球形納米碳酸鈣漿料進(jìn)行脫水、烘干、解聚、篩分，即得成品球形納米碳酸鈣粉體。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高濃度碳化生產(chǎn)球形納米碳酸鈣的方法，其特征在于在二氧化碳碳化Ca (OH) 2懸浮液前，配制高濃度Ca (OH) 2懸浮液濃度為12%、溫度為45°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的高濃度碳化生產(chǎn)球形納米碳酸鈣的方法，其特征在于在二氧化碳碳化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(zhì)量比為I : I。
全文摘要
一種高濃度碳化生產(chǎn)球形納米碳酸鈣的方法，特點(diǎn)一、在石灰石的煅燒過程中，控制煅燒溫度，并通過調(diào)節(jié)鼓風(fēng)量使排出的石灰窯煙氣含二氧化碳達(dá)30％以上；二、在二氧化碳碳化Ca(OH)2懸浮液前，配制濃度達(dá)10～13％、溫度為30～50℃的高濃度Ca(OH)2懸浮液，然后加入晶形控制劑，均混后再送入碳化塔；三、在二氧化碳碳化Ca(OH)2懸浮液的過程中，通入經(jīng)洗滌含二氧化碳達(dá)30％以上的石灰窯煙氣，并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(yīng)在65℃以下進(jìn)行，反應(yīng)結(jié)束，對(duì)制得的球形納米碳酸鈣漿料進(jìn)行脫水、烘干、解聚、篩分，即得成品球形納米碳酸鈣粉體。本發(fā)明以高溫高濃度Ca(OH)2懸浮液為原料、用現(xiàn)有的普通碳酸鈣生產(chǎn)設(shè)備，即生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的球形納米碳酸鈣產(chǎn)品。
文檔編號(hào)C01F11/18GK102701255SQ20121020592
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月21日
發(fā)明者劉潤靜, 高士雄, 高彥中, 高蒼竹 申請(qǐng)人:石家莊市紅日鈣業(yè)有限公司