專利名稱：一種超細(xì)輕質(zhì)碳酸鈣的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超細(xì)輕質(zhì)碳酸鈣的制備方法。
背景技術(shù)：
粉末材料的超細(xì)化制備是當(dāng)前材料研制領(lǐng)域中的一個(gè)重要課題，超細(xì)碳酸鈣是目前應(yīng)用廣泛的一種粉末材料。制備超細(xì)碳酸鈣的方法有多種，但其中石灰乳液碳化法生產(chǎn)超細(xì)碳酸鈣在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上都比其它方法有著明顯的優(yōu)勢(shì)。但在石灰乳液碳化法生產(chǎn)超細(xì)碳酸鈣時(shí)，為了獲得粒徑較小的產(chǎn)品，需要在較低的溫度和較大的二氧化碳通氣量的條件下進(jìn)行碳酸鈣的制備。但采用上述條件時(shí)，碳化反應(yīng)液將不可避免的出現(xiàn)凝膠現(xiàn)象。碳化乳液產(chǎn)生凝膠的現(xiàn)象是剛生成的碳酸鈣微粒與乳液中的氫氧化鈣及大量的水經(jīng)交聯(lián)而形成的團(tuán)聚體。因此石灰乳液出現(xiàn)凝膠后所制備出的碳酸鈣產(chǎn)品不可避免地存在著嚴(yán)重的團(tuán)聚現(xiàn)象。而凝膠現(xiàn)象的產(chǎn)生，將破壞反應(yīng)液的傳熱和傳質(zhì)過程，降低產(chǎn)品的分散性能，使反應(yīng)溫度得不到控制，最終使產(chǎn)品質(zhì)量下降，這樣制備出的粒子，盡管一次粒徑很小，但最終產(chǎn)品只能呈現(xiàn)出團(tuán)聚體的性能，超細(xì)顆粒的特點(diǎn)不能體現(xiàn)出來。而對(duì)如何防止輕質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)過程中產(chǎn)生凝膠的問題，現(xiàn)有文獻(xiàn)中少有報(bào)道，主要是采用將碳化乳液的濃度降低的方法。但降低石灰乳液濃度只能減輕凝膠的程度，不能消除凝膠現(xiàn)象。更不能防止由凝膠現(xiàn)象所產(chǎn)生的顆粒之間的團(tuán)聚問題。而解決粒子的團(tuán)聚問題是能否制備出高質(zhì)量的超細(xì)粉的關(guān)鍵問題。
為了避免凝膠的產(chǎn)生，中國(guó)專利97100852.3采用通入較小的CO2流量，在合成碳酸鈣時(shí)加入可溶性鈣鹽，增加碳酸鈣顆粒之間的排斥作用，在碳化反應(yīng)結(jié)束后，加入可溶性鎂鹽及可溶性磷酸鹽作表面包敷劑，制備出分散性較好的輕質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品，但這種方法所得的碳酸鈣的粒徑仍然較大(0.2～2μm)，達(dá)不到納米碳酸鈣的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種超細(xì)輕質(zhì)碳酸鈣的制備方法，通過加入成核添加劑防止在石灰乳液碳化法制備超細(xì)輕質(zhì)碳酸鈣的過程中產(chǎn)生凝膠現(xiàn)象，在提高碳酸鈣分散性能的同時(shí)，降低反應(yīng)液的粘度，縮短碳化時(shí)間。得到平均粒徑低于100nm的超細(xì)輕質(zhì)碳酸鈣。同時(shí)使碳化過程中的傳質(zhì)和傳熱過程不受阻礙，碳化反應(yīng)能正常進(jìn)行。
本發(fā)明為一種以石灰乳液和CO2為原料制備超細(xì)輕質(zhì)碳酸鈣的方法，將含Ca(OH)25～12％的石灰乳液在低于16℃的條件下，加入成核添加劑，攪拌均勻，在恒溫條件下，以每千克Ca(OH)20.2～0.4m3CO2的比例通入體積含量為20-40％的含CO2的石灰窯窯氣，當(dāng)pH值為7～8時(shí)，結(jié)束碳化反應(yīng)，將反應(yīng)所得的CaCO3懸浮液過濾、烘干，即得超細(xì)輕質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品，所說的成核添加劑為能與Ca2+離子形成沉淀的可溶性鹽的水溶液，加入的量為Ca(OH)2質(zhì)量的0.5～2.5％。
上述成核添加劑為可溶性碳酸氫鹽、可溶性碳酸鹽、可溶性硅酸鹽、可溶性偏鋁酸鹽或可溶性磷酸鹽的水溶液。成核添加劑最好為Na2SiO3、Na2CO3、NaHCO3、NH4HCO3、NaH2PO4、Na2HPO4、Na3PO4或NaAlO3的水溶液。
為了防止碳酸鈣顆粒在脫水及干燥過程中發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，碳化反應(yīng)結(jié)束時(shí)，可以向反應(yīng)所得的CaCO3懸浮液中加入適當(dāng)?shù)目扇苄枣V鹽的水溶液作為表面包敷劑，如氯化鎂、硝酸鎂、各種低分子量的有機(jī)酸鎂(如甲酸鎂、乙酸鎂等)的水溶液，加入的量為所合成的碳酸鈣質(zhì)量的1～4％。
為了進(jìn)一步提高粒子的分散性能，在碳化反應(yīng)開始前，還可向Ca(OH)2石灰乳液中加入適量可溶性鈣鹽的水溶液或其鈣鹽為可溶物的無機(jī)酸、有機(jī)酸，如氫鹵酸、各種鹵酸、硝酸、甲酸、乙酸或丙烯酸，加入的量為所合成碳酸鈣質(zhì)量的1～3％。其作用可以解釋為使生成的碳酸鈣表面吸附鈣離子，碳酸鈣顆粒間產(chǎn)生相互排斥作用。
發(fā)明效果本發(fā)明由于消除了凝膠現(xiàn)象，在石灰乳液的碳化過程中，反應(yīng)乳液的粘度變化小，流動(dòng)性好，CO2氣體更易被分散成小氣泡。減小了攪拌阻力，從而提高了碳化效率，使碳化反應(yīng)時(shí)間縮短10～20％。同時(shí)，因攪拌阻力減小，防止了反應(yīng)過程中因攪拌引起的反應(yīng)釜的劇烈振動(dòng)，使生產(chǎn)過程更為緩和平穩(wěn)。用本發(fā)明的方法可以得到粒徑低于100nm且分散良好的超細(xì)輕質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品。


圖1實(shí)施例1超細(xì)輕質(zhì)碳酸鈣的電鏡(TEM)照片(放大5萬倍)圖2實(shí)施例1超細(xì)輕質(zhì)碳酸鈣的激光粒度分布圖
具體實(shí)施例方式以下通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行敘述，但實(shí)施例并不限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
實(shí)施例1在40L的反應(yīng)釜中，加入32L含氫氧化鈣10％的石灰乳液，將石灰乳液的溫度調(diào)整到10℃。將30gNa2SiO3·10H2O溶于100mL水中，將此硅酸鈉水溶液加入石灰乳液中，攪拌15分鐘后，加入乙酸30克，通入含30～35％二氧化碳的氣體，氣體流量為4.2～4.0m3/h，至石灰乳液碳化完全后，依次加入含氯化鎂10g的水溶液，作為碳酸鈣的表面包敷劑。生成的碳酸鈣懸浮液壓濾脫水后，在烘箱中于120℃條件下干燥后得產(chǎn)品超細(xì)輕質(zhì)碳酸鈣。經(jīng)電鏡和粒度測(cè)試分析，結(jié)果顯示產(chǎn)品的分散性良好，粒徑d(50)＝0.074um(d(50)為中值粒徑)。電鏡照片及粒度分布圖見附圖。
實(shí)施例2在8m3的碳化反應(yīng)釜中，加入6m3含氫氧化鈣8％的石灰乳液，將石灰乳液的溫度調(diào)整到10℃。將碳酸氫鈉6kg溶于100L水中，加入石灰乳液。攪拌15分鐘后，加入甲酸25克。通入含30～35％二氧化碳的氣體，氣體流量為600～650m3/h至石灰乳液碳化完全后，依次加入含硝酸鎂15g的水溶液，作為碳酸鈣的表面包敷劑。生成的碳酸鈣懸浮液經(jīng)壓濾脫水后經(jīng)旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥，得到成品超細(xì)輕質(zhì)碳酸鈣。經(jīng)電鏡和粒度測(cè)試分析，產(chǎn)品的分散性良好，粒徑d(50)＝0.085um。
實(shí)施例3在40L的反應(yīng)釜中，加入32L含氫氧化鈣12％的石灰乳液，將石灰乳液的溫度調(diào)整到10℃。加入25g NaAlO2水溶液，攪拌15分鐘后，加入乙酸30克。通入含30～40％的二氧化碳?xì)怏w，氣體流量為1.2～2.0m3/h，將石灰乳液碳化至pH值為8，依次加入含氯化鎂10g的水溶液，作為碳酸鈣的表面包敷劑。生成的碳酸鈣懸浮液經(jīng)壓濾脫水后在烘箱中于120～150℃條件下干燥，得到超細(xì)輕質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品。此產(chǎn)品經(jīng)電鏡和粒度測(cè)試分析，產(chǎn)品的分散性良好，粒徑d(50)＝0.079um。
權(quán)利要求
1.一種以石灰乳液和CO2為原料制備超細(xì)輕質(zhì)碳酸鈣的方法，將含Ca(OH)25～12％的石灰乳液在低于16℃的條件下，加入成核添加劑，攪拌均勻，在恒溫條件下，以每千克Ca(OH)20.2～0.4m3CO2的比例通入體積含量為20-40％的含CO2的氣體，當(dāng)pH值為7～8時(shí)，結(jié)束碳化反應(yīng)，將反應(yīng)所得的CaCO3懸浮液過濾、烘干，即得超細(xì)輕質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品，所說的成核添加劑為能與Ca2+離子形成沉淀的可溶性鹽的水溶液，加入可溶性鹽的量為Ca(OH)2質(zhì)量的0.5～2.5％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的制備方法，其特征是成核添加劑為可溶性碳酸氫鹽、可溶性碳酸鹽、可溶性硅酸鹽、可溶性偏鋁酸鹽或可溶性磷酸鹽的水溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的制備方法，其特征是成核添加劑為Na2SiO3、Na2CO3、NaHCO3、NH4HCO3、NaH2PO4、Na2HPO4、Na3PO4或NaAlO3的水溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3的任何一種制備方法，其特征是碳化反應(yīng)前，向Ca(OH)2石灰乳液中加入可溶性鈣鹽的水溶液或其鈣鹽為可溶物的無機(jī)酸、有機(jī)酸，用量為所合成碳酸鈣質(zhì)量的1～3％；碳化反應(yīng)結(jié)束時(shí)，向反應(yīng)所得的CaCO3懸浮液中加入可溶性鎂鹽水溶液，加入的量為所合成的碳酸鈣質(zhì)量的1～4％。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的制備方法，其特征是碳化反應(yīng)前，向Ca(OH)2石灰乳液中加入的酸為氫鹵酸、各種鹵酸、硝酸、甲酸、乙酸或丙烯酸，加入的量為所合成碳酸鈣質(zhì)量的1～3％。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的制備方法，其特征是碳化反應(yīng)結(jié)束時(shí)，向反應(yīng)所得的CaCO3懸浮液中加入可溶性鎂鹽的水溶液為氯化鎂、硝酸鎂、各種低分子量的有機(jī)酸鎂的水溶液，加入的量為所合成的碳酸鈣質(zhì)量的1～4％。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種超細(xì)輕質(zhì)碳酸鈣制備方法。針對(duì)石灰乳液碳化法制備超細(xì)輕質(zhì)碳酸鈣時(shí)，在碳化反應(yīng)的前期，反應(yīng)液極易產(chǎn)生凝膠的現(xiàn)象，通過在石灰乳液中添加易與Ca
文檔編號(hào)C01F11/00GK1709796SQ20041004827
公開日2005年12月21日 申請(qǐng)日期2004年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月17日
發(fā)明者金鑫 申請(qǐng)人:北京化工大學(xué)