一種碳酸鈣纖維的制備方法
【專利摘要】一種碳酸鈣纖維的制備方法，其特征在于通過高速氣流分散機(jī)螺旋加速運(yùn)動(dòng)使微細(xì)氫氧化鈣在半干狀態(tài)下高速運(yùn)動(dòng)，并與二氧化碳充分接觸，電離的Ca2+與通入的CO2快速反應(yīng)生成CaCO3沉淀，同時(shí)噴灑含有游離Mg2+的氯化鎂溶液，使Mg2+附著在碳酸鈣晶體表面，從而減弱碳酸鈣晶面的生長(zhǎng)速度，并側(cè)向快速鏈接，最終形成纖維狀的碳酸鈣纖維。利用該方法制備碳酸鈣纖維生產(chǎn)效率高、設(shè)備投入低、可連續(xù)化操作、易于實(shí)施與控制、無污水排放、成本低廉、利于工業(yè)化生產(chǎn)，得到的碳酸鈣纖維具有優(yōu)異的高長(zhǎng)徑比和高結(jié)晶度，不僅可以提高復(fù)合材料的力學(xué)性能，而且還可以提高復(fù)合材料的加工性、表面光潔性，廣泛應(yīng)用于塑料、造紙、涂料等領(lǐng)域。
【專利說明】一種碳酸鈣纖維的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無機(jī)礦物纖維領(lǐng)域，具體涉及一種碳酸鈣纖維的制備方法。
【背景技術(shù)】[0002]由于無機(jī)礦物纖維特殊的增強(qiáng)功能，在塑料、造紙、涂料、建筑、摩擦材料等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)有無機(jī)礦物纖維主要分為兩大類，一類是具有纖維結(jié)構(gòu)的礦物通過剝離微細(xì)而得，如硅灰石、海泡石、纖維水鎂石等，該類礦物纖維成本低增強(qiáng)性較好，但由于礦物受雜質(zhì)影響，其質(zhì)量不穩(wěn)定；另一類是通過煅燒熔化拉絲而成的人造礦物纖維，如玻璃纖維、玄武巖纖維等，增強(qiáng)效果明顯，但其生產(chǎn)成本高，能耗高，污染大，使其應(yīng)用受到限制。
[0003]因此無機(jī)礦物纖維領(lǐng)域不斷尋求新的突破。碳酸鈣是一種儲(chǔ)量豐富的天然資源，其主要來自于方解石、石灰石和大理石，分子式為CaC03。傳統(tǒng)的利用方式是開采后采用機(jī)械破碎再研磨成超細(xì)碳酸鈣，主要用于涂料、塑料、橡膠、造紙、食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域的普通填料。隨著無機(jī)非金屬技術(shù)的發(fā)展，碳酸鈣向著多元化、專業(yè)化、精細(xì)化方向迅速發(fā)展，單一的超細(xì)碳酸鈣難以滿足碳酸鈣作為填料增韌增強(qiáng)的要求。目前，碳酸鈣正向著異型結(jié)構(gòu)發(fā)展，諸如纖維狀、片狀、球狀等異型碳酸鈣由于其特殊的結(jié)構(gòu)使其在應(yīng)用中賦予材料特殊的功能性。碳酸鈣纖維與傳統(tǒng)納米碳酸鈣相比，不會(huì)出現(xiàn)納米粉末使用時(shí)容易出現(xiàn)的團(tuán)聚現(xiàn)象，增韌性能更為優(yōu)異。為了獲得純度高、長(zhǎng)徑比優(yōu)良的礦物纖維，技術(shù)人員嘗試通過合成的方法得到了纖維狀礦物。因此通過化學(xué)合成，使獲得纖維狀的碳酸鈣成為可能。中國(guó)發(fā)明專利CN1552959A公開了一種碳酸鈣晶須的制備工藝，該工藝通過消化、反應(yīng)液制備、碳化、過濾、干燥得到了碳酸鈣晶須，其工藝借鑒了傳統(tǒng)輕鈣的制備工藝，以氯化鎂溶液作為反應(yīng)液進(jìn)行晶型誘導(dǎo)，在1-1.5Mpa的壓力下反應(yīng)制備碳酸鈣晶須，碳化反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)(2-3小時(shí))，尤其是采用大量的氯化鎂，需要洗滌干燥，能耗較高，容易造成污染。中國(guó)發(fā)明專利CN200610117021公開了一種長(zhǎng)度和直徑可控的纖維狀輕質(zhì)碳酸鈣的制備方法，該發(fā)明在Ca(OH)2漿料中加入MgCL2,同時(shí)加入乳酸，通入CO2氣體碳化，得到纖維狀輕鈣。中國(guó)發(fā)明專利CN200610117022公開了制備纖維狀輕質(zhì)碳酸鈣的方法及反應(yīng)器，該方法是將Ca(OH)2漿料與2倍的MgCL2混合物加熱至80-95°C，再將混合漿料連續(xù)的從一端送入水平放置的長(zhǎng)條形反應(yīng)器中，含有CO2的氣體通過反應(yīng)器中的氣體分布構(gòu)件后與CO2氣體連續(xù)錯(cuò)流接觸進(jìn)行碳化反應(yīng)，漿料中的Ca(OH)2碳化成纖維狀輕鈣，然后從反應(yīng)器出口流出，過濾、洗滌，即獲得所說的纖維狀輕鈣。
[0004]根據(jù)上述，通過合成獲得纖維狀碳酸鈣已成為碳酸鈣向高附加值發(fā)展的深加工方向，但其制備方法均是在傳統(tǒng)輕質(zhì)碳酸鈣的基礎(chǔ)上通過使用晶型誘導(dǎo)劑在碳化器中反應(yīng)而得。其存在的缺陷在于:由于反應(yīng)在漿料中進(jìn)行，晶型誘導(dǎo)劑同時(shí)參與所有氫氧化鈣電離的鈣離子吸附，利用率低，需要消耗大量的晶型誘導(dǎo)劑，尤其是反應(yīng)產(chǎn)物需要反應(yīng)、過濾、洗滌、干燥等復(fù)雜工藝，能耗成本也高。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)制備纖維狀碳酸鈣反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、能耗高、工藝復(fù)雜、晶型誘導(dǎo)劑使用量大、誘導(dǎo)能力有限等缺陷和不足，本發(fā)明提供一種碳酸鈣纖維的制備方法，具體是一種在非漿料狀態(tài)下制備碳酸鈣纖維的方法。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種碳酸鈣纖維的制備方法，其特征是通過高速氣流分散機(jī)使微細(xì)氫氧化鈣在半干狀態(tài)下電離Ca2+與通入的壓縮CO2反應(yīng)生成CaCO3沉淀，同時(shí)噴灑含有游離Mg2+的氯化鎂溶液，使Mg2+附著在碳酸鈣晶體表面，從而減弱碳酸鈣晶面的生長(zhǎng)速度，形成具有纖維狀的碳酸鈣纖維。由于高速氣流分散機(jī)使氫氧化鈣在半干狀態(tài)下不斷電離Ca2+，因此Mg2+抑制碳酸鈣晶面生長(zhǎng)，待完成晶面?zhèn)认蜴溄雍驧g2+循環(huán)進(jìn)入其余電離的離Ca2+表面進(jìn)行循環(huán)抑制，大大降低了誘導(dǎo)劑的用量。
[0007]本發(fā)明提出的一種碳酸鈣纖維的制備方法，包括以下具體步驟:
(1)首先將六水合氯化鎂配制成50-60%的高濃度溶液,裝入噴灑裝置備用；
(2)將氫氧化鈣輸入雙筒振動(dòng)磨，通過雙筒設(shè)置的鋼棒作研磨介質(zhì)，以18次/min的振動(dòng)頻率將氫氧化鈣粉末研磨至< I μ m的微細(xì)粉體；
(3)將步驟(2)得到的氫氧化鈣微細(xì)粉體與水、檸檬酸按重量比100:3:0.1在高速氣流分散機(jī)中混合，并以800-1200rpm的轉(zhuǎn)速混合5_10min,使氫氧化鈣變?yōu)闈駶?rùn)狀粉體；
(4)將高速氣流分散機(jī)溫度設(shè)定為120-150°C，并以1200-1500rpm的轉(zhuǎn)速分散攪拌，開啟氯化鎂溶液噴灑裝置，高濃度氯化鎂溶液以100g/min的速度噴灑于高速分散的氫氧化鈣粉體中，氯化鎂絕干噴灑量為氫氧化鈣重量的0.5-1%，同時(shí)通入含二氧化碳60-80%的二氧化碳/空氣混合壓縮氣體，氣體通入速率為20-25L/min，高速分散10_15min，由于Mg2+的抑制，Ca2+與CO32形成的碳酸鈣晶體無法重疊生長(zhǎng)，而是側(cè)向快速鏈接，最終形成纖維狀碳酸鈣；
(5)關(guān)閉氯化鎂溶液噴灑裝置，繼續(xù)通二氧化碳/空氣混合壓縮氣體lOmin，將高速氣流分散機(jī)轉(zhuǎn)速降至200-400rpm,開啟高速氣流分散機(jī)排氣孔,氣流對(duì)撞所形成的高度瑞流，以及濕潤(rùn)碳酸鈣纖維非穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)的快速傳熱，使?jié)駶?rùn)碳酸鈣纖維在極短的時(shí)間內(nèi)完成干燥，打開氣動(dòng)放料閥得到干燥蓬松狀的碳酸鈣纖維。
[0008]上述一種碳酸鈣纖維的制備方法中所述的雙筒振動(dòng)磨是利用二級(jí)圓筒的高頻振動(dòng)，筒中的鋼棒介質(zhì)依靠慣性力沖擊物料使氫氧化鈣研磨至微細(xì)粉體，以Φ20_的鋼棒作為研磨介質(zhì)，鋼棒過滲碳處理，表面硬度達(dá)到HRC55以上，氫氧化鈣粉末研磨至< Iym的微細(xì)粉體，在弱酸及高速撞擊的條件下極易電離出Ca2+。
[0009]上述一種碳酸鈣纖維的制備方法中所述的高速氣流分散機(jī)由固定腔室和高速旋轉(zhuǎn)的螺旋轉(zhuǎn)子組成，在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，壓縮二氧化碳/空氣以亞音速(50-60m/s)沿切線方向進(jìn)入螺旋轉(zhuǎn)子，進(jìn)入到腔室后，氫氧化鈣粒子與二氧化碳/空氣由于受到高速螺旋轉(zhuǎn)子的加速作用沿螺旋線運(yùn)動(dòng)發(fā)生高速碰撞，瞬時(shí)電離的Ca2+與CO2反應(yīng)生成CaC03。
[0010]本發(fā)明一種碳酸鈣纖維的制備方法，通過高速氣流分散機(jī)的螺旋加速運(yùn)動(dòng)使微細(xì)氫氧化鈣在半干狀態(tài)下高速運(yùn)動(dòng)，并與二氧化碳充分接觸，電離的Ca2+與通入的CO2快速反應(yīng)生成CaCO3沉淀，同時(shí)噴灑含有游離Mg2+的氯化鎂溶液，使Mg2+附著在碳酸鈣晶體表面，從而減弱碳酸鈣晶面的生長(zhǎng)速度，并側(cè)向快速鏈接，最終形成纖維狀的碳酸鈣纖維。不但反應(yīng)時(shí)間縮短效率提高，而且Mg2+的抑制效果被充分循環(huán)利用，降低了氯化鎂的用量，不用洗滌干燥，大大降低了碳酸鈣纖維的生產(chǎn)能耗。[0011]通過本發(fā)明一種碳酸鈣纖維的制備方法獲得的碳酸鈣纖維具有優(yōu)異的高長(zhǎng)徑比，通過測(cè)試，碳酸鈣纖維的長(zhǎng)度為50-60 μ m,長(zhǎng)徑比為:20-30，通過掃描電鏡SEM分析，結(jié)晶度超過98%，雜質(zhì)含量低。由于本發(fā)明碳酸鈣纖維雜質(zhì)缺陷少，并具有大的長(zhǎng)徑比，不僅可以提高復(fù)合材料的力學(xué)性能，而且可明顯改進(jìn)復(fù)合材料加工性、表面光潔性，大大提高增強(qiáng)體系的綜合性能。 通過本發(fā)明一種碳酸鈣纖維的制備方法獲得的碳酸鈣纖維，由于采用了在非漿料(半干)狀態(tài)下的高效的氣流反應(yīng)，不但設(shè)備投入低，而且生產(chǎn)周期短、無需洗滌、無廢水排放，生產(chǎn)成本甚至低于輕質(zhì)碳酸鈣(輕質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)成本800元/噸)。
[0012]本發(fā)明一種碳酸鈣纖維的制備方法，其突出的特點(diǎn)在于:
1、本發(fā)明一種碳酸鈣纖維的制備方法是在非漿料(半干)狀態(tài)下通過高速氣流分散機(jī)實(shí)現(xiàn)了使氫氧化鈣在半干狀態(tài)下電離Ca2+與CO2快速反應(yīng)生成CaCO3沉淀；
2、本發(fā)明一種碳酸鈣纖維的制備方法是在非漿料(半干)狀態(tài)下通過高速氣流分散機(jī)使Mg2+附著在碳酸鈣晶體表面，提高M(jìn)g2+的抑制效果，降低了氯化鎂的使用量，使Ca2+與CO32形成的碳酸鈣晶體無法重疊生長(zhǎng)，而是側(cè)向快速鏈接，最終形成纖維狀碳酸鈣；
3、本發(fā)明一種碳酸鈣纖維的制備方法生產(chǎn)效率高、設(shè)備投入低、可連續(xù)化操作、易于實(shí)施與控制、無污水排放、成本低廉、利于工業(yè)化生產(chǎn)；
4、本發(fā)明一種碳酸鈣纖維的制備方法得到的碳酸鈣纖維具有優(yōu)異的高長(zhǎng)徑比和高結(jié)晶度，不僅可以提高復(fù)合材料的力學(xué)性能，而且還可以提高復(fù)合材料的加工性、表面光潔性，廣泛應(yīng)用于塑料、造紙、涂料等領(lǐng)域。
【具體實(shí)施方式】
[0013]以下【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明的上述內(nèi)容再作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)例。在不脫離本發(fā)明上述技術(shù)思想情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識(shí)和慣用手段做出的各種替換或變更，均應(yīng)包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0014]實(shí)施例1
(O首先將六水合氯化鎂配制成50-60%的高濃度溶液,裝入噴灑裝置備用；
(2)將氫氧化鈣輸入雙筒振動(dòng)磨，通過雙筒設(shè)置的鋼棒作研磨介質(zhì)，以18次/min的振動(dòng)頻率將氫氧化鈣粉末研磨 至< I μ m的微細(xì)粉體；
(3)將步驟(2)得到的微細(xì)氫氧化鈣與水、檸檬酸按重量比100:3:0.1在高速氣流分散機(jī)中混合，并以800rpm的轉(zhuǎn)速混合IOmin,使氫氧化鈣變?yōu)闈駶?rùn)狀粉體；
(4)將高速氣流分散機(jī)溫度設(shè)定為120°C，并以1500rpm的轉(zhuǎn)速分散攪拌，開啟氯化鎂溶液噴灑裝置，高濃度氯化鎂溶液以100g/min的速度噴灑于高速分散的氫氧化鈣粉體中，氯化鎂絕干噴灑量為氫氧化鈣重量的0.5%，同時(shí)通入含二氧化碳80%的二氧化碳/空氣混合壓縮氣體，氣體通入速率為20-25L/min，高速分散15min，由于Mg2+的抑制，Ca2+與CO32形成的碳酸鈣晶體無法重疊生長(zhǎng)，而是側(cè)向快速鏈接，最終形成纖維狀碳酸鈣；
(5)關(guān)閉氯化鎂溶液噴灑裝置，繼續(xù)通二氧化碳/空氣混合壓縮氣體lOmin，將高速氣流分散機(jī)轉(zhuǎn)速降至200rpm，開啟高速氣流分散機(jī)排氣孔，氣流對(duì)撞所形成的高度湍流，以及濕潤(rùn)碳酸鈣纖維非穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)的快速傳熱，使?jié)駶?rùn)碳酸鈣纖維在極短的時(shí)間內(nèi)完成干燥，打開氣動(dòng)放料閥得到干燥蓬松狀的碳酸鈣纖維。
[0015]通過檢測(cè):得到的碳酸鈣纖維呈蓬松狀白色微粉，結(jié)晶度大于98%，與市售鈦酸鉀
【權(quán)利要求】
1.一種碳酸鈣纖維的制備方法，其特征在于通過高速氣流分散機(jī)螺旋加速運(yùn)動(dòng)使微細(xì)氫氧化鈣在半干狀態(tài)下高速運(yùn)動(dòng)，并與二氧化碳充分接觸，電離的Ca2+與通入的CO2快速反應(yīng)生成CaCO3沉淀，同時(shí)噴灑含有游離Mg2+的氯化鎂溶液，使Mg2+附著在碳酸鈣晶體表面，從而減弱碳酸鈣晶面的生長(zhǎng)速度，并側(cè)向快速鏈接，最終形成纖維狀的碳酸鈣纖維，具體制備步驟如下: (O首先將六水合氯化鎂配制成50-60%的高濃度溶液,裝入噴灑裝置備用； (2)將氫氧化鈣輸入雙筒振動(dòng)磨，通過雙筒設(shè)置的鋼棒作研磨介質(zhì)，以18次/min的振動(dòng)頻率將氫氧化鈣粉末研磨至< I μ m的微細(xì)粉體； (3)將步驟(2)得到的氫氧化鈣微細(xì)粉體與水、檸檬酸按重量比100:3:0.1在高速氣流分散機(jī)中混合，并以800-1200rpm的轉(zhuǎn)速混合5_10min,使氫氧化鈣變?yōu)闈駶?rùn)狀粉體； (4)將高速氣流分散機(jī)溫度設(shè)定為120-150°C，并以1200-1500rpm的轉(zhuǎn)速分散攪拌，開啟氯化鎂溶液噴灑裝置，高濃度氯化鎂溶液以100g/min的速度噴灑于高速分散的氫氧化鈣粉體中，氯化鎂絕干噴灑量為氫氧化鈣重量的0.5-1%，同時(shí)通入含二氧化碳60-80%的二氧化碳/空氣混合壓縮氣體，氣體通入速率為20-25L/min，高速分散10_15min，由于Mg2+的抑制，Ca2+與CO32形成的碳酸鈣晶體無法重疊生長(zhǎng)，而是側(cè)向快速鏈接，最終形成纖維狀碳酸鈣； (5)關(guān)閉氯化鎂溶液噴灑裝置，繼續(xù)通二氧化碳/空氣混合壓縮氣體lOmin，將高速氣流分散機(jī)轉(zhuǎn)速降至200-400rpm,開啟高速氣流分散機(jī)排氣孔,氣流對(duì)撞所形成的高度瑞流，以及濕潤(rùn)碳酸鈣纖維非穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)的快速傳熱，使?jié)駶?rùn)碳酸鈣纖維在極短的時(shí)間內(nèi)完成干燥，打開氣動(dòng)放料閥得到干燥蓬松狀的碳酸鈣纖維。
2.如權(quán)利要求1所述的一種碳酸鈣纖維的制備方法，其特征在于步驟(2)所述的雙筒振動(dòng)磨具有二級(jí) 圓筒的高頻振動(dòng)，筒中的鋼棒介質(zhì)依靠慣性力沖擊物料使氫氧化鈣研磨至微細(xì)粉體，其中以O(shè)20mm的鋼棒作為研磨介質(zhì)，鋼棒過滲碳處理，表面硬度達(dá)到HRC55以上。
3.如權(quán)利要求1所述的一種碳酸鈣纖維的制備方法，其特征在于步驟(3)、(4)所述的高速氣流分散機(jī)由固定腔室和高速旋轉(zhuǎn)的螺旋轉(zhuǎn)子組成，在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，微細(xì)氫氧化鈣粒子與二氧化碳/空氣由于受到高速螺旋轉(zhuǎn)子的加速作用沿螺旋線運(yùn)動(dòng)發(fā)生高速碰撞，瞬時(shí)電尚的Ca與CO2反應(yīng)生成CaCO3。
4.如權(quán)利要求1所述的一種碳酸鈣纖維的制備方法，其特征在于步驟(4)、(5)所述二氧化碳/空氣混合壓縮氣體可產(chǎn)生亞音速(50-60m/s)的氣流,沿切線方向進(jìn)入高速氣流分散機(jī)螺旋轉(zhuǎn)子。
【文檔編號(hào)】C01F11/18GK103539188SQ201310524323
【公開日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月30日
【發(fā)明者】陳慶, 曾軍堂 申請(qǐng)人:成都新柯力化工科技有限公司