本發(fā)明屬于碳酸鈣的制備領域，尤其是一種輕質碳酸鈣的制備方法。
背景技術：
碳酸鈣是現(xiàn)代工業(yè)重要的無機填充材料，廣泛應于橡膠、塑料、造紙、涂料、油墨和食品醫(yī)藥等領域。碳酸鈣按其生產(chǎn)制備過程可分為重質碳酸鈣和輕質碳酸鈣，重質碳酸鈣只要以機械破碎方式將方解石、白云石、大理石通過粗破、細破、分級得到碳酸鈣產(chǎn)品，其制備過程是物理變化過程。輕質碳酸鈣主要通過對石灰石煅燒反應生成生石灰，再加水消化反應生成慶陽滑蓋，再利用二氧化碳碳化得到碳酸鈣沉淀，再經(jīng)過脫水、干燥、粉碎和分級得到輕質碳酸鈣。重質碳酸鈣由于粒度較粗、雜質含量高一般只起到填充作用，降低生產(chǎn)成本。輕質碳酸鈣粒度細、比表面積大，在粒度達到一定粒徑后，其表現(xiàn)出優(yōu)異的補強作用，因此其應用領域更廣、應用效果更優(yōu)異，但價格略貴。
在傳統(tǒng)工藝中，輕質碳酸鈣的生產(chǎn)仍然存在較多的問題：一是對其礦源、礦品位要求高。品位過低或雜質高的礦源很難通過技術手段解決，工業(yè)中通常選用鎂含量較低的方解石作為原料，尤其是食品級碳酸鈣只能在特定礦源取材；二是邊角廢料利用率低。一些礦山的綜合出材率僅有60％不到，表層雜質含量高的原料只能丟棄，造成大量資源浪費和環(huán)保問題；三是傳統(tǒng)工藝采用高溫灼燒、碳化轉型工藝，工藝能耗高、污染大，對環(huán)境不友好。
技術實現(xiàn)要素：
針對上述不足，本發(fā)明旨在提供一種輕質碳酸鈣的制備方法，無需經(jīng)高溫灼燒，能耗低；本方法通過連續(xù)萃取工藝實現(xiàn)雜質高效分離，突破了鈣基材料深度凈化技術問題，解決行業(yè)對礦源、礦品位要求高、無法利用開采邊角廢料的共性難題，直接獲得高純級別的鈣質溶液，工藝對環(huán)境友好、經(jīng)濟社會效益顯著。
為了實現(xiàn)上述技術效果，本發(fā)明提供的技術方案是這樣的：一種輕質碳酸鈣的制備方法，包含以下步驟：
步驟1：將鈣基懸浮液與空白有機相反應，得負載有機相a；
步驟2：將空白有機相與堿性溶液反應，得負載有機相b；
步驟3：將負載有機相a與負載有機相b同時進入逆流串級連續(xù)萃取槽，通過多級萃取交換，得鈣基溶液；
步驟4：將鈣基溶液與可溶性碳酸鹽進行反應得碳酸鈣沉淀物，將其進行洗滌、抽濾、干燥，最終得輕質碳酸鈣。
優(yōu)選地，步驟1所述的鈣基為白云石、石灰石、大理石中的一種或幾種。
優(yōu)選地，步驟1所述的空白有機相為p507、p204中的一種或兩種組合與煤油的混合物。
優(yōu)選地，步驟2所述的空白有機物為p507、p204中的一種或兩種組合。
對于上述的空白有機相和負載有機相，做出如下解釋：所述的空白有機相主要是指p507或p204及其與煤油等的混合物；p507或p204可以用符號ha表示，其中“h”代表氫根，即常說的酸根；氫根是可被替換的功能團，即平時p507或p204呈現(xiàn)出酸性的原因。未被替換時，我們稱之為“空白有機相”，符號即是ha。氫根與金屬交換時，金屬離子進入有機相中形成絡合物，如與鈣反應可寫為caa2，此時稱之為“負載有機相”，即氫根已經(jīng)被替換掉。
優(yōu)選地，步驟2所述的堿性溶液是指能與p507、p204進行酸堿中和反應的堿性溶液，如氨水、氫氧化鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉等。
優(yōu)選地，步驟4所述的可溶性碳酸鹽為堿土金屬及銨的碳酸鹽、碳酸氫鹽中的一種或幾種。
優(yōu)選地，所述的步驟3具體為：將含鈣負載有機相a從進料級進入逆流串級連續(xù)萃取槽中，負載有機相b從第一級進入逆流串級連續(xù)萃取槽中，通過多級萃取交換，鈣離子作為難萃組份從有機相進入水相，在連續(xù)萃取槽第一級得到純化后的鈣基溶液。
更具體地說，該方法依次包括下述步驟：
步驟1：將鈣基原料與水按重量比1:1～2的比例同時加至調(diào)漿池，在60～120r/min的攪拌速度下，攪拌5～10h，得鈣基懸浮液；并將其與空白有機相按體積比1:15～20混合，在60～120r/min的攪拌速度下，攪拌30～60min，將有機相與水相分層，得到負載有機相a；
步驟2：將空白有機相與堿性溶液混合反應，得對應的鹽及負載有機相b；
步驟3：在有機相-hcl萃取分離體系中，將含鈣負載有機相a從進料級進入逆流串級連續(xù)萃取槽中，負載有機相b從第一級進入逆流串級連續(xù)萃取槽中，通過多級萃取交換，鈣離子作為難萃組份從有機相進入水相，在連續(xù)萃取槽第一級得到純化后的鈣基溶液；
步驟4：將純化后的鈣基溶液中ca2+與可溶性碳酸鹽中co2-按摩爾比等于1:1.05～1.15，在反應釜中混合、反應，得到碳酸鈣沉淀物；靜置20～30分鐘，將碳酸鈣沉淀物用水反復洗滌并抽濾，得到碳酸鈣濕料，干燥，得輕質碳酸鈣。
優(yōu)選地，步驟1所述的攪拌速度均為60～120r/min。
優(yōu)選地，步驟4所述的干燥溫度為100～300℃，干燥時間為1～5h。
優(yōu)選地，所述的步驟3還包括：在反萃段用1～3mol/l的鹽酸進行反萃，其他雜質金屬離子作為易萃組分在反萃段通過酸洗滌交換進入水相并在富集后引出，有機相經(jīng)鹽酸反萃再生，循環(huán)使用。
上述步驟3所述的“有機相-hcl萃取分離體系”指的是p507/p204-hcl體系：p507/p204是先與堿性物質發(fā)生酸堿中和反應得到負載有機相，負載有機相中的負載物(金屬離子)通過多級交換獲得高純度的金屬離子，最后，hcl的作用是將負載有機相中的金屬離子替換下來，即實現(xiàn)有機物再生(獲得ha)，從而實現(xiàn)循環(huán)使用。
優(yōu)選地，所述的鈣基原料在使用前需粉碎至200～1000目。
本發(fā)明與傳統(tǒng)方法相比，具有以下優(yōu)點：
1、該工藝創(chuàng)造性使用了有機皂工藝，鈣基材料無需經(jīng)高溫灼傷，不需使用高濃度鹽酸，能耗低，對環(huán)境友好。所使用的有機物可以經(jīng)過反萃工藝再生，實現(xiàn)循環(huán)使用，工藝可連續(xù)自動化，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
2、該工藝創(chuàng)造性使用了有機物皂工藝，并采用連續(xù)萃取純化工藝，突破了傳統(tǒng)工藝無法實現(xiàn)高度純化的技術難題，使得工藝對礦種選擇性更低、有利于提高礦山開采邊角余料利用價值，綜合提高礦山出材率，保護環(huán)境資源。
具體實施方式
下面結合具體實施方式，對本發(fā)明的權利要求書做進一步說明，但不構成對本發(fā)明的任何限制，任何在本發(fā)明權利要求保護范圍內(nèi)所做的有限次修改，仍在本發(fā)明的權利要求保護范圍內(nèi)。
實施例1：
本實施例中所用的鈣基原料為白云石，所用空白有機相為p507，所用可溶性碳酸鹽為碳酸鈉。
將鈣基原料粉碎到200目，在調(diào)漿池中，按重量比1:1的比例同時加入粉碎后的鈣基原料、水，并進行機械強制攪拌混合(攪拌速度為60r/min、攪拌時間為10h)，得鈣基懸浮液。按鈣基懸浮液：空白有機相＝1：15(體積比)的比例混合、強制在60r/min下攪拌30min，然后靜置10min使有機相與水相分層，通過油水分離得到負載有機相a?？瞻子袡C相與堿性溶液反應得到對應的鹽及負載有機相b。
在有機相—hcl萃取分離體系中，含鈣負載有機相a從進料級進入逆流串級連續(xù)萃取槽中，負載有機相b從第一級進入逆流串級連續(xù)萃取槽中，通過多級萃取交換，鈣離子作為難萃組份從有機相進入水相，在連續(xù)萃取槽第一級得到純化后的鈣基溶液；在反萃段用1mol/l的鹽酸進行反萃，其他雜質金屬離子作為易萃組分在反萃段通過酸洗滌交換進入水相并在富集后引出，有機相經(jīng)鹽酸反萃再生，循環(huán)使用。
將純化后的鈣基溶液與碳酸氫銨按1:1.05(ca2+:co32-摩爾比)，在反應釜中混合、反應，得到碳酸鈣沉淀物；反應結束后，靜置20min，將碳酸鈣沉淀物排到真空抽濾裝置上，用水反復洗滌、抽濾3次，得到碳酸鈣濕料，經(jīng)100℃干燥5h，得輕質碳酸鈣產(chǎn)品。
實施例2：
本實施例中所用的鈣基原料為石灰石，所用空白有機相為p204，所用可溶性碳酸鹽為碳酸氫鈉。
將鈣基原料粉碎到500目，在調(diào)漿池中，按重量比1:2的比例同時加入粉碎后的鈣基原料、水，并進行機械強制攪拌混合(攪拌速度為120r/min、攪拌時間為5h)，得鈣基懸浮液。按鈣基懸浮液：空白有機相＝1：17(體積比)的比例混合、強制在120r/min下攪拌50min，然后靜置15min使有機相與水相分層，通過油水分離得到負載有機相a?？瞻子袡C相與堿性溶液反應得到對應的鹽及負載有機相b。
在有機相—hcl萃取分離體系中，含鈣負載有機相a從進料級進入逆流串級連續(xù)萃取槽中，負載有機相b從第一級進入逆流串級連續(xù)萃取槽中，通過多級萃取交換，鈣離子作為難萃組份從有機相進入水相，在連續(xù)萃取槽第一級得到純化后的鈣基溶液；在反萃段用3mol/l的鹽酸進行反萃，其他雜質金屬離子作為易萃組分在反萃段通過酸洗滌交換進入水相并在富集后引出，有機相經(jīng)鹽酸反萃再生，循環(huán)使用。
將純化后的鈣基溶液與碳酸氫銨的碳酸銨混合物按1:1.1(ca2+:co32-摩爾比)，在反應釜中混合、反應，得到碳酸鈣沉淀物；反應結束后，靜置25min，將碳酸鈣沉淀物排到真空抽濾裝置上，用水反復洗滌、抽濾5次，得到碳酸鈣濕料，經(jīng)250℃干燥3h，得輕質碳酸鈣產(chǎn)品。
實施例3：
本實施例中所用的鈣基原料為大理石，所用空白有機相為p204，所用可溶性碳酸鹽為碳酸氫銨。
將鈣基原料粉碎到1000目，在調(diào)漿池中，按重量比1:2的比例同時加入粉碎后的鈣基原料、水，并進行機械強制攪拌混合(攪拌速度為90r/min、攪拌時間為7h)，得鈣基懸浮液。按鈣基懸浮液：空白有機相＝1：20(體積比)的比例混合、強制在90r/min下攪拌60min，然后靜置20min使有機相與水相分層，通過油水分離得到負載有機相a?？瞻棕撦d有機相與堿性溶液反應得到對應的鹽及負載有機相b。
在有機相—hcl萃取分離體系中，含鈣負載有機相a從進料級進入逆流串級連續(xù)萃取槽中，負載有機相b從第一級進入逆流串級連續(xù)萃取槽中，通過多級萃取交換，鈣離子作為難萃組份從有機相進入水相，在連續(xù)萃取槽第一級得到純化后的鈣基溶液；在反萃段用2.5mol/l的鹽酸進行反萃，其他雜質金屬離子作為易萃組分在反萃段通過酸洗滌交換進入水相并在富集后引出，有機相經(jīng)鹽酸反萃再生，循環(huán)使用。
將純化后的鈣基溶液與碳酸氫銨的碳酸銨混合物按1:1.15(ca2+:co32-摩爾比)，在反應釜中混合、反應，得到碳酸鈣沉淀物；反應結束后，靜置30min，將碳酸鈣沉淀物排到真空抽濾裝置上，用水反復洗滌、抽濾8次，得到碳酸鈣濕料，經(jīng)300℃干燥1h，得輕質碳酸鈣產(chǎn)品。
以上所述的僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡在本發(fā)明的精神和原則范圍內(nèi)所做的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。