一種立方狀沉淀碳酸鈣的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種立方狀沉淀碳酸鈣的制備方法，具體地說(shuō)，涉及一種形貌規(guī)整，微 米級(jí)分散性突出的立方狀沉淀碳酸鈣的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 碳酸鈣是一種重要的無(wú)機(jī)粉體材料，廣泛應(yīng)用于橡膠、塑料、造紙、油墨、涂料、醫(yī) 藥等行業(yè)。不同粒徑和形貌的碳酸鈣在填充體系中作用不同。紡錘狀沉淀碳酸鈣可提高紙 張表面光澤和平滑度；針狀沉淀碳酸鈣具有高度各向異性，填充于橡膠、紙張等制品中，可 明顯提高取相方向的機(jī)械性能及體系的流變特性；球狀沉淀碳酸鈣則是一種理想的潤(rùn)滑油 填充材料。
[0003] 立方狀沉淀碳酸鈣的應(yīng)用領(lǐng)域最廣，普及程度也最高。作為橡膠填料，它可與橡膠 分子之間形成架橋作用，結(jié)合牢固，大量取代白炭黑，可賦予硅橡膠理想的加工性能和力學(xué) 性能。同時(shí)，它還賦予紙張較高的白度和不透明度。在塑料行業(yè)，它對(duì)塑料制品的表面光澤 影響較小，可改善制品加工性能，提高抗沖擊強(qiáng)度，還有利于改善電性能和阻燃性能。
[0004] 然而，納米級(jí)立方狀碳酸鈣普遍存在著晶體不完全，形貌不規(guī)整，粒徑分布較寬， 粒徑偏小等問(wèn)題，導(dǎo)致在應(yīng)用中出現(xiàn)較嚴(yán)重的顆粒團(tuán)聚，形成團(tuán)簇體，對(duì)塑料、橡膠的加工 流變性和補(bǔ)強(qiáng)產(chǎn)生不利影響。
[0005] 為了解決以上問(wèn)題，工業(yè)上在制備立方狀納米級(jí)碳酸鈣時(shí)，通常都需要增加一項(xiàng) 加熱熟化工藝。根據(jù)Ostwald熟化原理，納米碳酸鈣在熟化過(guò)程中，由于微晶極其不穩(wěn)定， 溶解度較高，所以這部分晶體會(huì)逐漸溶解，形成構(gòu)晶離子，這些構(gòu)晶離子會(huì)優(yōu)先吸附在原有 碳酸鈣晶體的缺陷表面再次結(jié)晶，從而使制備的立方狀碳酸鈣晶體更完整，分散性更好。
[0006] 然而，傳統(tǒng)的加熱熟化工藝需要的加熱溫度較高，耗時(shí)較長(zhǎng)，而且效果不顯著。研 宄發(fā)現(xiàn)，碳酸鈣漿液在熟化過(guò)程中極易引起"返堿"，造成漿液中鈣離子濃度較高，從而不利 于碳酸鈣微晶的溶解，因此熟化效果不明顯。
[0007] 歐洲專利EP0447094 Al公布了一種加速熟化的方法，主要是在碳酸鈣漿液中先加 入氫氧化鈉，然后再加熱熟化。該技術(shù)確實(shí)有效改善了熟化效果和熟化效率，但熟化程度往 往不能穩(wěn)定控制。
[0008] 中國(guó)華東理工大學(xué)成居正等人研宄發(fā)現(xiàn)，碳酸氫鈉也可以可以有效促進(jìn)碳酸鈣的 熟化過(guò)程。但熟化溫度只能保持在50-60°C，超過(guò)該范圍后，立方狀碳酸鈣會(huì)轉(zhuǎn)變成片狀碳 酸鈣。而且，無(wú)論是氫氧化鈉還是碳酸氫鈉，它們的加入僅僅是抑制了氫氧化鈣的溶解，但 返堿現(xiàn)象確實(shí)存在，所制備的產(chǎn)品PH值居高不下，難以在工業(yè)上推廣應(yīng)用。而本發(fā)明所采 用的方法，可有效解決以上問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種立方狀沉淀碳酸鈣的制備方法。
[0010] 本發(fā)明是基于以下原理實(shí)現(xiàn)的：
[0011] 在傳統(tǒng)沉淀碳酸鈣熟化過(guò)程中，由于返堿現(xiàn)象的存在，氫氧化鈣會(huì)釋放出較多的 鈣離子，從而抑制碳酸鈣微晶的溶解，不利于熟化的進(jìn)行。本發(fā)明在納米碳酸鈣熟漿中加 入尿素和尿素酶，在加熱過(guò)程中，尿素不斷分解成氨氣和二氧化碳，氨氣極容易溶解在漿液 中，使?jié){液呈弱堿性，從而抑制鈣離子的溶解，同時(shí)二氧化碳的生成可以使返堿后的氫氧化 鈣在較低的速率下生成碳酸鈣，這部分碳酸鈣也會(huì)優(yōu)先在原有碳酸鈣晶體的缺面上生長(zhǎng)， 從而得到的產(chǎn)品晶形完整，分散性好，PH值較低。
[0012] 本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案如下：
[0013] 一種立方狀沉淀碳酸鈣的制備方法，其特征在于：包括如下工藝步驟：
[0014] (1)將精制、陳化36?72h后的石灰乳比重調(diào)至L 055?L 070,溫度保持在20? 30 °C之間，然后輸送到帶有攪拌的鼓泡碳酸化反應(yīng)釜中。
[0015] (2)往碳酸化反應(yīng)釜中通入凈化、冷卻后的石灰窯窯氣進(jìn)行碳酸化反應(yīng)，窯氣流量 為4?IOmVh進(jìn)行，其中二氧化碳體積含量為25?35%，當(dāng)反應(yīng)混合物pH值降到7. 0時(shí)， 停止碳酸化反應(yīng)，控制成品碳酸鈣的比表面積（BET)介于20?35m2/g之間。
[0016] (3)在步驟⑵所得碳酸鈣漿液中加入加速熟化劑，然后加熱熟化，在60?90°C 溫度范圍內(nèi)保持2?15h。
[0017] (4)在步驟（3)所得碳酸鈣漿液溫度調(diào)節(jié)至50?90°C，加入表面處理劑，攪拌 60min后完成表面處理。
[0018] (5)將步驟（4)所得的碳酸鈣漿液壓濾脫水、干燥、粉碎即得到本發(fā)明碳酸鈣產(chǎn) 物。
[0019] 上述步驟（3)中所述的加速熟化劑為尿素和尿素酶（尿素：尿素酶=20:1? 10:1)，加速熟化劑加入量為碳酸鈣干基質(zhì)量的〇. 5?3. 0%。
[0020] 上述步驟（4)中所述的表面處理劑為硬脂酸鈉鹽，其用量為碳酸鈣干基質(zhì)量的 1. 8 ?3. 0%〇
[0021] 上述步驟（5)中所述的干燥溫度為120°C，干燥至產(chǎn)物水份小于0. 65%止；干燥物 料以一種針式粉碎機(jī)粉碎。
[0022] 按照以上方法制備的沉淀碳酸鈣為立方狀，分散性好，形貌規(guī)整，粒徑介于80? 120nm，粒徑分布較窄。
[0023] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果：
[0024] (1)與傳統(tǒng)加熱熟化相比，本發(fā)明工藝熟化效率高，可在較短時(shí)間內(nèi)獲得大顆粒立 方狀沉淀碳酸鈣；
[0025] (2)與氫氧化鈉加速熟化相比，本發(fā)明工藝的粒徑控制及pH值控制更有效、更穩(wěn) 定；
[0026] (3)本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單可行，生產(chǎn)成本低，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。
【附圖說(shuō)明】
[0027] 圖1是實(shí)施例1碳酸鈣熟化前的掃描電子顯微鏡照片。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面將對(duì)本發(fā)明【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)描述。旨在幫助讀者理解，不能構(gòu)成對(duì)本 發(fā)明實(shí)施范圍的限定。
[0029] 實(shí)施例1
[0030] (1)將精制、陳化48h后的石灰乳比重調(diào)至1. 055,溫度保持為20°C，然后輸送到帶 有攪拌的鼓泡碳酸化反應(yīng)釜中。
[0031] (2)往碳酸化反應(yīng)釜中通入凈化、冷卻后的石灰窯窯氣進(jìn)行碳酸化反應(yīng)，窯氣流量 為8m 2/h進(jìn)行，其中二氧化碳體積含量為33%，當(dāng)反應(yīng)混合物pH值降到7. 0時(shí)，停止碳酸化 反應(yīng)，成品碳酸鈣的比表面積（BET)為30. 12m2/g。
[0032] (3)在步驟（2)所得碳酸鈣漿液中加入加速熟化劑，然后加熱熟化，在80°C溫度范 圍內(nèi)保持3h。
[0033] (4)在步驟（3)所得碳酸鈣漿液溫度調(diào)節(jié)至90°C，加入表面處理劑，攪拌60min后 完成表面處理。
[0034] (5)將步驟（4)所得的碳酸鈣漿液壓濾脫水、干燥、粉碎即得到本發(fā)明碳酸鈣產(chǎn) 物。
[0035] 上述步驟（3)中的加速熟化劑為尿素和尿素酶（尿素：尿素酶=18:1)，加速熟化 劑加入量為碳酸鈣干基質(zhì)量的2. 5%。
[0036] 上述步驟（4)中的表面處理劑為硬脂酸鈉，其用量為碳酸鈣干基質(zhì)量的2. 5%。
[0037] 上述步驟（5)中的干燥溫度為120°C，干燥至產(chǎn)物水份小于0. 65%止；干燥物料以 一種針式粉碎機(jī)粉碎。
[0038] 實(shí)施例2
[0039] (1)將精制、陳化48h后的石灰乳比重調(diào)至1. 055,溫度保持為23°C，然后輸送到帶 有攪拌的鼓泡碳酸化反應(yīng)釜中。
[0040] (2)往碳酸化反應(yīng)釜中通入凈化、冷卻后的石灰窯窯氣進(jìn)行碳酸化反應(yīng)，窯氣流量 為4m 2/h進(jìn)行，其中二氧化碳體積含量為33%，當(dāng)反應(yīng)混合物pH值降到7. 0時(shí)，停止碳酸化 反應(yīng)，成品碳酸鈣的比表面積（BET)為24. 35m2/g。
[0041] (3)在步驟⑵所得碳酸鈣漿液中加入加速熟化劑，然后加熱熟化，在90°C溫度范 圍內(nèi)保持3h。
[0042] (4)在步驟（3)所得碳酸鈣漿液溫度調(diào)節(jié)至90°C，加入表面處理劑，攪拌60min后 完成表面處理。
[0043] 將步驟（4)所得的碳酸鈣漿液壓濾脫水、干燥、粉碎即得到本發(fā)明碳酸鈣產(chǎn)物。
[0044] 上述步驟（3)中的加速熟化劑為尿素和尿素酶（尿素：尿素酶=18:1)，加速熟化 劑加入量為碳酸鈣干基質(zhì)量的1. 〇%。
[0045] 上述步驟（4)中的