一種生產(chǎn)納米碳酸鈣的碳化活化一體化裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)納米碳酸鈣碳化活化一體化裝置及方法，包括導熱油夾套、制冷盤管、酸度計、熱電偶、氣體分布器、變頻調(diào)速攪拌機、二氧化碳緩沖罐等部件，將質(zhì)量百分濃度為6～15％的氫氧化鈣精漿打入碳化活化一體化裝置，攪拌，冷卻，通入變濃度的二氧化碳?空氣混合氣進行碳化，碳化溫度10～50℃，當pH降至6～7，終止碳化，再開啟夾套導熱油加熱，增大攪拌轉(zhuǎn)速，加入相當于氫氧化鈣干基質(zhì)量1～5％的添加劑，控制活化溫度為60～90℃，活化改性20～40分鐘后，停止加熱與攪拌，結(jié)束活化改性。將碳化活化后的料漿移出一體化裝置，壓濾脫水，在110～130℃充分干燥后，即可得到不同晶型的納米碳酸鈣產(chǎn)品。
【專利說明】
一種生產(chǎn)納米碳酸鈣的碳化活化一體化裝置及方法
技術(shù)領域
[0001]本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)納米碳酸鈣碳化活化一體化裝置及方法，屬于無機化工粉體材料領域。
【背景技術(shù)】
[0002]碳酸鈣是一種用量大、用途廣的無機粉體材料，由于其原料廣、價格低、無毒性、白度高等特點，廣泛用作橡膠、塑料、造紙、涂料、油漆、電線、電纜、油墨、食品、日化、飼料等行業(yè)的填料或添加劑。納米碳酸媽作為一種新型高檔功能性無機粉體材料得到了越來越廣泛的應用，但還存在一些產(chǎn)品晶型一致性、完整性、產(chǎn)品分散性和質(zhì)量穩(wěn)定性較差的問題，產(chǎn)品粒度分布不夠均勻，產(chǎn)品沉降體積可控性不佳，包裹返堿現(xiàn)象時有發(fā)生。現(xiàn)在生產(chǎn)納米碳酸鈣通常的做法是在碳化釜內(nèi)進行碳化反應，傳統(tǒng)碳化過程的氣體分布器氣體分布效果不理想，存在碳化死角，造成產(chǎn)品返堿，碳化反應完成后所得熟漿需要進行靜置、陳化、冷卻、增濃等工序處理，再轉(zhuǎn)移到濕法活化釜中進行活化處理，活化改性需要加熱，但這時碳酸鈣熟漿已經(jīng)冷卻到常溫，加熱需要消耗較多的能量，這不僅需要花費長時間24小時以上、降低了生產(chǎn)效率，也多消耗了能量，增加了生產(chǎn)成本。
[0003]為克服上述碳化釜及其生產(chǎn)納米碳酸鈣工藝的缺陷，本發(fā)明一種生產(chǎn)納米碳酸鈣的碳化活化一體化裝置及方法，簡化了生產(chǎn)納米碳酸鈣的裝置與流程，避免了漿液的靜置、陳化、冷卻、增濃等工藝環(huán)節(jié)，提高了工藝的連續(xù)性，有效利用了碳化反應過程部分反應熱，有利于節(jié)能和提尚廣品質(zhì)量穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種生產(chǎn)納米碳酸鈣的碳化活化一體化裝置及方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0006]1.—種生產(chǎn)納米碳酸鈣的碳化活化一體化裝置，由導熱油夾套、冷卻盤管、二氧化碳氣體分布器、變頻調(diào)速攪拌機、外桶器壁構(gòu)成，內(nèi)裝有酸度計和熱電偶，冷卻盤管通冷卻劑用于控制碳化反應溫度，導熱油夾套用于活化改性時加熱，這樣構(gòu)成碳化活化的一體化裝置；
[0007]所述的碳化活化一體化裝置還與二氧化碳-空氣混合緩沖罐系統(tǒng)相連接，該緩沖罐系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)二氧化碳與空氣的混合比例以及二氧化碳-空氣混合氣的流量與壓力；
[0008]所述的二氧化碳氣體分布器是由一個空心圓圈和與其相連通的空心中心十字架組成，空心圓圈和與其相連通的空心中心十字架上開有通氣孔，為避免氣體分布器下方空間出現(xiàn)氣體不能到達的死角和避免沉淀物堵塞通氣孔，空心圓圈上相鄰通氣孔向里向外相向錯位15?30度斜開口朝下，空心中心十字架上相鄰通氣孔向兩邊相向錯位15?30度斜開口朝下，通氣孔直徑為3?9mm，通氣孔間距為5?10cm，通氣孔呈對稱分布，且圓周分布較密而中心分布較稀，以滿足二氧化碳氣體在碳化活化一體化裝置中均勻分布的需要。
[0009]2.根據(jù)I所述碳化活化一體化裝置生產(chǎn)納米碳酸鈣的方法，是將經(jīng)除渣精制處理的質(zhì)量百分濃度6?15%的氫氧化鈣料漿，用上漿栗打入碳化活化一體化裝置，慢速攪拌、冷卻盤管中通入冷卻水冷卻，控制碳化反應溫度為1?50 °C，通入含二氧化碳體積百分濃度30?100 %的二氧化碳-空氣混合氣進行碳化，當碳化液pH值達到6?7時，停止通入二氧化碳-空氣混合氣，停止制冷，結(jié)束碳化反應，再啟動導熱油加熱，快速攪拌，當料漿溫度達到60?90°C，加入相當于氫氧化鈣干基質(zhì)量I?5%的添加劑，活化改性20?40分鐘后，停止加熱與攪拌，結(jié)束活化改性，將料漿移出一體化裝置，壓濾脫水，在110?130 °C充分干燥后，即得到納米碳酸鈣產(chǎn)品；
[0010]所述碳化過程慢速攪拌的轉(zhuǎn)速為每分鐘100?300轉(zhuǎn)，所述碳化過程通入二氧化碳氣體體積百分濃度從100 %到30 %逐漸降低，與氫氧化鈣水槳濃度逐漸降低同步變化，而碳化溫度則從10°C到50°C逐漸升高，這樣既實現(xiàn)二氧化碳與氫氧化鈣碳化反應濃度的適配，又保證二氧化碳氣體得到充分分散和利用，并且維持一定的停留時間，以實現(xiàn)高效碳化；[0011 ]所述活化過程快速攪拌的轉(zhuǎn)速為每分鐘310?600轉(zhuǎn)，利用快速攪拌動能帶來的粒子碰撞，在表面活性劑作用下進行活化改性；
[0012]所述添加劑為硫酸鋅、聚乙二醇、硬酯酸、硬酯酸鈉、聚丙烯酸鈉的至少一種或一種以上。
[0013]3.根據(jù)2所述碳化活化一體化裝置生產(chǎn)納米碳酸鈣的方法，當氫氧化鈣料漿質(zhì)量百分濃度為6?10%時，控制通入二氧化碳-空氣混合氣中二氧化碳體積百分濃度從80%逐漸降低到30%，控制碳化最終溫度為30?40°C，在碳酸鈣活化階段所加表面活性劑為硬酯酸鈉，硬酯酸鈉加入量為氫氧化鈣干基質(zhì)量的I?3.5%，所得納米碳酸鈣產(chǎn)品形貌為紡綞體，產(chǎn)品粒度為40?60納米。
[0014]4.根據(jù)權(quán)利要求2所述碳化活化一體化裝置生產(chǎn)納米碳酸鈣的方法，當氫氧化鈣漿液濃度為11?15 %時，加入相當于氫氧化鈣干基質(zhì)量的0.3?0.5 %的硫酸鋅，控制通入含二氧化碳-空氣混合氣中二氧化碳體積百分濃度從100%逐漸降低到50%，控制碳化最終溫度40?50°C，在碳酸鈣活化階段所加表面活性劑為聚乙二醇和硬酯酸復合表面活化劑，聚乙二醇和硬酯酸二者的質(zhì)量加入量分別為氫氧化鈣干基質(zhì)量的1.5?2.5 %和0.5?I %，所得納米碳酸鈣產(chǎn)品形貌為立方體，產(chǎn)品粒度為70?90納米。
[0015]5.根據(jù)權(quán)利要求2所述碳化活化一體化裝置生產(chǎn)納米碳酸鈣的方法，所得納米碳酸鈣產(chǎn)品的堿度控制在pH 9?10，產(chǎn)品活化度2 98%。
[0016]本發(fā)明具有如下技術(shù)優(yōu)勢與有益效果:
[0017]1.本發(fā)明生產(chǎn)納米碳酸鈣的裝置，集碳化、活化一體化，結(jié)構(gòu)簡單，能量利用合理，操作方便，成本低，實用性強，產(chǎn)品質(zhì)量可控，可生產(chǎn)不同晶型結(jié)構(gòu)的納米碳酸鈣產(chǎn)品。
[0018]2.通過特制的氣體分布器、通入可調(diào)節(jié)的二氧化碳氣體濃度與調(diào)速機械攪拌，來改善二氧化碳氣體分布效果、避免碳化死角和產(chǎn)品包裹返堿現(xiàn)象，加入少量添加劑，控制碳酸鈣產(chǎn)品晶型和產(chǎn)品粒度，保證產(chǎn)品的一致性和完整性，提高產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0019]圖1為生產(chǎn)納米碳酸鈣的碳化活化一體化裝置:1-添加劑入口兼排氣口； 2-酸度計;3-熱電偶;4-冷卻水進口 ；5-器壁;6-冷卻盤管;7-攪拌軸;8-氣體分布器;9-變頻調(diào)速攪拌機；1-CO2入口 ； 11-氫氧化鈣料漿入口 ； 12-冷卻水出口 ； 13-導熱油出口 ； 14-攪拌槳；15-導熱油夾套;16-導熱油進口； 17-放料口。
[0020]圖2為氣體分布器。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
[0022]實施例1
[0023]常溫下，將經(jīng)除渣精制處理的質(zhì)量百分濃度8%的氫氧化鈣料漿，用上漿栗打入碳化活化一體化裝置，開啟攪拌，攪拌速度為每分鐘150轉(zhuǎn)，冷卻盤管中通入冷卻水冷卻，控制碳化反應溫度不超過40°C，通入二氧化碳-空氣混合氣進行碳化反應，通過熱電偶測溫、通過酸度計檢測PH來表征碳化反應進程，隨著碳化反應的進行，調(diào)節(jié)所通入二氧化碳體積百分濃度由最初的80%逐漸降低至30%，當碳化液pH值達到6時，停止通入二氧化碳-空氣混合氣，停止制冷，結(jié)束碳化反應，再啟動導熱油加熱，快速攪拌，攪拌速度為每分鐘350轉(zhuǎn)，當料漿溫度達到70°C時，加入相當于氫氧化鈣干基質(zhì)量2%的硬酯酸鈉，活化改性30分鐘后，停止加熱與攪拌，結(jié)束活化改性，將碳化活化后的料漿移出一體化裝置，壓濾脫水，在120°C充分干燥后，即得到納米碳酸鈣產(chǎn)品，納米碳酸鈣晶型呈紡綞體，長徑比約為3?4:1，平均粒徑45nm，所得納米碳酸|丐產(chǎn)品的堿度為pH 9，產(chǎn)品活化度為98.5%。
[0024]實施例2
[0025]常溫下，將經(jīng)除渣精制處理的質(zhì)量百分濃度13%的氫氧化鈣料漿，用上漿栗打入碳化活化一體化裝置，加入相當于氫氧化鈣干基質(zhì)量的0.5%的硫酸鋅，開啟攪拌，攪拌速度為每分鐘250轉(zhuǎn)，冷卻盤管中通入冷卻水冷卻，控制碳化反應溫度不超過50°C，通入含二氧化碳-空氣混合氣體進行碳化反應，通過熱電偶測溫、通過酸度計檢測來表征碳化反應進程，隨著碳化反應的進行，調(diào)節(jié)所通入二氧化碳體積百分濃度由最初的100%逐漸降低至50 %，當碳化溶液pH值達到7時，停止通入二氧化碳-空氣混合氣，停止制冷，結(jié)束碳化反應，再啟動導熱油加熱，快速攪拌，攪拌速度為每分鐘400轉(zhuǎn)，當料漿溫度達到800C時，加入相當于氫氧化鈣干基質(zhì)量2%的聚乙二醇和相當于氫氧化鈣干基質(zhì)量1%的硬酯酸組成的復合表面活化劑，進行活化改性40分鐘后，停止加熱與攪拌，結(jié)束活化改性，再將碳化活化后的料漿移出一體化裝置，壓濾脫水，在130°C充分干燥后，即得到納米碳酸鈣產(chǎn)品，納米碳酸鈣晶型呈立方體，平均粒徑在75nm，所得納米碳酸鈣產(chǎn)品的堿度為pH 9.5，產(chǎn)品活化度為99%。
【主權(quán)項】
1.一種生產(chǎn)納米碳酸鈣的碳化活化一體化裝置，其特征在于由導熱油夾套、冷卻盤管、二氧化碳氣體分布器、變頻調(diào)速攪拌機、外桶器壁構(gòu)成，內(nèi)裝有酸度計和熱電偶，冷卻盤管通冷卻劑用于控制碳化反應溫度，導熱油夾套用于活化改性時加熱，這樣構(gòu)成碳化活化的一體化裝置； 所述的碳化活化一體化裝置還與二氧化碳-空氣混合緩沖罐系統(tǒng)相連接，該緩沖罐系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)二氧化碳與空氣的混合比例以及二氧化碳-空氣混合氣的流量與壓力； 所述的二氧化碳氣體分布器是由一個空心圓圈和與其相連通的空心中心十字架組成，空心圓圈和與其相連通的空心中心十字架上開有通氣孔，為避免氣體分布器下方空間出現(xiàn)氣體不能到達的死角和避免沉淀物堵塞通氣孔，空心圓圈上相鄰通氣孔向里向外相向錯位15?30度斜開口朝下，空心中心十字架上相鄰通氣孔向兩邊相向錯位15?30度斜開口朝下，通氣孔直徑為3?9mm，通氣孔間距為5?10cm，通氣孔呈對稱分布，且圓周分布較密而中心分布較稀，以滿足二氧化碳氣體在碳化活化一體化裝置中均勻分布的需要。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述碳化活化一體化裝置生產(chǎn)納米碳酸鈣的方法，其特征在于:將經(jīng)除渣精制處理的質(zhì)量百分濃度6?15%的氫氧化鈣料漿，用上漿栗打入碳化活化一體化裝置，慢速攪拌、冷卻盤管中通入冷卻水冷卻，控制碳化反應溫度10?50°C，通入含二氧化碳體積百分濃度30?100%的二氧化碳-空氣混合氣進行碳化，當碳化液pH值達到67時，停止通入二氧化碳-空氣混合氣，停止制冷，結(jié)束碳化反應，再啟動導熱油加熱，快速攪拌，當料漿溫度達到60?90°C，加入相當于氫氧化鈣干基質(zhì)量I?5%的添加劑，活化改性20?40分鐘后，停止加熱與攪拌，結(jié)束活化改性，將碳化活化后的料漿移出一體化裝置，壓濾脫水，在110?130°C充分干燥后，即得到納米碳酸鈣產(chǎn)品； 所述碳化過程慢速攪拌的轉(zhuǎn)速為每分鐘100?300轉(zhuǎn)，所述碳化過程通入二氧化碳氣體體積百分濃度從100%到30%逐漸降低，與氫氧化鈣水槳濃度逐漸降低同步變化，而碳化溫度則從10°C到50°C逐漸升高，這樣既實現(xiàn)二氧化碳與氫氧化鈣碳化反應濃度的適配，又保證二氧化碳氣體得到充分分散和利用，并且維持一定的停留時間，以實現(xiàn)高效碳化； 所述活化過程快速攪拌的轉(zhuǎn)速為每分鐘310?600轉(zhuǎn)，利用快速攪拌動能帶來的粒子碰撞，在表面活性劑作用下進行活化改性； 所述添加劑為硫酸鋅、聚乙二醇、硬酯酸、硬酯酸鈉、聚丙烯酸鈉的至少一種或一種以上。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述碳化活化一體化裝置生產(chǎn)納米碳酸鈣的方法，其特征在于:當氫氧化鈣料漿質(zhì)量百分濃度為6?10 %時，控制通入二氧化碳-空氣混合氣中二氧化碳體積百分濃度從80%逐漸降低到30%，控制碳化最終溫度為30?400C，在碳酸鈣活化階段所加表面活性劑為硬酯酸鈉，硬酯酸鈉加入量為氫氧化鈣干基質(zhì)量的I?3.5%，所得納米碳酸鈣產(chǎn)品形貌為紡綞體，產(chǎn)品粒度為40?60納米。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述碳化活化一體化裝置生產(chǎn)納米碳酸鈣的方法，其特征在于:當氫氧化鈣漿液濃度為11?15 %時，加入相當于氫氧化鈣干基質(zhì)量的0.3?0.5 %的硫酸鋅，控制通入含二氧化碳-空氣混合氣中二氧化碳體積百分濃度從100%逐漸降低到50%，控制碳化最終溫度40?50°C，在碳酸鈣活化階段所加表面活性劑為聚乙二醇和硬酯酸復合表面活化劑，聚乙二醇和硬酯酸二者的質(zhì)量加入量分別為氫氧化鈣干基質(zhì)量的1.5?2.5 %和0.5?I %，所得納米碳酸鈣產(chǎn)品形貌為立方體，產(chǎn)品粒度為70?90納米。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述碳化活化一體化裝置生產(chǎn)納米碳酸鈣的方法，其特征在于:所得納米碳酸鈣產(chǎn)品的堿度控制在PH 9?10，產(chǎn)品活化度2 98%。
【文檔編號】C01F11/18GK105836781SQ201610409055
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年6月2日
【發(fā)明人】顏鑫, 盧云峰, 劉躍進
【申請人】湖南化工職業(yè)技術(shù)學院