包含至少一种碱土金属碳酸氢盐的水溶液的制备方法及其用途技术

本发明专利技术涉及包含至少一种碱土金属碳酸氢盐的水溶液的制备方法及其用途。该方法在反应器系统中进行，该反应器系统包括配备有搅拌器(2)的槽(1)以及至少一个过滤装置(4)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包含至少一种碱土金属碳酸氢盐的水溶液的制备方法及其用途
本专利技术涉及用于生产碱土金属碳酸氢盐水溶液的方法以及这种溶液的用途的领域。
技术介绍
碳酸钙广泛用于造纸工业中作为纸中的填料组分。其是一种用于增加纸张白度及不透明度的低成本、高白度的填料。在过去的几十年里，由于造纸厂由酸性造纸转变为碱性造纸，因此碳酸钙的用途已显著增加。天然及合成碳酸钙均可用于造纸工业。天然碳酸盐或者石灰石在其用于纸中之前被研磨至小颗粒尺寸，而合成碳酸钙通过沉淀反应制造且因此被称为沉淀碳酸钙(PCC)。除了其在造纸工业中的用途之外，沉淀碳酸钙也用于各种其它目的，例如在油漆工业中用作填料或颜料，以及作为功能性填料用于制造塑料材料、增塑溶胶、密封配混物、印刷墨水、橡胶、牙膏、化妆品、食品、药物等。沉淀碳酸钙以三种初级晶形存在：方解石、霰石及球霰石，且对于这些晶形中的每一晶形而言存在许多不同的多形体(晶体惯态)。方解石具有三角结构，该三角结构具有典型的晶体惯态如偏三角面体的(S-PCC)、斜方六面体的(R-PCC)、六角形棱柱的、轴面的、胶体的(C-PCC)、立方的及棱柱的(P-PCC)。霰石为正斜方晶结构，该正斜方晶结构具有成对六角形棱晶的典型晶体惯态，以及细长棱柱的、弯曲叶片状的、陡锥状、凿尖晶体、分叉树及珊瑚或蠕虫状的形式的多种分类。通常，PCC通过将CO2引入氢氧化钙的水性悬浮液(所谓的石灰乳)中而制备：Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O。本领域技术人员已知有众多的专利申请描述了沉淀碳酸钙的制备。其中之一是EP1966092B1，在该文献中，所获得的沉淀碳酸钙仅是CO2螯合作用的副产物。另一个文献是WO2010/12691，此文献公开了通过将碱土金属氢氧化物添加到包含碱土金属离子的水中来生产PCC。国际专利申请WO2006/008242A1例如描述了由含有含Ca-或Mg-混合金属氧化物的原料生产高纯度碳酸钙或碳酸镁，其中该原料与含CO2的气体接触以螯合CO2并且在进一步的步骤中从由该原料与CO2的接触所产生的水溶液中沉淀出高纯度碳酸钙或碳酸镁。除了上述领域之外，碳酸钙还可用在水的处理和矿化的领域中。饮用水已变得缺乏。甚至在富含水的国家中，并非所有水源及蓄水池均适合于生产饮用水，且现今许多水源受到水质急剧恶化的威胁。最初用于饮用目的的供料水主要为地表水及地下水。然而，出于环境及经济的原因，处理海水、盐水、微咸水、废水及受污染的流出水变得越来越重要。为了从海水或微咸水回收水(用于饮用)，已知对于干旱地区、沿海地区及海岛相当重要的若干方法，且这些方法包括蒸馏、电解以及渗透或反渗透方法。由这些方法获得的水非常软且由于缺乏pH缓冲盐而具有低pH值，并且因此由这些方法获得的水倾向于具有高度反应性，且除非进行处理，否则该水可在其于传统管线中输送期间产生严重腐蚀的困难。此外，未经处理的除盐水无法直接用作饮用水源。为了防止不希望的物质在管线系统中的溶解，为了避免诸如管和阀的给水设备腐蚀并且为了使水可口，有必要再矿化水。主要用于矿化水的传统方法是通过二氧化碳和石灰石床过滤的石灰溶解。其它较不常见的再矿化方法包括例如添加熟石灰和碳酸钠、添加硫酸钙和碳酸氢钠或添加氯化钙和碳酸氢钠。该石灰法涉及用CO2酸化水处理石灰溶液，其中涉及以下反应：正如可以由以上反应方案得出结论，需要两个当量的CO2将一个当量的Ca(OH)2转化成Ca2+和碳酸氢根以用于再矿化。此方法取决于两个当量CO2的添加，以将碱性氢氧根离子转化成缓冲物种HCO3-。对于水的再矿化而言，由石灰乳(通常至多5％重量)制备通常称为石灰水的以总重量计0.1-0.2％重量的饱和氢氧化钙溶液。因此必须使用生产石灰水的饱和器，且需要大体积的石灰水以实现再矿化的目的含量。此方法的另一缺陷在于熟石灰为腐蚀性的且需要适当的处理及特定设备。此外，控制不当的向软水添加熟石灰可能会由于石灰不存在缓冲性质而导致不希望的pH变化。石灰石床过滤方法包括使软水通过粒状石灰石床以在水流中溶解碳酸钙的步骤。根据以下反应，使石灰石与CO2酸化水接触来矿化水：不同于该石灰法，在化学计量上仅需要一个当量的CO2即可将一个当量的CaCO3转化成Ca2+及碳酸氢根以用于再矿化。此外，石灰石无腐蚀性，且归因于CaCO3的缓冲性质，防止了较大的pH变化。相比于石灰，使用碳酸钙的一个额外优点是碳酸钙的非常低的二氧化碳足迹。为了生产一吨碳酸钙，放出75kg的CO2，而用于生产一吨石灰则放出750kgCO2。因此使用碱土金属碳酸盐如大理石、白云石或仅仅具有烧白云石代替石灰呈现一些环境益处。但是，粒状碳酸钙的溶解速率缓慢，且需要过滤器以用于这种方法。这导致这些过滤器的相当大的足迹，且需要大的设备表面以用于这些石灰石床过滤系统。用于使用石灰乳或石灰浆再矿化水的方法描述于US7,374,694及EP0520826中。US5,914,046描述了用于使用脉冲石灰石床以减小废水排放的酸度的方法。WO2010/12691公开了一种用于通过反渗透类型的膜处理包含至少钙和/或镁盐的方法。该方法包括至少一个回收至少部分除盐的水的步骤，回收来源于所述膜的浓缩物(包含碳酸氢盐)的步骤，将CO2或酸注入到该至少部分除盐的水中的步骤，以及用于再矿化该至少部分除盐的水的步骤。CO2被添加到碳酸氢盐溶液中以将浓缩物除碳酸并且从碳酸氢盐形成碳酸钙的聚集物。申请人还已知在水处理领域中以下的未公布欧洲专利申请。欧洲专利申请11175012.1描述了一种用于通过在供料水中注入微粉化碳酸钙浆料再矿化包含一定的二氧化碳量的除盐的新鲜水的方法。欧洲专利申请10172771.7描述了一种用于通过注入微粉化碳酸钙浆料再矿化除盐的新鲜水的方法。最后，欧洲专利申请11179541.5描述了一种用于通过合并碳酸钙溶液和供料水来再矿化水的方法。在这三个水处理领域的未公布欧洲专利申请中，并未给出关于所用碱土金属碳酸盐的比表面积(SSA)的指示。由这些专利申请的实施例中所涉及的平均颗粒尺寸不可能计算相应产品的比表面积(SSA)。其也未给出关于比表面积(SSA)对有效生产碱土金属碳酸氢盐溶液的影响的任何指示。
技术实现思路
因此，考虑到用于矿化或再矿化水的已知方法的缺陷，本专利技术的目的在于提供用于矿化水的替代性的改进方法。本专利技术的另一目的是提供用于矿化水的方法，该方法不需要腐蚀性化合物，因此避免结垢的危险，消除对于耐腐蚀的设备的需要且为在工厂中工作的人员提供安全环境。还希望提供下述这样的方法，该方法是环境友好的且与目前利用石灰法的水再矿化相比要求低的二氧化碳量。本专利技术的另一目的是提供用于矿化水的方法，其中矿物的量可被调节到所要求的值。上述目的以及其它目的可通过提供一种用于制备包含至少一种碱土金属碳酸氢盐的水溶液的方法得以解决，该方法包括以下步骤：a)提供水，b)提供至少一种物质，该物质包含至少一种碱土金属碳酸盐和相对于碱土金属碳酸盐占少量的任选的至少一种碱土金属氢氧化物，该至少一种物质是干燥形式或者含水形式的，c)提供CO2，d)将以下物质合并：(i)步骤a)的水、步骤b)的至少一种包含至少一种碱土金属碳酸盐和任选的至少一种碱土金属氢氧化物的物质和步骤c)的CO2，或者(ii)步骤a)的水和步本文档来自技高网...

【技术保护点】
制备包含至少一种碱土金属碳酸氢盐的水溶液的方法，该方法包括以下步骤：a)提供水，b)提供至少一种物质，该物质包含至少一种碱土金属碳酸盐和相对于碱土金属碳酸盐占少量的任选的至少一种碱土金属氢氧化物，该至少一种物质是干燥形式或者含水形式的，c)提供CO2，d)将以下物质合并：(i)步骤a)的水、步骤b)的至少一种包含至少一种碱土金属碳酸盐和任选的至少一种碱土金属氢氧化物的物质和步骤c)的CO2，或者(ii)步骤a)的水和步骤b)的至少一种包含至少一种碱土金属碳酸盐和任选的至少一种碱土金属氢氧化物的物质，以获得该至少一种包含至少一种碱土金属碳酸盐和任选的至少一种碱土金属氢氧化物的物质的碱性水性悬浮液，并且然后合并该碱性水性悬浮液和步骤c)的CO2，以获得具有6‑9的pH值的所得悬浮液S，该所得悬浮液S包含颗粒，e)通过如下方式过滤在步骤d)中获得的所得悬浮液S的至少一部分：使所得悬浮液S经过过滤装置，以获得包含至少一种碱土金属碳酸氢盐的水溶液，其中在步骤d)中获得的所得悬浮液S的颗粒具有>20000m2/吨所得悬浮液S的总颗粒表面积(SSA总)，并且条件是，在添加步骤b)的至少一种包含至少一种碱土金属碳酸盐和任选的至少一种碱土金属氢氧化物的物质之前，不发生步骤c)的CO2的添加。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.02.03 EP 12153905.0;2012.02.10 US 61/597,1961.制备包含至少一种碱土金属碳酸氢盐的水溶液的方法，该方法包括以下步骤：a)提供水，b)提供至少一种物质，该物质包含至少一种碱土金属碳酸盐和相对于碱土金属碳酸盐占少量的任选的至少一种碱土金属氢氧化物，该至少一种物质是干燥形式或者含水形式的，其中该至少一种包含至少一种碱土金属碳酸盐和该任选的至少一种碱土金属氢氧化物的物质选自大理石、石灰石、白垩、半烧石灰、烧石灰、含白云石的石灰石、石灰质白云石、半烧白云石、烧白云石、以及沉淀碱土金属碳酸盐，c)提供CO2，d)将以下物质合并：(i)步骤a)的水、步骤b)的至少一种包含至少一种碱土金属碳酸盐和任选的至少一种碱土金属氢氧化物的物质和步骤c)的CO2，或者(ii)步骤a)的水和步骤b)的至少一种包含至少一种碱土金属碳酸盐和任选的至少一种碱土金属氢氧化物的物质，以获得该至少一种包含至少一种碱土金属碳酸盐和任选的至少一种碱土金属氢氧化物的物质的碱性水性悬浮液，并且然后合并该碱性水性悬浮液和步骤c)的CO2，以获得具有6-9的pH值的所得悬浮液S，该所得悬浮液S包含颗粒，e)通过如下方式过滤在步骤d)中获得的所得悬浮液S的至少一部分：使所得悬浮液S经过过滤装置，以获得包含至少一种碱土金属碳酸氢盐的水溶液，其中过滤之后获得的水溶液具有小于1NTU的浊度值，其中在步骤d)中获得的所得悬浮液S的颗粒具有>20000m2/吨所得悬浮液S的总颗粒表面积(SSA总)，并且其中在步骤d)中获得的所得悬浮液S具有固含量为1-35％重量，基于所得悬浮液S的总重量，并且其中在步骤e)中获得的包含至少一种碱土金属碳酸氢盐的水溶液具有以碳酸钙表示的钙浓度为50-650mg/l，条件是，在添加步骤b)的至少一种包含至少一种碱土金属碳酸盐和任选的至少一种碱土金属氢氧化物的物质之前，不发生步骤c)的CO2的添加，并且步骤b)的至少一种包含至少一种碱土金属碳酸盐和任选的至少一种碱土金属氢氧化物的物质具有比表面积(SSA)为0.01-200m2/g。2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所得悬浮液S的颗粒具有总颗粒表面积(SSA总)为25000–5000000m2/吨所得悬浮液S。3.根据权利要求1的方法，其特征在于，步骤b)中的所述沉淀碱土金属碳酸盐为沉淀碳酸钙。4.根据权利要求1-3任一项的方法，其特征在于，步骤b)的至少一种包含至少一种碱土金属碳酸盐和任选的至少一种碱土金属氢氧化物的物质具有重量中值颗粒尺寸(d50)为0.1μm-50μm。5.根据权利要求1-3任一项的方法，其特征在于，步骤b)的至少一种包含至少一种碱土金属碳酸盐和任选的至少一种碱土金属氢氧化物的物质具有比表面积(SSA)为1-100m2/g。6.根据权利要求1-3任一项的方法，其特征在于，步骤b)的至少一种包含至少一种碱土金属碳酸盐和任选的至少一种碱土金属氢氧化物的物质具有HCl不溶内容物为0.02-90％重量，基于干物质的总重量。7.根据权利要求1-3任一项的方法，其特征在于，在步骤d)中获得的所得悬浮液S具有...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·布里，S·润特施，P·A·C·加内，R·V·布鲁姆，M·普夫特，
申请(专利权)人：OMYA国际股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH