一种纳米碳酸钙的碳化工艺方法技术

本发明专利技术涉及一种纳米碳酸钙的碳化工艺方法，属于纳米粉体制备技术领域。其特征是先调配氢氧化钙溶液，将浓度为８－１２％（ｍ），密度为１．０４－１．０７ｇ／ｃｍ↑［３］，起始温度为１５－２０℃，倒入间歇式搅拌反应釜，充分搅拌后开始对浆料进行循环，将二氧化碳混合气体引入循环管路和强剪切混合机与循环悬浮液强烈混合，通过循环管路进入缓冲罐或反应釜，当悬浮液的ｐＨ降到７－７．５时停止反应。整个碳化过程的反应时间持续３０－７０分钟，终点温度在３０－４０℃范围内。本发明专利技术提供的工艺流程可达到较高的反应速率。在强力剪切混合机中气泡被充分粉碎，气－液－固三相高度混合，解决了传统碳化法生产纳米碳酸钙过程中存在的气－液－固三相传质速率慢、接触效率低的缺陷，缩短了反应时间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种纳米碳酸钙碳化新工艺，特别是在常温下利用石灰和二氧化碳为原料，制备纳米碳酸钙的新碳化工艺方法，属于纳米粉体制备

技术介绍
纳米碳酸钙是一种重要的无机精细化工产品，与重质碳酸钙、轻质碳酸钙产品相比具有粒度细，比表面积大，表面活性高等特点，在众多应用领域中可起到增强、增韧作用，从而改善产品的外观和使用性能，可以部分取代白炭黑等昂贵的原材料，降低产品成本，提高制品质量。纳米碳酸钙具有广泛的适用性和市场需求，在涂料、塑料、橡胶、胶粘剂、造纸、油墨、油漆、化妆品以及医药和食品等领域具有广泛的用途。(李明，伍小明，纳米碳酸钙的生产技术及市场前景，精细化工原料及中间体，2006，(7)：16-20)。纳米碳酸钙的生产方法主要分为复分解法和碳化法两种。复分解法是采用水溶性钙盐如氯化钙与水溶性碳酸盐如碳酸铵或碳酸钠等，在适当的工艺条件下进行反应，通过液-固相反应过程制得纳米级碳酸钙产品。这种方法可通过控制反应物的浓度、温度及生成碳酸钙的过饱和度，并加入适当的添加剂等方法，得到球形、粒径小、比表面积很大、溶解性很好的无定形纳米碳酸钙。所得产品纯度高、白度好，但由于吸附在碳酸钙中的大量氯离子很难除尽，生产中使用的倾析法往往需要大量的时间和消耗大量的洗涤用水，故目前国内外很少采用。碳化法是将精选的石灰石煅烧得到氧化钙和含二氧化碳的窑气。将氧化钙加水消化，多级分离除去大颗粒及杂质，得到一定浓度的精制氢氧化钙悬浮液，通入净化处理后的窑气和晶型控制剂，碳化至pH等于7，就可以得到要求晶型的碳酸钙浆液，经脱水、干燥得到纳米碳酸钙产品。碳化法是目前国内外制备纳米级碳酸钙的主要方法，其中碳化反应是关键步骤。按照二氧化碳与氢氧化钙悬浮液的接触方式，可将碳化法分为间歇式鼓泡碳化法、间歇式搅拌碳化法、连续喷雾碳化法及超重力碳化法。间歇式鼓泡碳化法是将5-8波美度石灰乳用冷冻机降温到25℃以下，泵入碳化塔，由塔底直接通入二氧化碳气体鼓泡进行碳化反应，通过控制反应温度、浓度、气液比、添加剂等工艺条件，制备纳米碳酸钙。此法设备投资小，操作简单，但能耗较高，工艺条件较难控制，粒度分布较宽。此种方法生产效率低、气液接触差、碳化时间长，不易控制碳酸钙晶型。产品一次成形颗粒大、粒径分布宽，反应中易产生包裹-->现象，最终导致产品返碱，影响产品质量。间歇式搅拌碳化法，也称釜式碳化法，是将石灰乳通过冷冻机降温到25℃以下，加入碳化反应釜中，直接往碳化反应釜中通入二氧化碳混合气体，在搅拌作用下进行碳化反应。通过控制反应温度、悬浮液浓度、搅拌速度、添加剂等条件制备纳米碳酸钙。该法设备投资大，操作较复杂，产品粒度分布范围较宽。连续喷雾碳化法是日本白石工业公司在20世纪70年代末期开发的一种工艺，通常采用多个碳化塔。含二氧化碳的窑气从塔底进入，与塔顶喷雾成一定液滴径的石灰乳逆流接触，进行碳化反应。该方法生产纳米碳酸钙效率高，经济效益较好，并能实现自动化大规模生产，粒度易控制，可制得优质稳定的纳米碳酸钙，不足之处是设备投资较大，控制不好也容易形成不完全碳化的包裹体颗粒。超重力碳化法是北京化工大学近年来新开发的一种合成纳米碳酸钙的方法。以二氧化碳和氢氧化钙为原料，利用旋转产生的比重力加速度大得多的超重力环境，有效控制碳化反应和结晶过程，制得粒度小、分布均匀的纳米碳酸钙粉体。多年来，在实际生产中，国内外生产厂家大多采用间歇式鼓泡碳化法和间歇式搅拌碳化法制备纳米碳酸钙，本专利旨在针对这两种生产纳米碳酸钙过程中存在的碳化反应时间长、生产过程难以调控、生成制品分散性差等缺点，设计一种新的纳米碳酸钙碳化工艺——在剪切循环管路中引入二氧化碳混合气体，提高反应速率和最终产品的分散性。本专利技术不同于《纳米级超细碳酸钙的制备方法》(02114174.6)专利中提到的采用螺旋通道型旋转床超重力反应器制备纳米级超细碳酸钙的方法。本专利技术不同于《一种纳米级超细碳酸钙的制备方法》(01103944.2)专利中提到的直接将二氧化碳和空气的混合气体通入氢氧化钙混合相进行碳化反应制备纳米级超细碳酸钙的方法。本专利技术不同于《生产纳米碳酸钙粒子的方法及其所用的碳化反应器》(01121333.7)专利中提到的利用旋转反应器进行碳化处理制备纳米级超细碳酸钙的方法。本专利技术不同于《超声空化技术生产纳米碳酸钙的方法》(02136278.5)专利中提到的将超声空化技术用于制备纳米碳酸钙的方法。本专利技术不同于《纳米级超细碳酸钙的制备方法》(200410016164)专利中提到的在高速机械振动的氢氧化钙悬浮液反应釜中通入二氧化碳混合气体进行碳化的方法。本专利技术不同于《一种球形纳米碳酸钙的制备方法》(200410036421.6)专利中提到的通过三级串联搅拌式连续鼓泡碳化塔进行碳化的方法。本专利技术不同于《一种纳米碳酸钙颗粒的制备方法》(200510086388.2)，将二氧化碳和氮气的混合气体通入盛有氢氧化钙悬浮液的专用反应器生成纳米碳酸钙的方法。-->本专利技术不同于《一种高白度纳米碳酸钙的制备方法》(02109349.0)，将二氧化碳气体通入专门的纳米碳酸钙合成反应器(ZL01241020.9)中，该专利仍属于间歇搅拌碳化法。参考相关专利还有：《微米球形体纳米复合碳酸钙及制备方法》(03129098.1)、《一种碳酸钙粒子的制备方法及其应用》(200410084711.8)、《改性纳米碳酸钙及其制备方法与应用》(200610033341)、《一种高触变性纳米碳酸钙的制备方法》(200510112372.4)、《高分子/碳酸钙纳米粒子、其功能型粒子及其制备方法》(200510115771.6)、《导电纳米碳酸钙及其制备方法》(200510010204.4)、《一种纳米碳酸钙的改性方法》(200510023580.7)、《一种具有非极性表面的纳米碳酸钙的制备方法》(200410052599.X)、《改性纳米碳酸钙及其制备方法》(200410028166.0)、《一种高活化度活性纳米碳酸钙的制备方法》(02146024.8)、《高档胶印油墨用纳米透明碳酸钙的制备方法》(01126404.7)、《一种纳米活性碳酸钙的制备方法》(02160099.6)、《一种非冷冻法纳米碳酸钙的生产方法》(02149667.6)、《一种活性纳米碳酸钙的生产方法》(02156883.9)、《一种纳米活性碳酸钙的工业制备方法》(01126405.5)等。利用清华大学图书馆订购的Derwent Innovations Index(DII)数据库，在线检索结果表明：所检索的与纳米碳酸钙生产相关的专利中，全部为中国专利。包括：《Method for preparing nano calcium carbonate particle》(CN1631789-A)、《Method for preparing nano precipitated calcium carbonate from industrial waste waterby sodium bicarbonate process》(CN1699176-A)、《Process for preparing high activityactive nano calcium ca本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米碳酸钙的碳化工艺方法，其特征在于：该方法采用循环与强力剪切混合碳化工艺，其具体步骤如下：（１）将调配好的氢氧化钙溶液倒入间歇式搅拌反应釜，开启搅拌装置进行搅拌，搅拌速度可调；（２）充分搅拌均匀后开始对浆料进行循环，将 体积浓度为３０－４５％的二氧化碳混合气体引入强剪切混合机，与循环着的悬浮液强烈混合；（３）然后通过循环管路，使步骤（２）所述的混合浆料或者进入缓冲罐，或者直接进入间歇式搅拌反应釜进行不断的循环；碳化过程测定浆料的ｐＨ值，当ｐＨ降到７ －７．５时停止反应，整个碳化过程的反应时间持续３０－７０分钟，反应结束时矿浆温度在３０－４０℃范围内；（４）将步骤（３）所述的浆料排出，进行过滤，然后在８５－１０５℃的烘箱中烘干，打散滤饼，即得到粒度在６０－９０ｎｍ范围的纳米碳酸钙 产品。

【技术特征摘要】
1、一种纳米碳酸钙的碳化工艺方法，其特征在于：该方法采用循环与强力剪切混合碳化工艺，其具体步骤如下：(1)将调配好的氢氧化钙溶液倒入间歇式搅拌反应釜，开启搅拌装置进行搅拌，搅拌速度可调；(2)充分搅拌均匀后开始对浆料进行循环，将体积浓度为30-45％的二氧化碳混合气体引入强剪切混合机，与循环着的悬浮液强烈混合；(3)然后通过循环管路，使步骤(2)所述的混合浆料或者进入缓冲罐，或者直接进入间歇式搅拌反应釜进行不断的循环；碳化过程测定浆料的pH值，当pH降到7-7.5时停止反应，整个碳化过程的反应时间持续30-70分钟，反应结束时矿浆温度在30-40℃范围内；(4)将步骤(3)所述的浆料排出...

【专利技术属性】
技术研发人员：盖国胜，杨玉芬，练恩生，朱勇，蔡振芳，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]