纳米级超细碳酸钙的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种碳酸钙的制备方法，特别是一种制备纳米级碳酸钙的方法。它主要是解决目前生产纳米碳酸钙的碳化时间长，效率低，粒径不均匀等技术问题。本发明专利技术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，螺旋通道型旋转床反应器的转子的转速为２００－１００００ｒｐｍ，含ＣＯ＃－［２］的气体流量以标准态的纯ＣＯ＃－［２］计控制在０．１－２０ｍ＃＋［３］／ｈＫｇＣａＯ，温度为０－１００℃的状况下，将含ＣＯ＃－［２］的气体与含Ｃａ（ＯＨ）＃－［２］的石灰乳悬浮液分别由进气口和进液管通入反应器的转子内，在反应器转子的螺旋通道内进行气－液－固多相的传质反应，即碳化反应，反应后的乳浊液由旋转床底部出料口排出，经过滤、干燥后即得到纳米级超细碳酸钙；本发明专利技术能够制备出１０多ｎｍ的方形碳酸钙，且生产成本低，反应装置体积小，投资省，能耗低。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
纳米级超细碳酸钙的制备方法
：本专利技术涉及一种碳酸钙的制备方法，特别是一种制备纳米级碳酸钙的方法。
技术介绍
：碳酸钙CaCO3是一种重要的无机化工产品，它广泛的用于橡胶、塑料、油墨、造纸、涂料、医药、食品、饲料等行业。全世界每年碳酸钙CaCO3在纸张中的用量约1100万吨，占碳酸钙CaCO3填料总量的60％以上，用于塑料的约150万吨以上。超细CaCO3其粒径小于0.1um，即纳米CaCO3，用于塑料、橡胶和纸张中，不仅可以起增容降价作用，而且还具有补强作用。因此，超细CaCO3的研制、开发，受到了国内外的关注。目前，国内外普遍采用“碳化法”制备碳酸钙CaCO3如王玉红，陈建峰，贾志谦，郑冲在《化学反应工程与工艺》，1997，13(2)，141-146上发表的“旋转填充床新型反应器中合成纳米CaCO3过程特性研究”。在制备超细CaCO3过程中，Ca(OH)2的悬浮液与CO2气体反应的碳化过程是最为关键的一个步骤。根据此方面的研究报道，碳化反应过程的控制步骤主要是吸收反应过程。传统的CaCO3制备方法碳化反应在带搅拌的鼓泡塔或釜式反应器或喷洒塔中进行。由于气相分布的不均匀性及气、液相界面积较小，使碳化反应时间较长、产品颗粒较大、颗粒粒径分布较宽，难以制备出高档超细产品。因此十分迫切需要研究开发新技术，在超重力场中进行碳化反应的研究显示出很好的前景，可以制备出纳米碳酸钙产品。如陈建峰等申请专利的“超细碳酸钙的制备方法”，专利申请号：ZL95105343.4，CN1116185A，公开了一种利用超重力场制取纳米碳酸钙的方法，该方法主要特点是使用的碳化反应器为旋转填充床RPB，反应物系在旋转填充床RPB-->中反应生成出超细颗粒，致使装置容易堵塞。RPB装置对于具有超细颗粒的体系来说存在易堵塞的缺点。传统制备碳酸钙的技术的碳化反应器为带搅拌的鼓泡塔或釜式反应器或喷洒塔，由于在带搅拌的鼓泡塔或釜式反应器或喷洒塔中，气液固相间的传质速率较慢，微观尺度上反应物混合不均匀即混合差，因而制得的产品存在许多缺点：1、如中国专利93108625.6，日本专利93,228,730和93,221,634等专利方法制得的粒径一般在0.1um-几个um；2、如中国专利93108625.6和华东化工学院学报卷19期5页550-556上刊登的制备方法其碳化时间长，常常需要几个小时，生产效率低，能耗大；3、粒径分布不够均匀。阻碍了碳酸钙产品品位和质量的提高及工业化应用，此外传统技术所用搅拌釜或鼓泡塔所占空间较大。日本在超细CaCO3的研制、生产、应用方面处于国际领先地位，现已有仿锤形、立方形、针形、球形、链锁形及无定形等形态及表面改性的品种达50余种。美国着重超细CaCO3在造纸和涂料上的应用，英国主要研制涂料专用超细CaCO3，近20年来英国在汽车专用塑料用CaCO3中占垄断地位。上述日、美、英所用技术都是采用搅拌釜或鼓泡塔等在常重力场中的碳化反应器技术，一般不能制备出小于50nm的碳酸钙，更难以制备出30nm的碳酸钙产品。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于：提供一种采用螺旋通道型旋转床RBHC超重力反应器制备纳米级超细碳酸钙的制备方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：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，螺旋通道型旋转床反应器的转子的转速为200-10000rpm，含CO2的气体流量以标准态的纯CO2计控制在0.1-20m3/hKgCaO，温度为0-100℃的状况下，将含CO2的气体与含Ca(OH)2的石灰乳悬浮液分别由进气口和进-->液管通入反应器的转子内，在反应器转子的螺旋通道内进行气-液-固多相的传质反应，即碳化反应，反应后的乳浊液由旋转床底部出料口排出，经过滤、干燥后即得到纳米级超细碳酸钙；所述含CO2的气体为工业纯的CO2或是CO2含量在5％以上的混合气体。间歇式或分批式工作的工艺过程：从反应器排料口排出的乳浊液进入循环贮槽13后经泵12又使之从液体进料口返回到旋转床继续进行碳化反应，反复数次后停机，从循环贮槽13内取出反应后生成的乳浊液，进行过滤、干燥后即得到纳米级超细碳酸钙。连续工作的工艺过程：将含CO2的气体与含Ca(OH)2的石灰乳悬浮液分别由进气口和进液管源源不断地通入反应器的转子内，从反应器的排料口连续排出的乳浊液，并对排出的乳浊液连续进行过滤、干燥处理工序，连续不断地制得纳米级超细碳酸钙。上述制备方法的的优选工艺参数为：碳化反应的温度为10-90℃，转子的旋转速度为500-3000rpm，含CO2的气体的流量以标准态的纯CO2计控制在0.5-3.5m3/hKgCaO。在碳化反应过程中，添加分散剂、或晶形控制剂、或晶体抑制剂或其任意组合。其间歇式优选工艺流程是：将CaO用水消化，形成石灰Ca(OH)2悬浮液，经过滤除去杂质，置于循环贮槽13中，通过泵12将Ca(OH)2悬浮液从螺旋通道型旋转床的进液口8，经分布器15，进入转子5的螺旋通道内；含CO的2气体从气源减压后，以0.6m3/h流量与空气1.8m3/h混合后，从进气口3连续通入反应器转子5的螺旋通道内，含CO2的气体与含Ca(OH)2的悬浮液在旋转着的螺旋通道内进行碳化反应，生成纳米级碳酸钙超细颗粒，控制旋转转速在900-1500rpm，反应后生成的乳浊液由旋转床底部左排料-->口14和右排料口16排出。反应后生成的乳浊液由旋转床底部左排料口14和右排料口16排出进入循环贮槽13，通过泵12反复循环，与CO2气体在旋转床的螺旋通道内进行传质-反应，经过8-16min，乳浊液的pH值变为7-8后停机，将生成的乳浊液进行过滤、干燥后，制备出呈立方晶形的超细碳酸钙的平均粒径约为60nm。当将反应温度控制在20-30℃之间，反应经过一段时间后，在循环贮槽13中加入晶体抑制剂如硫酸铝溶液10ml，反复循环约9-10min，经碳化反应即得到平均粒径约为30nm的碳酸钙。当CO2气体以0.6m3/h-3m3/h从进气口3连续通入反应器转子5的螺旋通道内，不与空气混配，碳化完全，可以得到碳酸钙的平均粒径约为50-60nm。当空气流量8m3/h，CO2气体以0.24m3/h连续通入，旋转转速控制在1000rpm，经过27min和25min，碳化反应停止，分别可以得到球形和片状形晶型的超细碳酸钙。其连续作业的工艺流程是：通过泵12将Ca(OH)2悬浮液连续从贮槽经螺旋通道型旋转床的进液口8经分布器15进入转子5的螺旋通道内；保持CO2气体以3m3/h从进气口3连续通入反应器转子5的螺旋通道内，旋转床的转子转速为1200rpm，在含Ca(OH)2的悬浮液中加入晶体抑制剂，碳化反应后的乳浊液直接从左排料口14和右排料口16排出，不再反复循环进行反应；排出的反应产物经分离、过滤、干燥，得到的碳酸钙的平均粒径约为30nm。由此可知，此专利技术是在对离心力场强化传质过程进行研究的基础上专利技术出的采用高效螺旋通道型旋转床超重力场反应器进行碳化反应制取纳米-->碳酸钙的方法。本专利技术利用离心力场产生的超重力环境极大地强化碳化反应的传质-反应过程，加大了传质-反应速度，碳化反应时间比现有传统方法缩短5-10倍；也强化了过程的微观混合，在不添加晶体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米级超细碳酸钙的制备方法，其特征是：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，螺旋通道型旋转床反应器的转子的转速为２００－１００００ｒｐｍ，含ＣＯ↓［２］的气体流量以标准态的纯ＣＯ↓［２］计控制在０．１－２０ｍ↑［３］／ｈＫｇＣａＯ，温度为０－１００℃的状况下，将含ＣＯ↓［２］的气体与含Ｃａ（ＯＨ）↓［２］的石灰乳悬浮液分别由进气口和进液管通入反应器的转子内，在反应器转子的螺旋通道内进行气－液－固多相的传质反应，即碳化反应，反应后的乳浊液由旋转床底部出料口排出，经过滤、干燥后即得到纳米级超细碳酸钙；所述含ＣＯ↓［２］的气体为工业纯的ＣＯ↓［２］或是ＣＯ↓［２］含量在５％以上的混合气体。

【技术特征摘要】
1、一种纳米级超细碳酸钙的制备方法，其特征是：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，螺旋通道型旋转床反应器的转子的转速为200-10000rpm，含CO2的气体流量以标准态的纯CO2计控制在0.1-20m3/hKgCaO，温度为0-100℃的状况下，将含CO2的气体与含Ca(OH)2的石灰乳悬浮液分别由进气口和进液管通入反应器的转子内，在反应器转子的螺旋通道内进行气-液-固多相的传质反应，即碳化反应，反应后的乳浊液由旋转床底部出料口排出，经过滤、干燥后即得到纳米级超细碳酸钙；所述含CO2的气体为工业纯的CO2或是CO2含量在5％以上的混合气体。2、根据权利要求1所述纳米级超细碳酸钙的制备方法，其特征是：从反应器排料口排出的乳浊液进入循环贮槽[13]后经泵[12]又使之从液体进料口返回到旋转床继续进行碳化反应，反复数次后停机，从循环贮槽[13]内取出反应后生成的乳浊液，进行过滤、干燥后即得到纳米级超细碳酸钙。3、根据权利要求1所述纳米级超细碳酸钙的制备方法，其特征是：将含CO2的气体与含Ca(OH)2的石灰乳悬浮液分别由进气口和进液管源源不断地通入反应器的转子内，从反应器的排料口连续排出的乳浊液，并对排出的乳浊液连续进行过滤、干燥处理工序，连续不断地制得纳米级超细碳酸钙。4、根据权利要求1、或2、或3所述纳米级超细碳酸钙的制备方法，其特征是：碳化反应的温度为10-90℃，转子的旋转速度为500-3000rpm，含CO2的气体的流量以标准态的纯CO2计控制在0.5-3.5m3/hKgCaO；在碳化反应过程中，添加分散剂、或晶形控制剂、或晶体抑制剂或其任意组合。5、根据权利要求1所述纳米级超细碳酸钙的制备方法，其特征是：将CaO用水消化，形成石灰Ca(OH)2悬浮液，经过滤除去杂质，置于循环贮槽[13]中，通过泵[12]将Ca(OH)2悬浮液从螺旋通道型旋转床的进液口[8]，经分布器[15]，进入转子[5]的螺旋通道内；含CO的2气体从气源减压后，以0.6m3/h流量与空气1.8m3/h混合后，从进气口[3]连续通入反应器转子[5...

【专利技术属性】
技术研发人员：周继承，熊双喜，廖立明，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]