一种降低纳米碳酸钙生产能耗的方法技术

本发明专利技术公开了一种降低纳米碳酸钙生产能耗的方法，属于纳米碳酸钙制备领域，一种降低纳米碳酸钙生产能耗的方法，包括以下步骤：S1：将精制石灰乳加水稀释，调至氢氧化钙浓度为7‑12％的悬浮液，加入到碳化反应器中；S2：调整氢氧化钙悬浮液温度为10‑40℃，然后向悬浮液中加入添加剂1和添加剂2并混合均匀；S3：向悬浮液中通入CO

【技术实现步骤摘要】
一种降低纳米碳酸钙生产能耗的方法
本专利技术涉及纳米碳酸钙制备领域，更具体地说，涉及一种降低纳米碳酸钙生产能耗的方法。
技术介绍
纳米碳酸钙是指原生粒径在0-100nm范围内的沉淀碳酸钙，应用于胶粘剂、油墨、塑料、橡胶、汽车底涂等领域，具有显著的增强、增韧、调控触变性能等功能，是沉淀碳酸钙中的高端产品。我国碳酸钙行业是能耗较高的行业，能源消耗在纳米碳酸钙生产成本中的占比平均超过65％。因此，降低纳米碳酸钙的生产能耗对于提升企业竞争力具有重要意义。纳米碳酸钙生产的各工序包括石灰石煅烧、石灰消化、碳化、表面处理、脱水干燥等。目前，生产纳米碳酸钙的节能降耗主要体现设备的技术升级和改造上，如石灰石煅烧采用高效的煅烧设备来提高产能降低能耗、消化段采用桨叶式消化机、碳化段增设气体分布器等。设备升级在一定程度上改善了能耗问题，但现有的纳米碳酸钙生产仍然采用“高温消化、低温碳化、高温包覆”的工艺，这是纳米碳酸钙生产能耗较高的重要原因。具体来说，现有工艺先用50℃以上的热水与氧化钙发生消化反应得到温度80℃以上的氢氧化钙浆料，然后再将该浆料温度降到30℃以下并通入CO2与氢氧化钙反应生成碳酸钙，碳化反应结束温度一般在50-60℃，碳化反应结束后，碳酸钙浆料需要再次升温到80℃左右，然后加入硬脂酸钠等包覆剂进行表面处理。之所以采用“高温消化、低温碳化、高温包覆”的工艺，是因为要得到纳米碳酸钙，需要提高碳酸钙成核时的过饱和度，从而促进碳酸钙的大量成核。过饱和度与溶液中的钙离子浓度和碳酸根离子浓度有关，浓度越高，过饱和度就越高，就越容易得到纳米碳酸钙。氢氧化钙在水中的溶解度以及CO2在水中的吸收都是随着温度的升高而降低，因此，纳米碳酸钙多采用低温碳化的方法。碳化结束后，必须对纳米碳酸钙进行表面处理，否则产品干燥后会发生严重的硬团聚而无法使用。目前表面处理多采用硬脂酸钠等需要高温溶解的处理剂，所以碳化结束后浆料还需升温到80℃以上包覆才能取得较好效果。除此之外，在实际生产中，在窑气CO2浓度正常的情况下(CO2体积浓度约30-35％左右)，碳化时间都在10小时以上，较长的碳化时间也是碳酸钙生产能耗增加的重要原因。为提高碳化反应速率，中国专利CN101723429A公开了一种利用高浓度CO2工业排放气体生产纳米碳酸钙的方法，即利用合成氨或者发酵企业排放的含高浓度CO2的气体作为碳化气源以缩短碳化反应时间，但绝大多数碳酸钙企业周边没有合成氨等企业，所以该方法不具有普遍的适用性。中国专利CN107488276A公开了一种高触变性纳米碳酸钙的制备方法，初期需要将窑气CO2浓度提高至60-70％，且碳化结束需要将纳米碳酸钙悬浮液加热至75-85℃进行表面改性，该法CO2的富集以及纳米碳酸钙悬浮液的表面改性大大增加了能源消耗。中国专利CN110028094A公开了一种活性纳米碳酸钙的生产方法，该法虽然窑气中CO2的浓度可控制在20％左右，但碳酸钙浆料的活化包覆温度要求75-80℃，这在能源消耗中也占了较大的比例。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种降低纳米碳酸钙生产能耗的方法，以解决现有技术中能源消耗大，不具有普遍适用性的问题。为解决上述问题，本专利技术采用如下的技术方案。一种降低纳米碳酸钙生产能耗的方法，包括以下步骤：S1：将精制石灰乳加水稀释，调至氢氧化钙浓度为7-12％的悬浮液，加入到碳化反应器中；S2：调整氢氧化钙悬浮液温度为10-40℃，然后向悬浮液中加入添加剂1和添加剂2并混合均匀；S3：向悬浮液中通入CO2体积浓度为10-100％的碳化气体进行碳化反应，当悬浮液pH降至7.0时继续通气10-30分钟过碳化，碳化结束后得到纳米碳酸钙悬浮液，该悬浮液温度为30-70℃；S4：向碳化反应结束后温度为30-70℃的纳米碳酸钙悬浮液中加入表面处理剂，搅拌0.5-2h后完成表面改性，改性时悬浮液无需升温；S5：表面处理后的悬浮液经过滤、干燥、粉碎解聚，得到纳米级碳酸钙产品。作为上述技术方案的进一步描述：所述步骤S2中添加剂1为纳米碳酸钙晶形控制剂，所述纳米碳酸钙晶形控制剂添加量为碳酸钙质量的0.1-1.5％。作为上述技术方案的进一步描述：所述步骤S2中添加剂2为二氧化碳吸收促进剂，所述添加剂2的添加量为碳酸钙质量的0.01‰-0.1％，优选为0.02‰-0.05％。添加比例低于0.01‰对碳化速度提高不明显，高于0.1％会造成成本的明显升高，不经济。作为上述技术方案的进一步描述：所述步骤S3中碳化时二氧化碳的通气速率为4-24L/(h·molCa(OH)2)，当二氧化碳体积流量低于4L/(h·molCa(OH)2)时，虽然仍可以得到纳米碳酸钙，但反应时间过长，生产效率降低；当二氧化碳体积流量高于24L/(h·molCa(OH)2)时，虽然加快了反应，但也增加了通气设备的负荷，同时通气速率过快，容易引起凝胶、晶型发育不好等问题。作为上述技术方案的进一步描述：所述步骤S4中表面处理剂为水溶性包覆剂，所述水溶性包覆剂的HLB值≥10，所述水溶性包覆剂的添加比例为纳米碳酸钙质量的1-6％，水溶性包覆剂的添加比例优选2-4.5％。作为上述技术方案的进一步描述：所述步骤S5所述的过滤、干燥、粉碎解聚等工艺与普通纳米碳酸钙生产一致。作为上述技术方案的进一步描述：所述纳米碳酸钙晶形控制剂包括糖类、多元醇类、羟基羧酸及其盐、硫酸盐、无机磷酸盐等行业常用晶形控制剂及其混合物，优选蔗糖、三乙醇胺、EDTA及EDTA二钠、硫酸锌、六偏磷酸钠、柠檬酸及其混合物等。作为上述技术方案的进一步描述：所述二氧化碳吸收促进剂包括各类能够降低水表面张力的表面活性剂，所述二氧化碳吸收促进剂包括含氟碳(-CF2-，-CF3等)官能团的表面活性剂和有机硅表面活性剂，从使用效果看，优选含氟碳(-CF2-，-CF3等)官能团的表面活性和有机硅表面活性剂，因为这两类表面活性剂所含疏水基团对水的表面张力降低效果优于普通的烷烃类基团(如-CH2-，-CH3等)。可以列举的氟、硅类表面活性剂如杜邦公司生产的各类氟碳表面活性剂，FS520、DR4430、FS22、FS31等，聚醚改性有机硅氧烷表面活性剂如毕克公司的BYK-346等。作为上述技术方案的进一步描述：所述水溶性包覆剂优选油酸钠、油酸钾、聚氧乙烯单硬脂酸酯、聚氧乙烯单月桂酸酯、聚氧乙烯十八醇、十二烷基硫酸钠中的一种或几种的混合物。相比于现有技术，本专利技术的优点在于：(1)本方案，能够缩短纳米碳酸钙的碳化反应时间，提高了产能和设备利用率，降低了生产能耗。(2)本方案，采用水溶性包覆剂可实现低温包覆，水溶性包覆剂包覆温度在30-80℃，在包覆过程中无需供热以保持浆料的温度。能够得到一次粒径小于100nm、各项指标符合GB/T19590-2011《纳米碳酸钙》要求的纳米碳酸钙产品，且该法得到的纳米碳酸钙产本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种降低纳米碳酸钙生产能耗的方法，其特征在于：包括以下步骤：/nS1：将精制石灰乳加水稀释，调至氢氧化钙浓度为7-12％的悬浮液，加入到碳化反应器中；/nS2：调整氢氧化钙悬浮液温度为10-40℃，然后向悬浮液中加入添加剂1和添加剂2并混合均匀；/nS3：向悬浮液中通入CO

【技术特征摘要】
1.一种降低纳米碳酸钙生产能耗的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：将精制石灰乳加水稀释，调至氢氧化钙浓度为7-12％的悬浮液，加入到碳化反应器中；
S2：调整氢氧化钙悬浮液温度为10-40℃，然后向悬浮液中加入添加剂1和添加剂2并混合均匀；
S3：向悬浮液中通入CO2体积浓度为10-100％的碳化气体进行碳化反应，当悬浮液pH降至7.0时继续通气10-30分钟过碳化，碳化结束后得到纳米碳酸钙悬浮液，该悬浮液温度为30-70℃；
S4：向碳化反应结束后温度为30-70℃的纳米碳酸钙悬浮液中加入表面处理剂，搅拌0.5-2h后完成表面改性；
S5：表面处理后的悬浮液经过滤、干燥、粉碎解聚，得到纳米级碳酸钙产品。


2.根据权利要求1所述的一种降低纳米碳酸钙生产能耗的方法，其特征在于：所述步骤S2中添加剂1为纳米碳酸钙晶形控制剂，所述纳米碳酸钙晶形控制剂添加量为碳酸钙质量的0.1-1.5％。


3.根据权利要求1所述的一种降低纳米碳酸钙生产能耗的方法，其特征在于：所述步骤S2中添加剂2为二氧化碳吸收促进剂，所述添加剂2的添加量为碳酸钙质量的0.01‰-0.1％。


4.根据权利要求1所述的一种降低纳米碳酸钙生产能耗的方法，其特征在于：所述步骤S3中碳化时二氧化碳的通气速率为4-24L/(h·...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈婷，孔凡滔，程颖慧，吴国栋，
申请(专利权)人：安徽前江超细粉末科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34