生产纳米沉淀碳酸钙的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于生产纳米沉淀碳酸钙(nano‑PCC)的方法，以及通过这样的方法获得的纳米沉淀碳酸钙(nano‑PCC)和一种包括至少一个干磨机(并且优选干砂磨机)的用于生产纳米沉淀碳酸钙(nano‑PCC)的系统。此外，本发明专利技术还涉及该纳米沉淀碳酸钙(nano‑PCC)的用途以及本发明专利技术系统用于生产纳米沉淀碳酸钙(nano‑PCC)的用途。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】生产纳米沉淀碳酸钙的方法
本专利技术涉及一种用于生产纳米沉淀碳酸钙(nano-PCC)的方法，以及通过这样的方法获得的纳米沉淀碳酸钙(nano-PCC)和一种包括至少一个干磨机(并且优选干砂磨机)的用于生产纳米沉淀碳酸钙(nano-PCC)的系统。此外，本专利技术还涉及该纳米沉淀碳酸钙(nano-PCC)的用途以及本专利技术系统用于生产纳米沉淀碳酸钙(nano-PCC)的用途。
技术介绍
近年来，已发现碳酸钙在许多领域都有非常广泛的用途。例如，碳酸钙是造纸、塑料、油漆和涂料工业中使用最广泛的矿物之一，既可作为填料，又可因其白颜色而作为涂料颜料。在造纸工业中，碳酸钙因其高亮度、不透明性和光泽度而受到重视，且通常被用作填料来制造明亮的不透明纸。此外，碳酸钙经常被用作油漆中的增量剂，并且也被用作粘合剂、密封剂和塑料中的填料。高级碳酸钙也可用于药物制剂。已知碳酸钙以天然存在的矿物以及合成生产的产品的形式存在。研磨碳酸钙(GCC)是一种从天然来源获得并通过湿法和/或干法处理步骤加工的碳酸钙。沉淀碳酸钙(PCC)是一种通过沉淀反应获得的合成材料。尽管天然存在的研磨碳酸钙(GCC)常常在许多应用中被用作填料，但合成制造的沉淀碳酸钙(PCC)可进行量身定制，例如在其形态和粒子尺寸方面，从而允许PCC实现额外的功能。通常，商业生产碳酸钙的一种方式是煅烧粗石灰石以获得生石灰。然后加入水以产生氢氧化钙的水性悬浮液(“石灰乳”)(此反应显示在反应(1)中)，然后将二氧化碳再引入这种浆料中以使碳酸钙沉淀(此反应显示在反应(2)中)。(1)CaO+H2O→Ca(OH)2+热量(2)Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O+热量。这种方法的产物被称为沉淀碳酸钙(“PCC”)。所得碳酸钙的水性悬浮液或浆料可原样使用或进一步加工(例如脱水、研磨、解团聚等)以形成干燥产品。取决于确切的反应条件，该沉淀反应能够产生具有不同特性的碳酸钙。WO2013/142473A1涉及一种包括以下步骤的方法：将生石灰消化以获得消石灰，并使消石灰在不搅拌、不预先在热交换器中冷却且不存在任何添加剂的情况下利用二氧化碳气体进行碳酸化以产生PCC。US5,811,070A公开了一种用于生产平均尺寸为0.1-1.0μm的碳酸钙粒子的方法，该方法包括以下步骤：将二氧化碳引入含有第一试剂的石灰乳中以制备含有平均尺寸为0.4μm的碳酸钙粒子的水性悬浮液，将石灰乳添加到该水性悬浮液中，并使含有第二试剂的碳酸化溶液与该水性悬浮液相继反应。但是，从反应步骤(1)可以看出，加入水产生氢氧化钙的水性悬浮液(也被称为“石灰乳”)，并且在反应步骤(2)中，二氧化碳被引入该浆料中以使碳酸钙沉淀。因此，上述过程需要巨大量的水，这由于经济和生态的原因而是不利的。此外，沉淀碳酸钙以浆料或悬浮液的形式获得。但是，如果沉淀碳酸钙应被用作造纸、塑料、油漆和涂料工业中或粘合剂或密封剂中的填料或颜料，则通常需要提供使悬浮液或浆料脱水的进一步的加工步骤，以获得干燥的沉淀碳酸钙，因为水通常对这类组合物具有负面影响。这样的干燥步骤需要额外的能量，因此出于经济和生态的原因应当被避免。因此，持续需要提供沉淀碳酸钙的方法，尤其是允许控制所产生的沉淀碳酸钙的某些结构性能如粒子尺寸的方法。此外，持续需要提供具有特定或定制特性如限定的粒子尺寸的沉淀碳酸钙。还持续需要下述这样的提供沉淀碳酸钙的方法：该方法仅使用相对少量的水并且尤其避免进一步的干燥步骤。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种用于生产具有限定的粒子尺寸的沉淀碳酸钙的方法。特别地，本专利技术的目的是提供一种用于生产具有在纳米范围内的限定的粒子尺寸的纳米沉淀碳酸钙(nano-PCC)的方法。此外，本专利技术的另一目的是提供一种仅使用相对少量的水来生产沉淀碳酸钙的方法。特别地，本专利技术的目的是提供仅具有相对低残余水分含量的沉淀碳酸钙。此外，本专利技术的另一目的是提供合适的工艺设备来进行这样的方法。特别地，希望该设备便宜、易于操作并且适用于沉淀碳酸钙的相应量。前述和其他目的由本文独立权利要求中定义的主题解决。根据本专利技术的一种实施方案，提供了一种用于生产纳米沉淀碳酸钙(nano-PCC)的方法，包括以下步骤：a)提供含氧化钙材料，b)提供基于该含氧化钙材料的总干重计为最多200％重量的量的水，c)提供二氧化碳源，d)通过同时或相继地进行以下步骤(i)和(ii)来制备nano-PCC：(i)同时混合和研磨步骤a)的含氧化钙材料与步骤b)的水，和(ii)在同时混合和研磨下添加步骤c)的二氧化碳源，其量对应于步骤a)的含氧化钙材料中的氧化钙与步骤c)的二氧化碳源中的二氧化碳的摩尔比为1:1至1:3.5，条件是当步骤(i)和(ii)相继进行时，在第一步骤(i)中，步骤a)的含氧化钙材料与步骤b)的一定量的水同时混合和研磨，该水量对应于步骤a)的含氧化钙材料中的氧化钙与水的摩尔比为1:1至1:1.5，并且在第二步骤(ii)中，在同时混合和研磨下添加步骤b)的剩余量的水。根据本专利技术的另一种实施方案，提供了通过本专利技术的方法获得的纳米沉淀碳酸钙。根据本专利技术的另一种实施方案，提供了包括至少一个干磨机的用于生产纳米沉淀碳酸钙的系统，该系统包括：A)至少一个适于将含氧化钙材料进料到至少一个干磨机中的入口，其中所述入口被布置为使得在研磨过程中其不与该至少一个干磨机内的研磨珠直接接触；B)至少一个适于将水进料到至少一个干磨机中的入口；C)至少一个适于将二氧化碳源进料到至少一个干磨机中的入口，其中所述入口被布置为使得其位于该至少一个干磨机中的液体入口水平之下；和D)至少一个用于从至少一个干磨机中移除纳米沉淀碳酸钙的出口，其中所述出口包括筛子并且被布置为使得在研磨过程中其与该至少一个干磨机内的研磨珠直接接触并且至少部分地位于该至少一个干磨机中的液体入口水平之下。根据本专利技术的另一实施方案，本专利技术的纳米沉淀碳酸钙用于纸、纸产品、纸涂料、油墨、油漆、涂料、塑料、聚合物组合物、粘合剂、建筑产品、密封剂、食品、农产品、化妆品产品或药物产品中，优选用于纸、纸涂料、塑料、油漆、粘合剂和密封剂中并且最优选用于粘合剂和密封剂中。根据本专利技术的另一实施方案，本专利技术的系统用于生产根据本专利技术的纳米沉淀碳酸钙。本专利技术人令人惊奇地发现，上述的本专利技术方法是便宜且易于操作的方法。此外，在本专利技术的方法中仅使用少量的水，因此鉴于水管理，本专利技术的方法是经济和生态的。此外，本专利技术人令人惊奇地发现，通过上述的本专利技术方法，可以控制沉淀碳酸钙的粒子尺寸并提供具有在纳米范围内的限定的粒子尺寸的纳米沉淀碳酸钙(nano-PCC)。此外，本专利技术人还发现，所获得的纳米沉淀碳酸钙具有相对低的残余水分含量，因此可避免在将所获得的纳米沉淀碳酸钙用作纸、塑料、油漆和涂料工业中或粘合剂或密封剂中的填料或颜料之前的进一步干燥步骤。因此可以节省通常用于干燥步骤的额外能量，并且因此，本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.生产纳米沉淀碳酸钙(nano-PCC)的方法，包括以下步骤：/na)提供含氧化钙材料，/nb)提供基于该含氧化钙材料的总干重计为最多200％重量的量的水，/nc)提供二氧化碳源，/nd)通过同时或相继地进行以下步骤(i)和(ii)来制备nano-PCC：/n(i)同时混合和研磨步骤a)的含氧化钙材料与步骤b)的水，和/n(ii)在同时混合和研磨下添加步骤c)的二氧化碳源，其量对应于步骤a)的含氧化钙材料中的氧化钙与步骤c)的二氧化碳源中的二氧化碳的摩尔比为1:1至1:3.5，/n条件是当步骤(i)和(ii)相继进行时，在第一步骤(i)中，步骤a)的含氧化钙材料与步骤b)的一定量的水同时混合和研磨，该水量对应于步骤a)的含氧化钙材料中的氧化钙与水的摩尔比为1:1至1:1.5，并且在第二步骤(ii)中，在同时混合和研磨下添加步骤b)的剩余量的水。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20190215 EP 19157596.81.生产纳米沉淀碳酸钙(nano-PCC)的方法，包括以下步骤：
a)提供含氧化钙材料，
b)提供基于该含氧化钙材料的总干重计为最多200％重量的量的水，
c)提供二氧化碳源，
d)通过同时或相继地进行以下步骤(i)和(ii)来制备nano-PCC：
(i)同时混合和研磨步骤a)的含氧化钙材料与步骤b)的水，和
(ii)在同时混合和研磨下添加步骤c)的二氧化碳源，其量对应于步骤a)的含氧化钙材料中的氧化钙与步骤c)的二氧化碳源中的二氧化碳的摩尔比为1:1至1:3.5，
条件是当步骤(i)和(ii)相继进行时，在第一步骤(i)中，步骤a)的含氧化钙材料与步骤b)的一定量的水同时混合和研磨，该水量对应于步骤a)的含氧化钙材料中的氧化钙与水的摩尔比为1:1至1:1.5，并且在第二步骤(ii)中，在同时混合和研磨下添加步骤b)的剩余量的水。


2.权利要求1的方法，其特征在于该方法进一步包括步骤e)：从步骤d)获得的混合物中分离纳米沉淀碳酸钙。


3.前述权利要求中任一项的方法，其特征在于该方法不涉及干燥步骤，并且优选地，步骤d)中获得的纳米沉淀碳酸钙具有基于该纳米沉淀碳酸钙的总干重计为0.1％重量至10％重量、优选0.2％重量至8％重量、更优选0.2％重量至5％重量并且最优选0.2％重量至3％重量的残余总水分含量。


4.前述权利要求中任一项的方法，其特征在于步骤a)中提供的含氧化钙材料具有
i)基于该含氧化钙材料的总重量计为至少75％重量、优选至少90％重量并且最优选95％重量的最小氧化钙含量，和/或
ii)具有1.0-300μm、优选2-200μm、更优选4-100μm并且最优选6-80μm的重量中值粒子尺寸d50。


5.前述权利要求中任一项的方法，其特征在于步骤c)的二氧化碳源包含基于该二氧化碳源的总体积计为4-99.8％体积的二氧化碳，更优选5-95％体积的二氧化碳，甚至更优选6-40％体积的二氧化碳，甚至更优选7-30％体积的二氧化碳并且最优选8-25％体积的二氧化碳。


6.前述权利要求中任一项的方法，其特征在于步骤(i)和(ii)相继进行，并且在第一步骤(i)中，步骤a)的含氧化钙材料与步骤b)的一定量的水同时混合和研磨，该水量对应于步骤a)的含氧化钙材料中的氧化钙与水的摩尔比为1:1.01至1:1.40，优选摩尔比为1:1.02至1:1.20且最优选摩尔比为1:1.03至1:1.08。


7.前述权利要求中任一项的方法，其特征在于在步骤d)中，步骤a)的含氧化钙材料中的氧化钙与步骤c)的二氧化碳源中的二氧化碳的摩尔比为1:1至1:2，优选摩尔比为1:1.2至1:1.8，更优选摩尔比为1:1.3至1:1.7并且最优选为1:1.4至1:1.6。


8.前述权利要求中任一项的方法，其特征在于在步骤d)中，步骤i)和ii)相继进行并且在步骤ii)中添加的水的量为1％重量至140％重量，优选为20％重量至130％重量，更优选为30％重量至100％重量并且最优选为40％重量至80％重量，基于该含氧化钙材料的总干重计。

【专利技术属性】
技术研发人员：L·佩德罗索，H·施皮格尔，M·斯科兹皮萨克，
申请(专利权)人：OMYA国际股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH