【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及超细碳酸钙制备的，尤其是涉及一种通过加速石灰乳碳酸化合成超细轻质碳酸钙的方法。
技术介绍
1、当前生产轻质碳酸钙主流工艺是石灰乳-鼓泡碳化工艺，具有原料易得、工艺紧凑、操作简便、运行稳定等技术优势，同时也存在气液固传质效率低，碳化时间长、轻钙晶粒粗大、晶形混杂，以及碳利用率低和碳排放量大等弊端。鼓泡碳化法生产轻钙的单塔反应一般需要120～180min，反应后期氢氧化钙被碳酸钙包覆，气液固三相传质受阻，co2吸收效率断崖式下降，反应过程的碳排放显著升高，致使碳化过程的co2利用率仅有75％左右，生产一吨轻钙产品co2排放量约为0.15吨(加上煅烧和干燥等工序，co2总排放量约0.8吨)。因此，缩短碳酸化时间，减少碳排放成为影响轻钙产品生命周期以及维系轻钙产业可持续发展，亟需解决的行业共性问题。
2、为了解决这一问题，国内产业界和学术界近年来在碳化反应器结构创新、碳化过程与工艺优化等方面开展了大量工作，取得一系列突破。中国专利cn201700010165921公开了一种搅拌式连续碳化装置，采用特殊的搅拌装置，强化固液两相传质过程，通过提高窑气与浆液的接触面积提高碳化反应速率。中国专利cn2013106403251提出通过碳化反应器内外桶之间的液固相循环，结合螺旋多孔挡板细化大气泡，增加气液有效接触面积，加速碳化反应。中国专利cn2005100453290提出通过磁场、电场单独、共同或交互作用提高碳化反应过程中各种微观粒子的迁移速率，增大碰撞和反应概率，显著缩短碳化时间，并成功用于超细轻钙的合成。此外，还有利
技术实现思路
1、为了解决采用常规鼓泡碳化工艺生产轻质碳酸钙过程中碳化时间长、二氧化碳利用率低、碳排放量大的技术问题，本专利技术提供了一种通过加速石灰乳碳酸化合成超细轻质碳酸钙的方法，通过向石灰乳中添加碳化促进剂，依靠化学试剂间的化学耦合作用迅速捕捉和吸收二氧化碳，提高二氧化碳从气相转移至液相，以及突破相间液膜阻力，反应生成碳酸根的总反应速率，从而改变传统石灰乳碳酸化反应的路径，缩减无效反应时间，明显加速石灰乳碳酸化反应。同时，利用石灰乳的加速碳酸化，减少产物碳酸钙颗粒反复多次异相成核-结晶过程，有效抑制粒径宽泛化和大尺寸团簇生成，制备出具有小纺锤结构特征的超细轻质碳酸钙产品。
2、与现有技术相比，本专利技术方法不仅可显著提高石灰乳碳化速率，缩短碳化时间，降低能耗和碳排放；同时，还满足超细轻质碳酸钙的合成需求，可在通用设备中显著改善碳酸钙产品的形貌规整度和粒度均一性，提升技术指标和应用性能，在节能减碳和产品升级方面发挥多重积极作用。
3、本专利技术的目的通过以下技术方案予以实现：
4、本专利技术提供了一种通过加速石灰乳碳酸化合成超细轻质碳酸钙的方法，包括如下步骤：
5、(1)石灰乳经一级筛分除杂后，进行保温熟化；
6、(2)熟化后的石灰乳依次经二级筛分、三级筛分、悬液分离除杂后，加入碳化促进剂，调制均匀；
7、(3)向调制后的石灰乳中通入二氧化碳气体进行碳化反应，得到轻质碳酸钙浆液；
8、(4)将轻质碳酸钙浆液依次经离心脱水、干燥、粉碎后，得到纺锤形超细轻质碳酸钙。
9、石灰乳碳酸化以及碳酸钙沉淀生成，主要包含以下7个过程：
10、ca(oh)2(s) → ca(oh)2(1) (1)
11、ca(oh)2(1) → ca2++2oh- (2)
12、co2 (g) → co2 (1) (3)
13、h2o (1) → oh-+h+ (4)
14、co2 (1)+oh- → hco3- (5)
15、hco3- +oh- → co32-+h2o (6)
16、ca2+ +co32-→ caco3(s) (7)
17、其中(1)、(3)和(5)为慢反应，其余是快反应。根据国内研究成果：(3)和(5)步反应，即二氧化碳的传质吸收和转化为整个碳化反应的决速步骤。
18、本专利技术中采用的石灰乳加速碳化方法以及超细轻质碳酸钙低碳制备工艺，主要基于石灰乳碳化反应机理以及碳酸钙结晶工艺，从加速二氧化碳相转移与转化，以及抑制碳酸钙晶体无序生长的角度出发，向石灰乳体系中引入碳化促进剂(carbonizationaccelerator)，将石灰乳碳化反应路径从co2(g)－co2(l)－h2o－co32-(l)－ca(oh)2(s)－ca(oh)2(l)－ca2+(l)－caco3(s)转变为co2(g)－co2(l)－[h2o·ca]－co32-(l)－ca(oh)2(s)－ca(oh)2(l)－ca2+(l)－caco3(s)，即通过碳化促进剂与溶剂水分子的化学耦合作用，将单纯水分子溶解吸收二氧化碳转变为水分子与促进剂分子耦合溶解吸收二氧化碳，实现二氧化碳传质和相态转化的“隧道效应”，打破石灰乳碳化反应决速步骤限制，提高碳化总反应速率，缩短反应时间。
19、如图1所示，促进剂分子与水分子耦合态相较于纯水，液膜密度和阻力较小，二氧化碳穿越和发生化学反应的能垒更低(见图1a-b)，反应更易发生。微观机理(见图1c)是ca与水分子耦合形成溶剂化分子簇，减小了co2气泡表面液相张力，以及液膜中水分子溶剂化层密度，减小了液膜阻力，为co2气体分子穿透液膜并被溶剂吸收和溶解创造了快速通道，进而使得co2向碳酸根的转变更为高效和顺畅。
20、根据经典结晶理论，碳酸钙晶体速率受[co32-]·[ca2+]的过饱和度支配。本专利技术中，碳化促进剂分子ca与水分子耦合作用，不仅使co2传质和相态转化速率倍增，液相[co32-]体积浓度增大。同时，还引起氢氧化钙颗粒表面溶剂化层结构和密度改变，使得固体界面对[ca2+]的吸附作用减弱，迁移通道增多，加快溶剂化层[ca2+]的溶出以及参与反应的过程(见图1d)。这样碳化反应开始后[co32-]·[ca2+]溶度积迅速增大，超过caco3(s)的溶解-结晶平衡常数后，碳酸钙晶核迅速形成，析出大量微晶，且能够不断从氢氧化钙颗粒表面剥离，有效避免了常规碳化后期碳酸钙包裹氢氧化钙引发的“钙源”断崖式衰竭，碳化反应停滞不前的问题。
21、综上所述，本专利技术中碳化促进剂不仅提高了“碳源”和“钙源”形成的速度，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种通过加速石灰乳碳酸化合成超细轻质碳酸钙的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述通过加速石灰乳碳酸化合成超细轻质碳酸钙的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述石灰乳的制备包括如下步骤：将生石灰与消化液通过湿法消化反应制得。
3.根据权利要求1或2所述通过加速石灰乳碳酸化合成超细轻质碳酸钙的方法，其特征在于，步骤（1）中，第一级筛分的筛网目数为100～120目；保温熟化时间为12~36h。
4.根据权利要求1所述通过加速石灰乳碳酸化合成超细轻质碳酸钙的方法，其特征在于，步骤（2）中，所述第二级筛分的筛网目数为180~200目；所述第三级筛分的筛网目数为325~350目。
5.根据权利要求1所述通过加速石灰乳碳酸化合成超细轻质碳酸钙的方法，其特征在于，步骤（2）中，所述碳化促进剂为硬脂酸钠，油酸钠，三乙醇胺，乙二胺，碳酸氢钠，氢氧化钠，三硅氧烷羧酸钠，壬基酚聚氧乙烯醚磷酸酯，磺基琥珀酸酯二钠盐，聚乙二醇和聚丙烯酸钠中的一种或多种组合。
6.根据权利要求1所述通过加速石灰乳碳酸化合成超细轻质碳酸钙的方法，
7.根据权利要求1或4-6之一所述通过加速石灰乳碳酸化合成超细轻质碳酸钙的方法，其特征在于，步骤（3）中，所述调制后的石灰乳的质量浓度为10~15%，温度为35~45℃。
8.根据权利要求1或4-6之一所述通过加速石灰乳碳酸化合成超细轻质碳酸钙的方法，其特征在于，步骤（3）中，碳化反应过程中，当碳化浆液的电导率降至3000µS/cm时加入分散剂，降低二氧化碳气体流量，直至电导率降至1500µS/cm以下时，碳酸化完成，得到轻质碳酸钙浆液。
9.根据权利要求8所述通过加速石灰乳碳酸化合成超细轻质碳酸钙的方法，其特征在于，碳化反应过程中，二氧化碳气体的体积浓度为35～38%，初始流量为6000～6500m3/h，加入分散剂后流量为3000～4000m3/h。
10.根据权利要求1所述通过加速石灰乳碳酸化合成超细轻质碳酸钙的方法，其特征在于，步骤（4）中，离心脱水后粉料的含水率为30～37%；干燥后粉料的含水率为0.5～1.0%。
...【技术特征摘要】
1.一种通过加速石灰乳碳酸化合成超细轻质碳酸钙的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述通过加速石灰乳碳酸化合成超细轻质碳酸钙的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述石灰乳的制备包括如下步骤：将生石灰与消化液通过湿法消化反应制得。
3.根据权利要求1或2所述通过加速石灰乳碳酸化合成超细轻质碳酸钙的方法，其特征在于，步骤（1）中，第一级筛分的筛网目数为100～120目；保温熟化时间为12~36h。
4.根据权利要求1所述通过加速石灰乳碳酸化合成超细轻质碳酸钙的方法，其特征在于，步骤（2）中，所述第二级筛分的筛网目数为180~200目；所述第三级筛分的筛网目数为325~350目。
5.根据权利要求1所述通过加速石灰乳碳酸化合成超细轻质碳酸钙的方法，其特征在于，步骤（2）中，所述碳化促进剂为硬脂酸钠，油酸钠，三乙醇胺，乙二胺，碳酸氢钠，氢氧化钠，三硅氧烷羧酸钠，壬基酚聚氧乙烯醚磷酸酯，磺基琥珀酸酯二钠盐，聚乙二醇和聚丙烯酸钠中的一种或多种组合。
6.根据权利要求1所述通过加速石灰乳碳酸化合成超细轻...
【专利技术属性】
技术研发人员：田伟，翁超，蒋修帆，李书雨，周寒，
申请(专利权)人：浙江天石纳米科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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