CN100360417C - 晶核预成纳米碳酸钙的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶核预成纳米碳酸钙的制备方法及专用设备，该方法包括：煅烧石灰石生成氧化钙，消化成Ca(OH)₂溶液；Ca(OH)₂精浆泵入晶核预成反应器中，在晶核预成反应器中产生大量的晶核；将大量的晶核导入密闭的碳化反应釜中，通入二氧化碳生成纳米碳酸钙的浆体；经过压滤、干燥后形成晶核预成的纳米碳酸钙。其专用设备晶核预成反应器，外形呈圆柱状体，分为中间用带孔的隔板分开的上、下两层，上层填充球形多孔填料。采用晶核预成技术不仅可以大大提高碳化效率，而且能够得到粒径小、分布范围窄的纳米碳酸钙晶体。

Description

晶核预成纳米碳酸钙的制备方法

技术领域

本发明提出一种制备纳米碳酸钙的新技术，其创新点在于能够使晶体成核与生长这两个阶段实现分离，使超细纳米尺度的碳酸钙制备成为可能。

背景技术

目前，纳米轻质碳酸钙主要由碳酸钙矿石分解、石灰消化及熟石灰碳化三个主要的反应结构单元组成。在碳酸钙的制备过程中，对于产品的晶体形状及大小起主要影响作用的反应结构单元是熟石灰的碳化反应，碳化过程也是纳米级碳酸钙的形成过程，碳酸钙作为六方晶系，其晶体形成过程包括晶体的成核及晶体的长大过程。

长期以来，在理论界一直存在着晶体的形核与生长不可分离的观念，这样国内碳酸钙生产厂家采用在反应釜中进行碳化反应，晶体形核与生长同时进行，通过控制反应温度及碳化时间来控制纳米碳酸钙晶体的大小。但是，由于碳化反应属于放热反应，导致反应釜温度的不可精确控制，再加上石灰煅烧炉中的二氧化碳气体浓度的波动，还有生产过程中不可调控的因素，使得按照常规的工艺参数控制所得纳米碳酸钙的粒径范围较大，产品的性能波动给应用带来了一系列的问题。

发明内容

为了克服现有的纳米碳酸钙晶体粒径大、范围宽的问题，本发明的目的之一在于提供一种纳米碳酸钙制备新技术，该技术能够制备出粒径小、分布窄的纳米碳酸钙；

本发明的另一目的在于提供一种该制备工艺专用的晶核预成反应器设备。

本发明的发明目的是通过如下技术方案实现的：

一种晶核预成纳米碳酸钙的制备方法，依次包括如下步骤：

A、煅烧石灰石生成氧化钙，把氧化钙送入给料器，然后消化成Ca(OH)₂溶液，经分离后得Ca(OH)₂精浆；

B、Ca(OH)₂精浆在14～16℃的预碳化温度下，泵入晶核预成反应器中，在晶核预成反应器中产生大量的晶核；

C、将大量的晶核导入密闭的碳化反应釜中，通入二氧化碳生成纳米碳酸钙的浆体；

D、将纳米碳酸钙浆体经过压滤、干燥后形成晶核预成的纳米碳酸钙。

所述A步骤中的Ca(OH)₂溶液的分离采用重力分离槽及旋液分离器进行分离。

所述A步骤中的消化反应是在连续式消化槽中进行的。

所述二氧化碳气体压力根据碳化釜的高度折算，二氧化碳的温度为18～25℃。

一种晶核预成纳米碳酸钙的制备方法的专用设备晶核预成反应器，外形呈圆柱状体，分为上、下两层，上下两层的中间用带孔的隔板分开，上部分填充球形多孔填料。

晶核预成反应器的工作原理：Ca(OH)₂浆体从晶核预成反应器的下部Ca(OH)₂浆体入口28泵入晶核预成反应器中，同时CO₂气体通过CO₂气体入口27以高速注入晶核预成反应器中，形成Ca(OH)₂浆体与高浓度CO₂气体最大程度的接触，于是在瞬间开始碳酸钙晶体的初步形核，然后初步形核后的浆体混和物(包括初步形核的碳酸钙晶核、未反应的Ca(OH)₂浆体以及高浓度的CO₂气体)流入多孔填料26中，由于球形多孔填料所形成的巨大比表面积，使得未反应的Ca(OH)₂浆体与高浓度的CO₂气体产生较大的接触，从而完成第二次形核，填料巨大的比表面积使得第二次形核能够完成所有Ca(OH)₂分子向CaCO₃晶核的转换，晶核从CaCO₃晶核出口25流出，进入晶体生长釜。

晶核预成反应器所用填料为球型轻质多孔填料(见图2)，它以粉煤灰为主要原料，添加特制的发泡造孔剂，经造粒成型、高温烧结，制备成表面粗糙、比表面积大、孔隙率高、外表坚硬的陶粒。本填料与传统的球形塑料填料相比不仅具有耐高温、化学稳定性好、强度适宜，而且微孔发达，分布合理，平均微孔直径为～200微米，非常适合作为晶核预成反应器的反应填料，具有良好的CO₂气体吸附能力，大大提高了CO₂气体与Ca(OH)₂浆体的接触面积，使晶核在微孔的表面大量产生。

本发明采用在纳米碳酸钙制备的碳化反应阶段，在碳化反应釜前道工序增加一个晶核预成反应器的方式，在晶核预成部分使二氧化碳气体和氢氧化钙浆体成高比例的混合形成高浓度的碳酸钙离子产生大量碳酸钙晶核，晶核的成长是在碳化反应釜中进行完成，整个过程是在密闭的容器中完成。采用晶核预成技术不仅可以大大提高碳化效率，使较小的碳化釜可完成较大的碳化量，而且能够得到尺寸均匀、大小可控的碳酸钙晶粒，具有提高生产效率，且可以制备出粒径小、分布范围窄的纳米碳酸钙等优点。

附图说明

图1为本发明晶核预成纳米碳酸钙的制备工艺流程图；

图2为本发明晶核预成反应器的结构示意图；

图3为本发明纳米碳酸钙晶体形貌TEM照片。

图中标号说明

1-石灰提料斗      2-震动式定量给料机

3-连续消化机      4-重力分离槽

5-液化式排污泵    6-旋液分离器

7-储槽            8-浓浆泵

9-换热             10-调节槽

11-浓浆泵          12-晶核预成反应器

13-添加剂槽        14-晶体生长釜

15-浓浆泵          16-添加剂槽

17-包覆塔          18-浓浆泵

19-压榨式压滤机    20-螺旋输送机

21-干燥粉碎机      22-旋风分离器

23-脉冲除尘器      24-包装机

25-晶核出口        26-填料

27-CO₂气体入口     28-Ca(OH)₂溶液入口

具体实施方式

下面结合附图1-图3进一步说明本发明是如何实现的：

实施例

本系统涉及到的化学反应如下：

首先，煅烧的石灰石生成氧化钙，通过石灰提料斗1把氧化钙送入震动式定量给料器2，然后在连续式消化槽3中消化成Ca(OH)₂溶液，再通过重力分离槽4及1μm的旋液分离器6得到精浆进入储槽7，其中废水由液化式排污泵5排至废水处理中心，精浆通过浓浆泵打入热交换器9得到合适的预碳化温度后进入调节槽10，经浓浆泵11泵入晶核预成反应器12中，(如图2所示)Ca(OH)₂浆体从晶核预成反应器的下部Ca(OH)₂浆体入口28泵入晶核预成反应器中，同时CO₂气体通过CO₂气体入口27以高速注入晶核预成反应器中，形成Ca(OH)₂浆体与高浓度CO₂气体最大程度的接触，于是在瞬间开始碳酸钙晶体的初步形核，然后初步形核后的浆体混和物流入多孔填料26中，由于球形多孔填料所形成的巨大比表面积，使得未反应的Ca(OH)₂浆体与高浓度的CO₂气体产生较大的接触，从而完成第二次形核，填料巨大的比表面积使得第二次形核能够完成所有Ca(OH)₂分子向CaCO₃晶核的转换，晶核从CaCO₃晶核出口25流出，导入晶体生长釜14中，由添加剂槽13向晶体生长釜中添加添加剂(添加剂起晶形抑制的作用，抑制晶体的异常长大，能够起到相应作用的有蔗糖等添加剂)，在晶体生长釜14中形成了纳米碳酸钙的浆体后，然后根据实际需要通过浓浆泵15打入包覆塔17，然后在添加剂槽16中加入硬酯酸，注入包覆塔17中进行包覆，经过包覆后纳米碳酸钙的表面包覆了一层硬酯酸，使纳米碳酸钙的表面性质变为亲油性，以利于不同使用环境对于纳米碳酸钙的要求。然后浆体通过压滤机19、经输送机20输送到干燥粉碎机21中，经旋风分离器22分离、脉冲除尘器23除尘，最后形成了晶核预成的纳米碳酸钙，经包装机24包装成成品。其晶体形貌如图3所示。

Claims (2)

1、一种晶核预成纳米碳酸钙的制备方法，依次包括如下步骤：

A、煅烧石灰石生成氧化钙，把氧化钙送入给料器，然后消化成Ca(OH)₂溶液，经分离后得Ca(OH)₂精浆，其中，Ca(OH)₂溶液的分离采用重力分离槽及旋液分离器进行分离；

B、Ca(OH)₂精浆在14～16℃的预碳化温度下，泵入晶核预成反应器中，在晶核预成反应器中产生大量的晶核；

C、将大量的晶核导入密闭的碳化反应釜中，通入二氧化碳生成纳米碳酸钙的浆体，所述二氧化碳的温度为18～25℃；

D、将纳米碳酸钙浆体经过压滤、干燥后形成晶核预成的纳米碳酸钙。

2、根据权利要求1所述的一种晶核预成纳米碳酸钙的制备方法，其特征在于：所述A步骤中的消化反应是在连续式消化槽中进行的。

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