CN101318681A - 一种从白云岩制备超细氧化钙的方法 - Google Patents

一种从白云岩制备超细氧化钙的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种从白云岩制备超细氧化钙的方法。白云岩在我国有着极其丰富的蕴藏量，其主要成分为化学通式为MgCa(CO3)2的白云石。通过简单的几个步骤：首先将白云岩煅粉与白云岩酸化液反应实现钙镁分离；然后在钙镁分离后得到的氯化钙溶液中滴加碱溶液，获得的氢氧化钙微粒经煅烧后得到具有活性的超细氧化钙粉体。超细氧化钙在阻燃剂、吸附剂、填充剂等领域有着广泛的应用前景。本发明提出的制备超细氧化钙的方法，其工艺流程简单，设备投资少，运行成本低廉，制得的氧化钙纯度在90％以上，并同时获得极具经济价值的超细氢氧化镁粉末，是一项经济有效的制备超细氧化钙的方法。

Description

一种从白云岩制备超细氧化钙的方法
技术领域
本发明涉及化合物的制备方法，尤其涉及一种从白云岩制备超细氧化钙的方法。
背景技术
白云岩是地球上重要的钙镁资源，在我国有着极其丰富的蕴藏量。但是目前我国白云岩的开发利用程度很低，大部分矿山仅出售原矿。
超细CaO由于具有高比表面积、高活性，具有很强的吸附能力，目前已被用于代替石灰乳溶液处理高浓度含氟废水，并可吸附处理废水中的汞及氯化汞等。由于CaO价格便宜、原材料丰富，还被普遍用作脱硫技术中的固硫剂，可有效脱除H2S和COS。其具备的高吸附量、低制备成本、较长循环使用寿命及良好抗磨特性使之成为优选的高温CO2脱除剂。经过活化的CaO作为脱污剂，可吸附处理垃圾焚烧产生的烟气。
氧化钙还是一种用途广泛的填充剂。在刚玉质浇注料中掺杂CaO后，可显著提高其强度保持率和抗热震性。飞灰中添加CaO，可以有效降低飞灰浸出液体重重金属痕量元素As、Se和Cr的含量。CaO与其他氧化物MgO、Al2O3、SiO2组成微晶玻璃时，CaO含量的增加可以促进微晶玻璃粉体的烧结致密化，并增加样品的介电常数和热膨胀系数。在10NiO-NiFe2O4复合陶瓷中掺杂适量CaO，可以增大陶瓷的致密度和径向收缩率，并促进陶瓷晶粒的生长。CaO助剂的加入可增强Ni/Al2O3催化剂的活性和抗积炭性能。经过表面处理后的氧化钙填充到聚乙烯中，可极大增强其力学性能，并具有较好的光降解性能。超细CaO还是常用的固体碱催化剂之一，具有高活性、催化剂寿命长及价格低廉等优点，应用于多种有机合成反应中。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种从白云岩制备超细氧化钙的方法。
它包括如下步骤：
1)将100克充分破碎的白云岩粉末，在900～1600℃炉中煅烧3～8小时，得到白云岩煅烧产物，其化学结构通式为(Mg，Ca)O；
2)将100～150克充分破碎的白云岩粉末，加入到1～4升0.5～2mol/L的盐酸溶液中，搅拌反应0.5～3小时，滤去不溶残渣，得到白云岩酸化液；
3)将白云岩煅烧产物加入到200～1000mL 30～90℃的去离子水中进行消化处理；除去残渣，加入白云岩酸化液，搅拌反应0.5～3小时，离心分离，水洗，固相烘干，得到超细氢氧化镁粉末；
4)在上述分离液中缓慢滴入0.5～5升0.4～4N的碱溶液，并加入0.5～5克分散剂，在50～90℃水浴中反应0.5～5小时，离心分离、水洗、固相产物烘干，在600～900℃炉中煅烧2～8小时，冷却，得到超细氧化钙粉体。
所述的白云岩为天然产出岩石，其主要矿物成分为白云石，化学结构通式为CaMg(CO3)2。超细氧化钙为平均粒径为10～500nm的CaO粉体。碱溶液为NaOH、KOH、尿素或氨水溶液中的一种或几种。分散剂为三聚磷酸钠、聚乙二醇、柠檬酸或十二烷基苯磺酸钠中的一种或几种。
本发明提出的从白云岩制备超细氧化钙的方法以天然白云岩为原材料，价格低廉，其制备工艺流程非常简单，设备投资成本低，在生产过程中几乎不产生废液，有利于环境保护。制得的氧化钙粉体颗粒均一，平均粒径在10～500nm之间，具有高比表面积、高活性、高温稳定等优点，在填充剂、阻燃剂、吸附剂等领域具有广泛的应用前景。
具体实施方式
超细氧化钙具有耐高温、吸附能力强、高活性等优点，目前已广泛用作固硫剂、CO2脱除剂、陶瓷等材料的填充剂、有机合成反应的催化剂等，是一种用途极为广泛的无机粉体。
本发明提出了一种从白云岩制备超细氧化钙的方法，其制备工艺流程简单，生产成本低廉。具体实施方式包括以下步骤：
制备的第一步是取100克充分破碎的白云岩，在900～1600℃炉中煅烧3～8小时，煅烧过程中白云岩逐步脱去CO2，形成化学结构通式为(Mg，Ca)O的白云岩煅粉，其中含有少量SiO2、Fe2O3、Al2O3等次要组分。
MgCa(CO3)2→MgO+CaO+2CO2↑
另取100～150克充分破碎的白云岩，加入到1～4升0.5～2mol/L的盐酸溶液中，搅拌反应0.5～3小时，滤去不溶残渣后，得到以MgCl2和CaCl2为主的白云岩酸化液；酸化液中Ca、Mg元素含量略多于白云岩煅粉中的钙镁含量。
MgCa(CO3)2+4HCl→MgCl2+CaCl2+2H2O+2CO2↑
制备的第二步是将白云岩煅粉加入到200～1000mL 30～90℃的去离子水中进行消化处理；煅粉中的CaO和MgO在温水中反应成为Mg(OH)2和Ca(OH)2。除去残渣后，在消化液中加入白云岩酸化液，搅拌反应0.5～3小时；根据反应：Ca(OH)2+MgCl2→CaCl2+Mg(OH)2的反应吉布斯函数变，ΔG＝-94.85KJ/mol，该反应在常温下能自发进行。酸化液中的钙镁含量多于白云岩煅粉中的含量，从而保证了该反应能较彻底的完成。反应结束后得到氢氧化镁及氯化钙的悬浮液。
MgO+CaO+H2O→Mg(OH)2+Ca(OH)2
Ca(OH)2+MgCl2→CaCl2+Mg(OH)2
制备的第三步是将得到的悬浮液离心清洗，固相烘干后得到超细氢氧化镁粉末；在清液中缓慢滴入0.5～5升0.4～4N的碱溶液，并加入0.5～5克分散剂，反应在50～90℃水浴中进行0.5～5小时。反应过程中控制碱溶液的滴加速率，使氢氧化钙能均匀缓慢的沉淀；分散剂的作用是使微粒之间产生排斥力，并在微粒表面形成一层保护膜，从而减少颗粒之间的团聚。
Ca2++2OH-→Ca(OH)2↓
将得到的沉淀经离心、清洗、烘干后在600～900℃炉中煅烧2～8小时，超细的氢氧化钙粉体分解成为CaO，冷却后即得超细氧化钙粉体。
下面结合实施例进一步说明本发明。
实施例1：
1)将100克充分破碎的白云岩粉末，在900℃炉中煅烧8小时，得到白云岩煅烧产物，其化学结构通式为(Mg，Ca)O；
2)将100克充分破碎的白云岩粉末，加入到1升2mol/L的盐酸溶液中，搅拌反应3小时，滤去不溶残渣，得到白云岩酸化液；
3)将白云岩煅烧产物加入到1000mL 30℃的去离子水中进行消化处理；除去残渣，加入白云岩酸化液，搅拌反应0.5小时，离心分离，水洗，固相烘干，得到超细氢氧化镁粉末；
4)在上述分离液中缓慢滴入5升0.4N的NaOH溶液，并加入0.5克聚乙二醇，在90℃水浴中反应0.5小时，离心分离、水洗、固相产物烘干，在600℃炉中煅烧8小时，冷却，得到超细氧化钙粉体。
实施例2：
1)将100克充分破碎的白云岩粉末，在1600℃炉中煅烧3小时，得到白云岩煅烧产物，其化学结构通式为(Mg，Ca)O；
2)将150克充分破碎的白云岩粉末，加入到4升0.5mol/L的盐酸溶液中，搅拌反应0.5小时，滤去不溶残渣，得到白云岩酸化液；
3)将白云岩煅烧产物加入到200mL 90℃的去离子水中进行消化处理；除去残渣，加入白云岩酸化液，搅拌反应3小时，离心分离，水洗，固相烘干，得到超细氢氧化镁粉末；
4)在上述分离液中缓慢滴入0.5升4N的KOH溶液，并加入5克柠檬酸，在50℃水浴中反应5小时，离心分离、水洗、固相产物烘干，在900℃炉中煅烧2小时，冷却，得到超细氧化钙粉体。
实施例3：
1)将100克充分破碎的白云岩粉末，在1200℃炉中煅烧6小时，得到白云岩煅烧产物，其化学结构通式为(Mg，Ca)O；
2)将120克充分破碎的白云岩粉末，加入到2升1mol/L的盐酸溶液中，搅拌反应1小时，滤去不溶残渣，得到白云岩酸化液；
3)将白云岩煅烧产物加入到500mL 50℃的去离子水中进行消化处理；除去残渣，加入白云岩酸化液，搅拌反应2小时，离心分离，水洗，固相烘干，得到超细氢氧化镁粉末；
4)在上述分离液中缓慢滴入2升2N的尿素溶液，并加入3克十二烷基苯磺酸钠，在70℃水浴中反应2小时，离心分离、水洗、固相产物烘干，在700℃炉中煅烧6小时，冷却，得到超细氧化钙粉体。
实施例4：
1)将100克充分破碎的白云岩粉末，在1400℃炉中煅烧5小时，得到白云岩煅烧产物，其化学结构通式为(Mg，Ca)O；
2)将140克充分破碎的白云岩粉末，加入到3升0.7mol/L的盐酸溶液中，搅拌反应2小时，滤去不溶残渣，得到白云岩酸化液；
3)将白云岩煅烧产物加入到800mL 70℃的去离子水中进行消化处理；除去残渣，加入白云岩酸化液，搅拌反应1小时，离心分离，水洗，固相烘干，得到超细氢氧化镁粉末；
4)在上述分离液中缓慢滴入3升1N的氨水溶液，并加入1克三聚磷酸钠，在80℃水浴中反应3小时，离心分离、水洗、固相产物烘干，在800℃炉中煅烧4小时，冷却，得到超细氧化钙粉体。

Claims (5)

1.一种从白云岩制备超细氧化钙的方法，其特征在于包括如下步骤：
1)将100克充分破碎的白云岩粉末，在900～1600℃炉中煅烧3～8小时，得到白云岩煅烧产物，其化学结构通式为(Mg，Ca)O；
2)将100～150克充分破碎的白云岩粉末，加入到1～4升0.5～2mol/L的盐酸溶液中，搅拌反应0.5～3小时，滤去不溶残渣，得到白云岩酸化液；
3)将白云岩煅烧产物加入到200～1000mL 30～90℃的去离子水中进行消化处理；除去残渣，加入白云岩酸化液，搅拌反应0.5～3小时，离心分离，水洗，固相烘干，得到超细氢氧化镁粉末；
4)在上述分离液中缓慢滴入0.5～5升0.4～4N的碱溶液，并加入0.5～5克分散剂，在50～90℃水浴中反应0.5～5小时，离心分离、水洗、固相产物烘干，在600～900℃炉中煅烧2～8小时，冷却，得到超细氧化钙粉体。
2.根据权利要求1所述的一种从白云岩制备超细氧化钙的方法，其特征在于所述的白云岩为天然产出岩石，其主要矿物成分为白云石，化学结构通式为CaMg(CO3)2。
3.根据权利要求1所述的一种从白云岩制备超细氧化钙的方法，其特征在于所述的超细氧化钙为平均粒径为10～500nm的CaO粉体。
4.根据权利要求1所述的一种从白云岩制备超细氧化钙的方法，其特征在于，所述的碱溶液为NaOH、KOH、尿素或氨水溶液中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种从白云岩制备超细氧化钙的方法，其特征在于，所述的分散剂为三聚磷酸钠、聚乙二醇、柠檬酸或十二烷基苯磺酸钠中的一种或几种。
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