CN103449494A - 用锅炉烟道气生产轻质碳酸钙的方法 - Google Patents

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施晓旦
田雨
田久旺
郑小群
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Abstract

本发明提供了一种用锅炉烟道气生产轻质碳酸钙的方法，包括如下步骤：收集锅炉烟道气，通过净化除尘器除去烟气杂质；通过碳酸氢钠过饱和溶液脱硫；通过一含辛化硅胶作为吸附剂的吸附塔，经变压吸附步骤获得纯化的锅炉烟道气；将所述纯化的锅炉烟道气通入氢氧化钙水浆料中进行碳化步骤，获得含轻质碳酸钙的浆料。本发明通过将锅炉烟道气经过净化富集后用于碳化法合成轻质碳酸钙，所制得的轻钙用于造纸填料或造纸涂布颜料，主要用于铜板纸、涂布白板纸、白卡纸的涂布颜料，以代替价格昂贵的进口高岭土及煅烧高岭土，生产出的纸张的白度高、油墨吸收性好，生产成本低。净化后除去二氧化硫等有害气体，达到清洁生产的目的。

Description

用锅炉烟道气生产轻质碳酸钙的方法
技术领域
本发明涉及一种碳酸钙生产技术，尤其涉及采用锅炉烟道气中的二氧化碳碳化法合成轻质碳酸钙的方法。
背景技术
锅炉烟道气中主要含有大量的氮气、二氧化碳和少量的一氧化碳、二氧化硫及微量的有害气体和烟尘等物质。CN1085188A公开了一种工业烟气用于生产轻质碳酸钙的工艺，其在烟道气进行净化除尘后，不用分离直接与石灰水反应生产碳酸钙沉淀，显然，由于其中二氧化硫会和石灰水中的氢氧化钙发生反应生成亚硫酸钙沉淀，导致轻钙产物的纯度不高，并且会影响后续的应用效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种用锅炉烟道气生产轻质碳酸钙的方法，以克服现有技术存在的上述缺陷。
本发明所述的用锅炉烟道气生产轻质碳酸钙的方法，包括如下步骤：收集锅炉烟道气，通过净化除尘器除去烟气杂质；通过碳酸氢钠过饱和溶液脱硫；通过一含辛化硅胶作为吸附剂的吸附塔，经变压吸附步骤获得纯化的锅炉烟道气；将所述纯化的锅炉烟道气通入氢氧化钙水浆料中进行碳化步骤，获得含轻质碳酸钙的浆料。
其中，辛化硅胶优选粒径1-3mm，堆积密度0.79-0.8g/ml，比表面积750-800m2/g；
所述纯化的锅炉烟道气中二氧化碳体积浓度达到30-70%；
所述变压吸附步骤包括：吸附步骤和解吸步骤，所述吸附步骤的吸附压力控制在0.8-1.2MPa，所述解吸步骤是首先从吸附塔出口方向减压至0.4-0.5MPa，排出废气，然后从吸附塔进口方向减压至-0.02-0.01MPa，获得所述纯化的锅炉烟道气。
所述碳化步骤包括：
在重量浓度为5～25%的氢氧化钙水浆料中加入分散剂，然后将浆料送入研磨设备研磨，同时从研磨设备底部通入所述纯化的锅炉烟道气进行碳化，使研磨和碳化同时进行；碳化温度为10～70℃，碳化至氢氧化钙浆料的pH为6.5～7.5，获得含轻质碳酸钙的浆料；
所述分散剂选自磷酸酯盐、聚丙烯酸钠、三乙醇胺、焦磷酸钠、多聚磷酸钠或六偏磷酸钠中的一种或两种以上，分散剂的加入重量为氢氧化钙的0.1～5%。
所述磷酸酯盐为磷酸酯的铵盐、钠盐或钾盐；
磷酸酯盐的疏水基团为含6～18个碳原子的碳氢结构；
所述的研磨设备可以是砂磨机或搅拌磨，研磨设备可以一台或两台以上串联使用。
得到的轻质碳酸钙的平均粒径为0.2—2.0μm，其中颗粒粒径小于2μm的颗粒占总颗粒数的60--100%。
本发明通过将锅炉烟道气经过净化富集后用于碳化法合成轻质碳酸钙，所制得的轻钙用于造纸填料或造纸涂布颜料，主要用于铜板纸、涂布白板纸、白卡纸的涂布颜料，以代替价格昂贵的进口高岭土及煅烧高岭土，生产出的纸张的白度高、油墨吸收性好，生产成本低。本发明的突出优点在于：超细碳酸钙平均粒径0.2--0.8μm，粒径小、粒度分布窄，晶形规则，可提高纸的光泽度、油墨吸收性等。净化后除去二氧化硫等有害气体，达到清洁生产的目的。
本发明所制得的轻质碳酸钙浆料直接用于涂布而不需烘干，可节约成本，避免超细颗粒在干燥过程中的团絮问题。
具体实施方式
实施例中，组分的用量均为重量份。
实施例1
锅炉烟道气的净化纯化：
收集锅炉烟道气，通过净化除尘器除去烟气杂质，净化除尘器中可设置多层过滤板以吸附除去在烟道气中的固体微小颗粒物；初步净化后的烟道气再通过碳酸氢钠过饱和溶液脱硫，烟道气中含有的少量二氧化硫气体和碳酸氢钠反应从而被去除，同时反应生成的二氧化碳又可以提高二氧化碳浓度；接着通过一个含辛化硅胶作为吸附剂的吸附塔，经变压吸附步骤获得纯化的锅炉烟道气，所述变压吸附步骤包括：吸附步骤和解吸步骤，所述吸附步骤的吸附压力控制在0.8-1.2MPa，所述解吸步骤是首先从吸附塔出口方向减压至0.4-0.5MPa，排出废气，然后从吸附塔进口方向减压至-0.02-0.01MPa，获得所述纯化的锅炉烟道气。；将所述纯化的锅炉烟道气通入氢氧化钙水浆料中进行碳化步骤，获得含轻质碳酸钙的浆料。其中，辛化硅胶粒径1-3mm，堆积密度0.79-0.8g/ml，比表面积750-800m2/g。得到的纯化的锅炉烟道气中二氧化碳体积浓度达到30-70%。通过变压吸附步骤，一方面二氧化碳气体的纯度得到一定提高，另一方面可以进一步去除其中的有害气体，包括二氧化硫、一氧化碳等等，得到净化的二氧化碳气体。
氢氧化钙浆料的碳化：
在重量浓度为20%的氢氧化钙（平均粒径为10μm）水浆料中，加入为超细氢氧化钙干重的1%的含12个碳原子的磷酸酯铵盐，同时加入为氢氧化钙干重的0.3%的聚丙烯酸钠，将氢氧化钙浆料用气动隔膜泵送入5台串联的80升的立式砂磨机，进料流量为8升/分钟。同时从每台砂磨机底部通纯化的锅炉烟道气，流量为50升/分钟，开启砂磨机，使研磨和碳化同时进行。出第5台砂磨机的浆料完全碳化好，浆料的pH为6.7，碳化温度为45℃，得到的超细碳酸钙的平均粒径为0.4μm，其中小于2μm的颗粒占总颗粒数的99%。
实施例2
锅炉烟道气的净化纯化：同实施例1。
在重量浓度为5%的氢氧化钙（平均粒径为5μm）水浆料中，加入为氢氧化钙干重的0.8%的聚丙烯酸钠，将氢氧化钙浆料用气动隔膜泵送入两台串联的300升立式砂磨机，进料流量为15升/分钟。同时从每台砂磨机底部通纯化的锅炉烟道气，流量为90升/分钟，开启砂磨机，使研磨和碳化同时进行。出第二台砂磨机的浆料完全碳化好，浆料的pH为7.0，碳化温度为70℃，得到的超细碳酸钙的平均粒径为0.5μm，其中小于2μm的颗粒占总颗粒数的98%。
实施例3
锅炉烟道气的净化纯化：同实施例1。
在重量浓度为25%的普通氢氧化钙（平均粒径为5μm）水浆料中，加入为氢氧化钙干重的2%的含14个碳原子的磷酸酯钾盐，将氢氧化钙浆料送入一台3立方米的搅拌磨中，从搅拌磨底部通纯化的锅炉烟道气，开启搅拌磨，以80转/分钟搅拌研磨碳化8小时，水浆料的pH为6.7，碳化温度为30℃，混合气体气体流量为300升/分钟。得到的超细碳酸钙的平均粒径为0.5μm，其中小于2μm的颗粒占总颗粒数的93%。
实施例4
锅炉烟道气的净化纯化：同实施例1。
在重量浓度为14%的普通氢氧化钙（平均粒径为5μm）水浆料中，加入为氢氧化钙干重的1.5%的含10个碳原子的磷酸酯钾盐，同时加入为氢氧化钙干重的0.5%的三乙醇胺，将氢氧化钙浆料送入一台3立方米的搅拌磨中，从搅拌磨底部通纯化的锅炉烟道气，开启搅拌磨，以80转/分钟搅拌研磨碳化6小时，水浆料的pH为6.5，碳化温度为60℃，混合气体气体流量为400升/分钟。得到的超细碳酸钙的平均粒径为0.3μm，其中小于2μm的颗粒占总颗粒数的97%。
实施例测试
在铜版卡纸面涂配方中，使用上述实施例制备得到的轻质碳酸钙样品代替部分的美国瓷土及煅烧高岭土，考察涂布纸样的物理指标和印刷适性等性能变化情况。面涂实验采用带中涂的白卡纸，使用线性涂布棒进行面涂，涂布量10g/m2；与原配方的涂布纸样进行对比。涂布压光条件：分别取上述涂布纸样用小型压光机硬压光两次（0.3Mpa,90℃）。
表1面涂面涂配方
Figure BDA0000372987690000041
表2涂布纸样检测数据
Figure BDA0000372987690000042
从结果看，同样条件下与原配方相比较，上述实施例超细轻质碳酸钙部分取代美国瓷土及煅烧高岭土，纸样的平滑、涂布光泽度、表面强度、油墨吸收性及其它差异不大。

Claims (10)

1.用锅炉烟道气生产轻质碳酸钙的方法，其特征在于，包括如下步骤：收集锅炉烟道气，通过净化除尘器除去烟气杂质；通过碳酸氢钠过饱和溶液脱硫；通过一含辛化硅胶作为吸附剂的吸附塔，经变压吸附步骤获得纯化的锅炉烟道气；将所述纯化的锅炉烟道气通入氢氧化钙水浆料中进行碳化步骤，获得含轻质碳酸钙的浆料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述辛化硅胶的粒径1-3mm，堆积密度0.79-0.8g/ml，比表面积750-800m2/g。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述变压吸附步骤包括：吸附步骤和解吸步骤，所述吸附步骤的吸附压力控制在0.8-1.2MPa，所述解吸步骤是首先从吸附塔出口方向减压至0.4-0.5MPa，排出废气，然后从吸附塔进口方向减压至-0.02-0.01MPa，获得所述纯化的锅炉烟道气。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纯化的锅炉烟道气中二氧化碳体积浓度达到30-70%。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述碳化步骤包括：在重量浓度为5～25%的氢氧化钙水浆料中加入分散剂，然后将浆料送入研磨设备研磨，同时从研磨设备底部通入所述纯化的锅炉烟道气进行碳化，使研磨和碳化同时进行；碳化温度为10～70℃，碳化至氢氧化钙浆料的pH为6.5～7.5，获得含轻质碳酸钙的浆料。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述分散剂选自磷酸酯盐、聚丙烯酸钠、三乙醇胺、焦磷酸钠、多聚磷酸钠或六偏磷酸钠中的一种或两种以上，分散剂的加入重量为氢氧化钙的0.1～5%。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述磷酸酯盐为磷酸酯的铵盐、钠盐或钾盐。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，磷酸酯盐的疏水基团为含6～18个碳原子的碳氢结构。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的研磨设备可以是砂磨机或搅拌磨，研磨设备可以一台或两台以上串联使用。
10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，得到的轻质碳酸钙的平均粒径为0.2-2.0μm，其中颗粒粒径小于2μm的颗粒占总颗粒数的60--100%。
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