CN103693668A - 一种米粒状微细碳酸钙及其制备方法 - Google Patents

一种米粒状微细碳酸钙及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种米粒状微细碳酸钙及其制备方法，该米粒状微细碳酸钙的初级粒子平均短径为100-200纳米、初级粒子平均长径为200-700纳米、长宽比为2-3.5。其制备方法为：用中烧石灰与热水按1:5-10的比例消化，化灰温度≥90℃，然后过60-120目振动筛并通过旋液分离器去除杂质，然后加入晶形控制剂搅拌均匀并陈化36小时以上，调生浆中氢氧化钙含量在6-12%，通入窑气碳化至pH为6.5-7停止碳化，即得到米粒状微细碳酸钙。本发明不需要进行表面处理，工艺简单可行，生产成本低，制得的米粒状微细碳酸钙形貌规整，分散性好，适用于塑料、橡胶、造纸等行业，具有较好的经济效益和社会效益。

Description

一种米粒状微细碳酸钙及其制备方法
技术领域
本发明涉及微细碳酸钙技术领域，尤其是涉及一种米粒状微细碳酸钙及其制备方法。
背景技术
碳酸钙是重要的无机材料，是目前用途最广的无机填充料之一，广泛应用于橡胶、塑料、造纸、油墨、涂料等行业。碳酸钙粒子的系列参数如晶形、结构、粒度、比表面积、吸油值、化学纯度等直接影响到其应用，其中最重要的是碳酸钙粒子的晶形与粒度，不同形态和粒度的碳酸钙产品应用领域和功能不同。目前，对不同形态的超细碳酸钙产品的制备研究是该行业的热点。
目前市场上通过化学反应所合成的碳酸钙品种按表面状态分主要有活性碳酸钙和非活性碳酸钙；按碳酸钙的粒径大小分主要有普通轻质碳酸钙、纳米碳酸钙和介于两者之间的所谓超微细碳酸钙。普通轻质碳酸钙一般为纺锤形，粒径在2-5μm之间，作为增量填料，降低制品的生产成本，但随着填充量的增加会牺牲产品一定的理化性能；纳米碳酸钙一般为立方形，粒径在20-100nm之间，作为一种功能性填料，可显著提高制品的理化性能。然而由于纳米碳酸钙的粒径小，易团聚，在实际应用过程中分散困难，影响其加工应用性能。米粒状微细碳酸钙粒径介于轻钙和纳米碳酸钙之间，具有纳米碳酸钙功能性填料作用的同时能赋予产品加工更强的流动性。米粒状微细碳酸钙粒子作为添加剂添加到塑料、橡胶、纸张等制品中，由于碳酸钙粒子之间圆滑的接触特性，可以有效改善产品在加工过程中流动性差的问题并提高碳酸钙的填充量降低生产成本，同时由于米粒状微细碳酸钙之间有分子间力的作用能够赋予产品新的加工性能提高产品的韧性、弹性和强度。
目前纳米碳酸钙和普通轻质碳酸钙都有工业化生产，生产工艺相对成熟。而粒径介于纳米碳酸钙和轻质碳酸钙之间具有特殊性能的米粒状微细碳酸钙未见工业化生产的报导。
中国发明专利CN200410025155.7介绍了“一种制造超细碳酸钙分散性颗粒的方法”。该方法有两步反应组成，第一步制备均匀的立方形沉淀碳酸钙作为晶种，第二步，添加“第一步”制备的碳酸钙晶种，控制反应的条件，从而得到棱柱状及立方形的超细碳酸钙，产品的粒径为一般为0.-0.4μm，可作为造纸的填料或涂料用，但该工艺过程控制相对复杂。
中国发明专利CN200510027126介绍了“一种亚微米级超细碳酸钙分散性颗粒的制备方法”。该法是在发明专利CN200410025155.7的基础上进行改进，增加添加剂的优化，得到粒径为0.1-1.0μm，且形貌有棱柱形、立方形、米粒状及其混合物，同样作为造纸的填料或涂料用。
中国发明专利CN200710172853.3介绍了“一种米粒状沉淀碳酸钙的制造方法”。该法制得的产品粒径在4-6μm之间，由于产品的粒径大，只能适用于造纸涂料和塑料填充用。
中国发明专利CN97180466.4是日本制纸株式会社申请的，介绍了“制备碳酸钙的方法”。该法采用苛化步骤制备便宜的纺锤状或米粒状碳酸钙混合形貌的碳酸钙，由于该法是采用氢氧化钙与白液反应，只适用于造纸企业在制桨过程中能产生白液即碳酸钠的企业，而不适用于普通碳酸钙生产企业，并且所得产品的粒径分布宽，一般只能得到小直径为0.3-1.5um和大直径为0. 7-7μm的纺锤形或米粒状碳酸钙，产品只能作为造纸填料用。
中国发明专利CN201010022949.3介绍了“一种米粒状超细活性碳酸钙的工业化制备方法”。该法以硫酸钙和柠檬酸钙作为晶形控制剂制备粒径450-650nm超细活性碳酸钙，可作为硅酮胶用的功能性填料，该法需要进行表面改性生产工艺相对复杂。
对于分散性良好的初级粒子平均短径为100-200纳米、初级粒子平均长径为200-700纳米、长宽比为2-3.5形状为米粒状适用于塑料、橡胶、造纸的微细碳酸钙未见报导。
发明内容
本发明提供了一种分散性良好，生产成本低的一种米粒状微细碳酸钙及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种米粒状微细碳酸钙，其初级粒子平均短径为100-200纳米、初级粒子平均长径为200-700纳米、长宽比为2-3.5并且形状为米粒状。
一种米粒状微细碳酸钙的制备方法，它包括以下步骤：
（1）消化化灰：将中烧石灰与热水按质量百分比为1:5-10的比例倒入旋转消化机中进行消化反应，化灰温度≥90℃，制得的氢氧化钙乳液经60-120目的振动筛进行过滤除渣，再经过旋液分离器进行进一步除渣，得到精制氢氧化钙乳液，粗调氢氧化钙乳液重量浓度大于10%后加入晶型控制剂搅拌均匀并陈化36h以上，其中晶型控制剂的质量为氢氧化钙质量的0.5-3.0%；
（2）碳化：在调浓槽中加水将氢氧化钙乳液重量浓度调到6-12%，用泵将调好浓度的氢氧化钙乳液打入碳化反应器，开启窑气阀，通入含CO2体积浓度为15-100%的窑气进行碳化反应，氢氧化钙乳液的进料温度为30-70℃，反应自身放热，窑气通过乳液会带走部分热量，碳化反应温度一般为30-60℃，碳化至反应液pH=6.5-7时关闭窑气阀，停止反应；
（3）脱水干燥：将反应液经脱水、干燥、粉碎、筛分的常规工序后得到米粒状微细碳酸钙。
以上所述的晶型控制剂为糖类，所述的糖类为二糖。
以上所述的消化反应控制热水温度为≥50℃。
以上所述的碳化反应控制氢氧化钙乳液的重量浓度为10%，窑气含CO2体积浓度为30%。
以上所述的碳化反应器为带有搅拌装置的间歇式鼓泡碳化塔。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明制备的微细碳酸钙为米粒状，形貌规整，分散性好，适用于塑料、橡胶、造纸等行业。
2、本发明的米粒状微细碳酸钙制备方法不需要进行表面处理，工艺简单可行，生产成本低，具有较好的经济效益和社会效益。
附图说明
图1为实施例1制备的米粒状微细碳酸钙产品经扫描电镜检测分析图。 
图2为实施例2制备的米粒状微细碳酸钙产品经扫描电镜检测分析图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明做进一步详细描述，但本发明的实施方式并不局限于此。
实施例1：
一种米粒状微细碳酸钙，其初级粒子平均短径为100-200纳米、初级粒子平均长径为200-400纳米、长宽比为2-3.5并且形状为米粒状。它包括以下步骤制备而成：
（1）消化化灰：将中烧石灰与50℃热水按质量百分比为1: 6的比例倒入旋转消化机中进行消化反应，化灰温度为90℃，制得的氢氧化钙乳液经80目的振动筛进行过滤除渣，再经过旋液分离器进行进一步除渣，得到精制氢氧化钙乳液，粗调氢氧化钙乳液重量浓度为10%后加入蔗糖作为晶型控制剂，搅拌均匀并陈化36h，其中蔗糖的质量为氢氧化钙质量的0.5%；
（2）碳化：在调浓槽中加水将氢氧化钙乳液重量浓度调到6%，用泵将调好浓度的氢氧化钙乳液打入碳化反应器，开启窑气阀，通入含CO2体积浓度为32%的窑气进行碳化反应，氢氧化钙乳液的进料温度为35℃，反应自身放热，窑气通过乳液会带走部分热量，碳化反应温度一般为30-60℃，碳化至反应液pH=6.5-7时关闭窑气阀，停止反应；
（3）脱水干燥：将反应液经脱水、干燥、粉碎、筛分的常规工序后得到初级粒子平均短径为100-200纳米、初级粒子平均长径为200-400纳米、长宽比为2-4的米粒状微细碳酸钙。
实施例2：
一种米粒状微细碳酸钙，其初级粒子平均短径为100-200纳米、初级粒子平均长径为300-500纳米、长宽比为3-5并且形状为米粒状。它包括以下步骤制备而成：
（1）消化化灰：将中烧石灰与55℃热水按质量百分比为1:8的比例倒入旋转消化机中进行消化反应，化灰温度为95℃，制得的氢氧化钙乳液经100目的振动筛进行过滤除渣，再经过旋液分离器进行进一步除渣，得到精制氢氧化钙乳液，粗调氢氧化钙乳液重量浓度为12%后加入麦芽糖作为晶型控制剂，搅拌均匀并陈化48h，其中麦芽糖的质量为氢氧化钙质量的1.3%；
（2）碳化：在调浓槽中加水将氢氧化钙乳液重量浓度调到8%，用泵将调好浓度的氢氧化钙乳液打入带有搅拌装置的间歇式鼓泡碳化塔，开启窑气阀，通入含CO2体积浓度为28%的窑气进行碳化反应，氢氧化钙乳液的进料温度为40℃，反应自身放热，窑气通过乳液会带走部分热量，碳化反应温度一般为30-60℃，碳化至反应液pH=6.5-7时关闭窑气阀，停止反应；
（3）脱水干燥：将反应液经脱水、干燥、粉碎、筛分的常规工序后得到初级粒子平均短径为100-200纳米、初级粒子平均长径为300-500纳米、长宽比为3-5的米粒状微细碳酸钙。
实施例3：
一种米粒状微细碳酸钙，其初级粒子平均短径为100-200纳米、初级粒子平均长径为400-600纳米、长宽比为4-6并且形状为米粒状。它包括以下步骤制备而成：
（1）消化化灰：将中烧石灰与55℃热水按质量百分比为1:5的比例倒入旋转消化机中进行消化反应，化灰温度为100℃，制得的氢氧化钙乳液经60目的振动筛进行过滤除渣，再经过旋液分离器进行进一步除渣，得到精制氢氧化钙乳液，粗调氢氧化钙乳液重量浓度为15%后加入蔗糖作为晶型控制剂，搅拌均匀并陈化36h，其中蔗糖的质量为氢氧化钙质量的0.5%；
（2）碳化：在调浓槽中加水将氢氧化钙乳液重量浓度调到6%，用泵将调好浓度的氢氧化钙乳液打入碳化反应器，开启窑气阀，通入含CO2体积浓度为15%的窑气进行碳化反应，氢氧化钙乳液的进料温度为30℃，反应自身放热，窑气通过乳液会带走部分热量，碳化反应温度一般为30-60℃，碳化至反应液pH=6.5-7时关闭窑气阀，停止反应；
（3）脱水干燥：将反应液经脱水、干燥、粉碎、筛分的常规工序后得到初级粒子平均短径为100-200纳米、初级粒子平均长径为400-600纳米、长宽比为4-6的米粒状微细碳酸钙。
实施例4：
一种米粒状微细碳酸钙，其初级粒子平均短径为100-200纳米、初级粒子平均长径为300-700纳米、长宽比为3-7并且形状为米粒状。它包括以下步骤制备而成：
（1）消化化灰：将中烧石灰与60℃热水按质量百分比为1:7的比例倒入旋转消化机中进行消化反应，化灰温度为100℃以上，制得的氢氧化钙乳液经80目的振动筛进行过滤除渣，再经过旋液分离器进行进一步除渣，得到精制氢氧化钙乳液，粗调氢氧化钙乳液重量浓度为20%后加入乳糖作为晶型控制剂，搅拌均匀并陈化40h，其中蔗糖的质量为氢氧化钙质量的1.5%；
（2）碳化：在调浓槽中加水将氢氧化钙乳液重量浓度调到10%，用泵将调好浓度的氢氧化钙乳液打入带有搅拌装置的间歇式鼓泡碳化塔，开启窑气阀，通入含CO2体积浓度为30%的窑气进行碳化反应，氢氧化钙乳液的进料温度为30℃，反应自身放热，窑气通过乳液会带走部分热量，碳化反应温度一般为30-60℃，碳化至反应液pH=6.5-7时关闭窑气阀，停止反应；
（3）脱水干燥：将反应液经脱水、干燥、粉碎、筛分的常规工序后得到初级粒子平均短径为100-200纳米、初级粒子平均长径为300-700纳米、长宽比为3-7的米粒状微细碳酸钙。
实施例5：
一种米粒状微细碳酸钙，其初级粒子平均短径为100-200纳米、初级粒子平均长径为200-700纳米、长宽比为2-3.5并且形状为米粒状。它包括以下步骤制备而成：
（1）消化化灰：将中烧石灰与65℃热水按质量百分比为1:10的比例倒入旋转消化机中进行消化反应，化灰温度为110℃，制得的氢氧化钙乳液经120目的振动筛进行过滤除渣，再经过旋液分离器进行进一步除渣，得到精制氢氧化钙乳液，粗调氢氧化钙乳液重量浓度为13%后加入蔗糖作为晶型控制剂，搅拌均匀并陈化48h，其中蔗糖的质量为氢氧化钙质量的3.0%；
（2）碳化：在调浓槽中加水将氢氧化钙乳液重量浓度调到12%，用泵将调好浓度的氢氧化钙乳液打入带有搅拌装置的间歇式鼓泡碳化塔，开启窑气阀，通入含CO2体积浓度为100%的窑气进行碳化反应，氢氧化钙乳液的进料温度为70℃，反应自身放热，窑气通过乳液会带走部分热量，碳化反应温度一般为30-60℃，碳化至反应液pH=6.5-7时关闭窑气阀，停止反应；
（3）脱水干燥：将反应液经脱水、干燥、粉碎、筛分的常规工序后得到初级粒子平均短径为100-200纳米、初级粒子平均长径为200-700纳米、长宽比为2-7的米粒状微细碳酸钙。

Claims (6)

1.一种米粒状微细碳酸钙，其特征在于：其初级粒子平均短径为100-200纳米、初级粒子平均长径为200-700纳米、长宽比为2-3.5并且形状为米粒状。
2.一种米粒状微细碳酸钙的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：
（1）消化化灰：将中烧石灰与热水按质量百分比为1:5-10的比例倒入旋转消化机中进行消化反应，化灰温度≥90℃，制得的氢氧化钙乳液经60-120目的振动筛进行过滤除渣，再经过旋液分离器进行进一步除渣，得到精制氢氧化钙乳液，粗调氢氧化钙乳液重量浓度大于10%后加入晶型控制剂搅拌均匀并陈化36h以上，其中晶型控制剂的质量为氢氧化钙质量的0.5-3.0%；
（2）碳化：在调浓槽中加水将氢氧化钙乳液重量浓度调到6-12%，用泵将调好浓度的氢氧化钙乳液打入碳化反应器，开启窑气阀，通入含CO2体积浓度为15-100%的窑气进行碳化反应，氢氧化钙乳液的进料温度为30-70℃，反应自身放热，窑气通过乳液会带走部分热量，碳化反应温度一般为30-60℃，碳化至反应液pH=6.5-7时关闭窑气阀，停止反应；
（3）脱水干燥：将反应液经脱水、干燥、粉碎、筛分的常规工序后得到米粒状微细碳酸钙。
3.根据权利要求2所述的一种米粒状微细碳酸钙的制备方法，其特征在于：所述的晶型控制剂为糖类，所述的糖类为二糖。
4.根据权利要求2所述的一种米粒状微细碳酸钙的制备方法，其特征在于：所述的消化反应控制热水温度为≥50℃。
5.根据权利要求2所述的一种米粒状微细碳酸钙的制备方法，其特征在于：所述的碳化反控制氢氧化钙乳液的重量浓度为10%，窑气含CO2体积浓度为30%。
6.根据权利要求2所述的一种米粒状微细碳酸钙的制备方法，其特征在于：所述的碳化反应器为带有搅拌装置的间歇式鼓泡碳化塔。
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