CN103980733B - 高分散纳米级碳酸钙合成改性方法及多功能碳酸钙反应釜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高分散纳米级碳酸钙合成改性方法及多功能碳酸钙反应釜，包括反应物的前处理，即石灰石煅烧、CaO消化、Ca(OH)₂精制、Ca(OH)₂陈化、Ca(OH)₂研磨、Ca(OH)₂配制、窑炉气净化和窑炉气加压工序，高分散纳米级碳酸钙的合成与改性，产品后处理工序，即过滤、干燥、解决和包装工序；经过该方法制备的碳酸钙电镜平均粒径30～100nm，BET比表面积20～50m²/g，产品呈单分散状，吸油值20～30mlDOP/100g；具有分散性好、生产成本低和质量稳定的特点。

Description

高分散纳米级碳酸钙合成改性方法及多功能碳酸钙反应釜

技术领域

本发明涉及一种碳酸钙的制备方法，尤其涉及一种纳米级碳酸钙的制备方法，本发明还涉及一种该方法中使用到的反应釜。

背景技术

碳酸钙形态为纯白色粉体，具有无毒、无异味成分稳定的特点。碳酸钙属于重要的无机非金属材料，是工业品的重要填充剂和助剂。碳酸钙是一种用量最大、用途最广的新型无机填料，由于原料广、价格低和白度高等特点，广泛用作橡胶、塑料、造纸、涂料、电线、电缆、油墨、密封胶、电焊条、有机合成、冶金、玻璃、石棉工业、医药、食品、日化、饲料等行业的填充剂和添加剂。近年来，随着国内微细化及表面处理技术的进步，使碳酸钙产品向专用化、精细化、功能化方向发展，新材料纳米碳酸钙产品应运而生，进而拓展了碳酸钙的应用领域。碳酸钙根据生产方法不同，分为两大类：以方解石、大理石、白垩、贝壳、石灰石等为原料经机械粉碎及超细研磨等制取的产品为重质碳酸钙，用GCC表示；以石灰石为原料经煅烧、消化、碳化及后处理制得的产品称为轻质碳酸钙，用PCC表示。碳酸钙产品的一般按粒径大小分类如下：

碳酸钙产品表面改性后分为活性重质碳酸钙和活性轻质碳酸钙。碳酸钙的发展到目前更多的为功能性分类，一般按用途不同，其包覆剂不同，其分类也不同，如橡胶专用PCC、造纸专用GCC、PCC、牙膏用GCC、PCC、密封胶黏剂用PCC、油墨用PCC等。碳酸钙产品的专用品取决于用户对产品粒径、晶型、表面改性剂等要求，各种产品因产品粒径、晶型、处理不同，单位价格相差倍数悬殊，甚至相差10倍以上。

纳米级碳酸钙是20年代开发的一种新型超细粉材料，其晶体结构和表面电子结构发生变化，在磁性、催化性、光热阻和熔点等方面与常规材料相比显示出优越性能。近年来，国内外为适应经济高速发展的需要，粉体技术也取得了长足发展。尤其在表面改性、粒径超细、晶体多样化等方面加快了研究开发，纳米技术得到了飞速发展。我国自80年代开始研发纳米碳酸钙以来，技术也取得了一定的发展，采用石灰石煅烧、石灰消化、陈化、Ca(OH)₂碳化、改性、脱水、干燥、分级包装制取碳酸钙产品。该法通过控制Ca(OH)₂浓度、温度、反应温度和窑气浓度、窑气流量、搅拌线速度等，添加剂种类及数量等工艺条件，可制取不同晶形，不同粒径的碳酸钙产品。该反应属气—液—固三相反应，具有产品质量好，经济等特点，是目前国内外主要采用的制造碳酸钙的方法。碳化法又可分为间歇鼓泡式、搅拌鼓泡式、连续喷雾式、间歇超重力式、膜分散式等几种方法。

间歇鼓泡式碳化法：间歇鼓泡式碳化法是国内外较常用的生产方法，该法是将净化后的氢氧化钙乳液降温到25℃以下，泵入碳化塔并保持一定液位，由塔底通入含有二氧化碳的窑气鼓泡进行碳化反应，通过控制反应温度、浓度、气液比、添加剂等工艺条件制备纳米碳酸钙。此法投资小、工艺过程及操作简单，但能耗较高，工艺条件难以控制，粒度分布较宽。

搅拌式碳化法：间歇搅拌式碳化法采用低温搅拌鼓泡釜式碳化反应器，通过加入晶形控制剂制备不同晶体结构和不同粒径的碳酸钙。该法是将25℃以下的氢氧化钙乳液泵入碳化反应罐中，通入二氧化碳，在搅拌状态下，进行碳化反应，通过控制反应温度、浓度、搅拌速度、添加剂等工艺条件制备纳米碳酸钙。该法因搅拌气-液接触面积大，反应较均匀，产品粒径分布较窄等，已成为近几年纳米碳酸钙生产的主要方法。但对搅拌器的设计及研究不足，导致了很多企业的搅拌成为了摆设。

连续喷雾式碳化法：采用三段喷雾碳化塔，氢氧化钙乳液通过压力喷嘴喷成雾状与二氧化碳混合气体逆流接触，使氢氧化钙乳液为分散相，窑气为连续相，大大增加了气液接触表面，通过控制氢氧化钙乳液浓度、流量、液滴径、气液比等工艺条件，在常温下可制得粒径在40～80nm的碳酸钙。其制备技术具有下列特点：1，连续生产效率高，生产能力大，操作稳定；2，气液接触面积大，反应均匀，晶核生成和成长可分开控制，易于实现在不同碳化率下添加控制剂、表面处理剂等；3，可制造立方形、链锁形等各种单一型产品，可制造超细(＜100nm)和超微细(＜20nm)产品，粒度均匀；4，可以用少量活性物质制造出均匀的高活性产品。此法连续碳化，生产能力大，质量稳定，但投资大，二氧化碳利用率极低，成本极高。

超重力式碳化法：该法以窑气和石灰乳为原料，在独特的超重力反应装置中进行碳化反应。超重力反应器是一高速旋转的填料床，超重力碳化技术是指氢氧化钙乳液在超重力反应器中通过高速旋转的填料床时，获得较重力加速度大2～3个数量级的离心速度，在这种情况下，乳液被填料破碎成极小的液滴、液丝和极薄的液膜，极大地增加了气液接触面，强化了碳化速度；同时，由于乳液在旋转床中得到高度分散，限制了晶粒的长大，即使不添加晶形控制剂，也可制备出粒径为15～30nm的纳米级碳酸钙。工业化实验表明，超重力法技术和装置与传统的间歇鼓泡式、间歇搅拌式碳化法制备技术相比，具有设备体积小、生产效率高，产品质量稳定等特点，但设备投资高、单台设备生产能力小、二氧化碳利用率低是影响和制约其工业化生产的主要障碍，难以进行大规模的工业化生产。

膜分散微结构反应器制备纳米碳酸钙技术。在膜分散微结构反应器中，用孔径为几个微米或几十微米的膜材料作为分散介质，将待分散相通过压力压入到连续相中，待分散相通过微小膜孔道被流动的连续相剪切成微小粒径的气泡或液滴，进入连续相，实现微米尺度的相间混合，大大增强了传质表面积，使得传质通量得到很大程度的提高，促进反应的进行。对于纳米碳酸钙制备中的碳化过程，膜分散微结构反应器通过强化微观混合可促进传质和反应的快速进行，使得制备的碳酸钙颗粒粒径小且分布均匀。通过调控反应物浓度、两相的流量、压力等参数可较好地控制生成碳酸钙的粒径和晶型。同时，在膜分散微结构反应器中，只需将能量输入到分散相上，降低了能量的消耗。膜分散微结构反应器制备纳米碳酸钙技术已达到国际先进水平。但要大规模的工业化生产应用，同非冷冻法制备纳米碳酸钙技术一样还需解决一系列工业化生产中的问题。

基于目前国内的纳米级碳酸钙生产技术不成熟，产品质量不稳定，成本偏高，分散性差，给下游客户应用带来诸多困难。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种能够提高纳米级碳酸钙的分散性并降低生产成本、质量稳定的高分散纳米级碳酸钙合成改性方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：高分散纳米级碳酸钙合成改性方法，包括下述步骤：

步骤一：Ca(OH)₂的制备，将石灰石在窑炉内煅烧，烧制成CaO与CO₂；将CaO与水反应生成Ca(OH)₂粗浆液；

步骤二：粗浆液经过悬液分离器及过筛精制成精浆液后陈化，将陈化后的Ca(OH)₂浆液加入脂肪醇聚氧乙烯醚后进行研磨，Ca(OH)₂与脂肪醇聚氧乙烯醚质量比为1000：(0.1～1.0)；

步骤三：研磨后的浆料泵入多功能碳酸钙反应釜中，并泵入水配制成摩尔浓度为1.0～1.5mol/L的乳液；

步骤四：配制结晶控制剂，Ca(OH)₂与结晶控制剂质量比为1000：(0.1～2.0)，泵入反应釜中；

步骤五：将窑炉气净化后加压至68±5kPa；

步骤六：将加压后的气体通入多功能碳酸钙反应釜中进行化学合成，反应起始温度40±1℃，至PH计达到7时停止通气，反应结束，加入烷基酚聚氧乙烯醚，CaCO₃与烷基酚聚氧乙烯醚的质量比为1000：(0.1～1.0)；

步骤七：配制改性剂，将改性剂泵入多功能碳酸钙反应釜中搅拌；

步骤八：改性后的浆料经压滤机过滤，对滤饼进行干燥，干燥后的产品经解聚，即得到高分散纳米级碳酸钙成品。

作为一种优选的技术方案，在所述步骤一中，采用天然气做热源对石灰石煅烧，石灰石煅烧温度为1050～1200℃，CaO与水在消化器中反应生成Ca(OH)₂粗浆液，石灰与水的消化反应质量比为1：(5～8)。

作为一种优选的技术方案，在所述步骤二中，浆液尘埃度低于0.2mm²/g，浆液陈化时间24～50小时；研磨至Ca(OH)₂粒径小于5μm。

作为一种优选的技术方案，在所述步骤四中，结晶控制剂为乙二醇(EG)、新戊二醇(NPG)、三羟甲基丙烷(TMP)中的一种或多种。

作为一种优选的技术方案，在所述步骤五中，多级净化至气体含尘浓度低于50mg/Nm3，采用低压罗茨风机对净化后的窑炉气加压至68kPa。

作为一种优选的技术方案，在所述步骤六中，气液比为(4～1)：1；根据PH值的变化，控制多功能碳酸钙反应釜的消泡桨叶与螺旋桨叶转速为100～200rpm、乳化驱动电机转速为500～2000rpm。

作为一种优选的技术方案，在所述步骤七中，改性剂的配置包括下述步骤：在温度70～85℃的水中加入NaOH或KOH，再加入硬脂酸、棕榈酸、月桂酸、椰子油中的一种或几种，其中硬脂酸、棕榈酸、月桂酸、椰子油的用量为CaCO₃质量的3～6％，而NaOH或KOH为皂化剂，用量为完全皂化后质量的80～100％。

作为一种优选的技术方案，在所述步骤八中，压滤后滤饼的水分低于45％，滤饼采用静态与动态相结合的二级热风干燥，干燥温度为160℃～260℃。

由于采用了上述技术方案，高分散纳米级碳酸钙合成改性方法，包括反应物的前处理，即石灰石煅烧、CaO消化、Ca(OH)₂精制、Ca(OH)₂陈化、Ca(OH)₂研磨、Ca(OH)₂配制、窑炉气净化和窑炉气加压工序，高分散纳米级碳酸钙的合成与改性，产品后处理工序，即过滤、干燥、解决和包装工序；经过该方法制备的碳酸钙电镜平均粒径30～100nm，BET比表面积20～50m²/g，产品呈单分散状，吸油值20～30mlDOP/100g；具有分散性好、生产成本低和质量稳定的特点。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种适用于上述高分散纳米级碳酸钙合成改性方法的多功能碳酸钙反应釜。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：多功能碳酸钙反应釜，包括釜体，所述釜体的外壁上设置有半管夹套，所述釜体的内壁上设置有至少四个挡板，所述釜体内安装有乳化轴和搅拌轴，所述搅拌轴套装所述乳化轴上，所述乳化轴的顶端连接有乳化驱动装置，所述乳化轴的底端安装有乳化机头，所述搅拌轴的顶端连接有搅拌驱动装置，所述搅拌轴上安装有搅拌桨叶，所述乳化轴与所述搅拌轴的底部连接有底端安装装置，所述釜体底部安装有气体分布器。

作为一种优选的技术方案，所述乳化驱动装置包括乳化驱动电机，所述乳化驱动电机的动力输出端连接有乳化驱动减速器，所述乳化驱动减速器的动力输出端与所述乳化轴连接；

所述搅拌驱动装置包括搅拌驱动电机，所述搅拌驱动电机的动力输出端连接有搅拌驱动减速器，所述搅拌驱动减速器的动力输出端与所述搅拌轴连接；

所述搅拌桨叶包括均布在所述搅拌轴上的一层消泡桨叶和两层螺旋桨叶，所述消泡桨叶位于两层所述螺旋桨叶的上方；

所述底端固定装置包括固定安装在所述乳化轴与所述搅拌轴底部的底轴承，所述底轴承与所述釜体内壁固定连接。

由于采用了上述技术方案，多功能碳酸钙反应釜，包括釜体，所述釜体的外壁上设置有半管夹套，所述釜体的内壁上设置有至少四个挡板，所述釜体内安装有乳化轴和搅拌轴，所述搅拌轴套装所述乳化轴上，所述乳化轴的顶端连接有乳化驱动装置，所述乳化轴的底端安装有乳化机头，所述搅拌轴的顶端连接有搅拌驱动装置，所述搅拌轴上安装有搅拌桨叶，所述乳化轴与所述搅拌轴的底部连接有底端安装装置，所述釜体底部安装有气体分布器；乳化轴与搅拌轴同心设计；搅拌桨叶、乳化机头及气体分布器相互结合，有效的增大了气液接触面积，提高了反应速度；使粒子更均匀，分散性更好；本发明集配料、碳化、改性为一体的多功能碳酸钙反应釜不仅减少了原来三个反应釜中的输送，而且降低了热量的损失，降低了工人的劳动强度。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1是本发明实施例多功能碳酸钙反应釜的结构示意图；

图中：1-釜体；2-半管夹套；3-挡板；41-乳化轴；42-乳化驱动电机；43-乳化机头；51-搅拌轴；52-搅拌驱动电机；53-螺旋桨叶；541-支撑横臂；542-消泡齿；6-气体分布器；7-底轴承。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。

高分散纳米级碳酸钙合成改性方法，包括下述步骤：

步骤一：Ca(OH)₂的制备，采用天然气做热源,将石灰石在旋窑内煅烧，煅烧温度为1050～1200℃，烧制成CaO与CO₂；将CaO与水在鼠笼式消化器中反应生成Ca(OH)₂粗浆液，石灰与水的消化反应质量比为1：(5～8)；

步骤二：粗浆液经过旋振筛、三级串联的悬液分离器和旋振筛共5级精制制成浆液后陈化，浆液尘埃度低于0.2mm²/g，陈化时间24～50小时；将陈化后的Ca(OH)₂浆液加入脂肪醇聚氧乙烯醚后研磨至Ca(OH)₂粒径小于5μm，Ca(OH)₂与脂肪醇聚氧乙烯醚质量比为1000：(0.1～1.0)；

步骤三：研磨后的浆料泵入多功能碳酸钙反应釜中，并泵入水配制成摩尔浓度为1.0～1.5mol/L的乳液；

步骤四：配制结晶控制剂，结晶控制剂为乙二醇(EG)、新戊二醇(NPG)、三羟甲基丙烷(TMP)中的一种或多种；Ca(OH)₂与结晶控制剂质量比为1000：(0.1～2.0)，泵入反应釜中；

步骤五：将窑炉气经旋风除尘、喷淋除尘、泡沫吸收塔、水分离器、吸附塔多级净化至气体含尘浓度低于50mg/Nm3，采用低压罗茨风机对净化后的窑炉气加压至68kPa；

步骤六：将加压后的气体通入多功能碳酸钙反应釜中进行化学合成，反应起始温度40±1℃，根据PH值的变化控制搅拌转速和通气量，PH值的变化范围为13～7，控制多功能碳酸钙反应釜的消泡桨叶与螺旋桨叶转速为100～200rpm、乳化驱动电机转速为500～2000rpm；反应过程无需冷冻水降温，至PH计达到7时停止通气，反应结束，气液比为(4～1)：1，加入烷基酚聚氧乙烯醚，CaCO₃与烷基酚聚氧乙烯醚的质量比为1000：(0.1～1.0)；

步骤七：配制改性剂，将改性剂泵入多功能碳酸钙反应釜中搅拌；

改性剂的配置包括下述步骤：在温度70～85℃的水中加入NaOH或KOH，再加入硬脂酸、棕榈酸、月桂酸、椰子油中的一种或几种，其中硬脂酸、棕榈酸、月桂酸、椰子油的用量为CaCO₃质量的3～6％，而NaOH或KOH为皂化剂，用量为完全皂化后质量的80～100％；

步骤八：改性后的浆料经板框压滤机过滤至水分低于45％，滤饼经静态与动态相结合的二级热风干燥，干燥温度为160℃～260℃，干燥后的产品经涡流磨与旋风磨解聚，解聚后的产品经自动包装机包装，即得到高分散纳米级碳酸钙成品。

下面通过具体实例对本发明做进一步说明：

实施例一：

1、Ca(OH)₂的制备：采用天然气做热源煅烧石灰石，煅烧1050～1200℃，烧制成CaO与CO₂；将CaO与干净热水按1：6在鼠笼式消化器中反应生成Ca(OH)₂粗浆液；粗浆液经过旋振筛、三级悬液分离器和旋振筛共五道工序制成浆液陈化待用，浆液尘埃度低于0.2mm²/g；

2、将陈化24小时后的Ca(OH)₂浆液加入脂肪醇聚氧乙烯醚后经剥片机研磨至Ca(OH)₂粒径小于5μm，其中Ca(OH)₂与脂肪醇聚氧乙烯醚质量比为1000：0.3；

3、研磨后的浆料泵入多功能碳酸钙反应釜(100m³)中，并泵入水配制成Ca(OH)₂摩尔浓度为1.5mol/L的乳液；

4、将窑炉气经旋风除尘、喷淋除尘、泡沫吸收塔、水分离器、吸附塔等多级净化后至气体含尘浓度低于50mg/Nm3，采用低压罗茨风机对净化后的窑炉气加压至68kPa；

5、将加压后的气体通入多功能碳酸钙反应釜中，控制消泡桨叶与螺旋桨叶转速为100rpm、乳化驱动电机转速为500rpm；控制通气量，气液比为2：1；至PH计达到7时停止通气，反应结束；反应起始温度40±1℃；

6、在上述多功能碳酸钙反应釜中加入烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)，其中CaCO₃与烷基酚聚氧乙烯醚质量比为1000：0.2；

7、将改性剂椰子油泵入多功能碳酸钙反应釜中搅拌20分钟，其中椰子油用量为CaCO₃质量的3％；

8、改性后的浆料经板框压滤机过滤；滤饼经静态与动态相结合二级热风干燥；干燥后的产品经涡流磨解聚；

9、得到高分散纳米级碳酸钙成品，电镜平均粒径70～100nm，BET比表面积25m²/g，产品呈单分散状，吸油值23mlDOP/100g，用于塑料制品中表面光洁度好，拉伸强度和断裂伸长率良好。

实施例二：

1、Ca(OH)₂的制备：采用天然气做热源煅烧石灰石，煅烧1050～1200℃，烧制成CaO与CO₂；将CaO与干净热水按1：6在鼠笼式消化器中反应生成Ca(OH)₂粗浆液；粗浆液经过旋振筛、三级悬液分离器和旋振筛共五道工序制成浆液陈化待用，浆液尘埃度低于0.2mm²/g；

2、将陈化48小时后的Ca(OH)₂浆液加入脂肪醇聚氧乙烯醚后经剥片机研磨至Ca(OH)₂粒径小于5μm，其中Ca(OH)₂与脂肪醇聚氧乙烯醚质量比为1000：0.3；

3、研磨后的浆料泵入多功能碳酸钙反应釜(100m³)中，并泵入水配制成Ca(OH)₂摩尔浓度为1.2mol/L的乳液；配制结晶控制剂乙二醇(EG)、新戊二醇(NPG)，比例1：1，泵入反应釜中，其中Ca(OH)₂与乙二醇(EG)质量比为1000：1.5；

4、将窑炉气经旋风除尘、喷淋除尘、泡沫吸收塔、水分离器、吸附塔等多级净化后至气体含尘浓度低于50mg/Nm3，采用低压罗茨风机对净化后的窑炉气加压至68kPa；

5、将加压后的气体通入多功能碳酸钙反应釜中，控制消泡桨叶与螺旋桨叶转速为200rpm、乳化驱动电机转速为1000rpm；控制通气量，气液比为2.5：1；至PH计达到7时停止通气，反应结束；反应起始温度40±1℃；

6、在上述多功能碳酸钙反应釜中加入烷基酚聚氧乙烯醚，其中CaCO₃与烷基酚聚氧乙烯醚质量比为1000：0.3；

7、配置改性剂，在温度70～85℃的水中加入NaOH，再加入硬脂酸、月桂酸，比例为6：4，总的用量为CaCO₃质量的4％，NaOH用量为完全皂化；将上述改性剂泵入多功能碳酸钙反应釜中搅拌20分钟；

8、改性后的浆料经板框压滤机过滤；滤饼经静态与动态相结合二级热风干燥；干燥后的产品经涡流磨解聚；

9、得到高分散纳米级碳酸钙成品，电镜平均粒径50～70nm，BET比表面积35m²/g，产品呈单分散状，吸油值25mlDOP/100g，用于胶粘剂制品中各项性能良好。

实施例三：

1、Ca(OH)₂的制备：采用天然气做热源煅烧石灰石，煅烧1050～1200℃，烧制成CaO与CO₂；将CaO与干净热水按1：6在鼠笼式消化器中反应生成Ca(OH)₂粗浆液；粗浆液经过旋振筛、三级悬液分离器和旋振筛共五道工序制成浆液后陈化待用，浆液尘埃度低于0.2mm²/g；

2、将陈化48小时后的Ca(OH)₂浆液加入脂肪醇聚氧乙烯醚后经剥片机研磨至Ca(OH)₂粒径小于5μm，其中Ca(OH)₂与脂肪醇聚氧乙烯醚质量比为1000：0.3；

3、研磨后的浆料泵入多功能碳酸钙反应釜(100m³)中，并泵入水配制成Ca(OH)₂摩尔浓度为1.0mol/L的乳液；配制结晶控制剂乙二醇(EG)、新戊二醇(NPG)、三羟甲基丙烷(TMP)，质量比为1：1：1，泵入反应釜中，其中Ca(OH)₂与乙二醇(EG)质量比为1000：2；

4、将窑炉气经旋风除尘、喷淋除尘、泡沫吸收塔、水分离器、吸附塔等多级净化后至气体含尘浓度低于50mg/Nm³，采用低压罗茨风机对净化后的窑炉气加压至68kPa；

5、将加压后的气体通入多功能碳酸钙反应釜中，控制消泡桨叶与螺旋桨叶转速为200rpm、乳化驱动电机转速为1500rpm；控制通气量，气液比为3：1；至PH计达到7时停止通气，反应结束；反应起始温度40±1℃；

6、在上述多功能碳酸钙反应釜中加入烷基酚聚氧乙烯醚，其中CaCO₃与烷基酚聚氧乙烯醚质量比为1000：0.5；

7、配置改性剂，在温度70～85℃的水中加入NaOH，再加入硬脂酸、棕榈酸、月桂酸，质量比例为4：3：3，总的用量为CaCO₃的5％，NaOH用量为完全皂化；将上述改性剂泵入多功能多合一反应釜中搅拌30分钟；

8、改性后的浆料经板框压滤机过滤；滤饼经静态与动态相结合二级热风干燥；燥后的产品经涡流磨解聚；

9、得到高分散纳米级碳酸钙成品，电镜平均粒径30～50nm，BET比表面积45m²/g，产品呈单分散状，吸油值29mlDOP/100g，用于PVC溶胶中各项性能良好。

一种适用于上述高分散纳米级碳酸钙合成改性方法的多功能碳酸钙反应釜，包括釜体1，所述釜体1的高度是所述釜体1直径的二至三倍，所述釜体1的外壁上设置有半管夹套2，所述釜体1的内壁上设置有至少两个挡板3，本实施例中所述釜体1的内壁上设置有四个挡板3，所述挡板3宽度为釜体1直径1/12至1/10，所述釜体1内安装有乳化轴41和搅拌轴51，所述搅拌轴51套装在所述乳化轴41上，所述乳化轴41的顶端连接有乳化驱动装置，所述乳化驱动装置包括乳化驱动电机42，本实施例中，乳化驱动电机42选用四级电机；所述乳化驱动电机42的动力输出端连接有乳化驱动减速器，所述乳化驱动减速器的动力输出端与所述乳化轴41连接；所述乳化轴41的底端安装有乳化机头43，所述乳化机头43为双向吸料式乳化机头43，所述乳化机头43的直径为釜体1直径的1/5至1/3；所述乳化机头43距离所述釜体1底端的高度为所述釜体1直径的1/4至1/3；所述搅拌轴51的顶端连接有搅拌驱动装置，所述搅拌驱动装置包括搅拌驱动电机52，本实施例中，搅拌驱动电机52选用四级电机；所述搅拌驱动电机52的动力输出端连接有搅拌驱动减速器，所述搅拌驱动减速器的动力输出端与所述搅拌轴51连接；所述搅拌轴51上安装有搅拌桨叶，所述搅拌桨叶包括均布在所述搅拌轴51上的一层消泡桨叶和两层螺旋桨叶53，每层螺旋桨叶53包括三个螺旋桨叶53，所述消泡桨叶位于两层所述螺旋桨叶53的上方，所述消泡桨叶包括安装在所述搅拌轴51上且向两侧延伸的支撑横臂541，所述支撑横臂541上垂直安装有向下延伸的消泡齿542；所述乳化轴41与所述搅拌轴51的底部连接有底端安装装置，所述底端固定装置包括固定安装在所述乳化轴41与所述搅拌轴51底部的底轴承7，所述底轴承7与所述釜体1内壁固定连接；所述釜体1底部安装有气体分布器6。

本发明工作原理：将配制好的并加入一定助剂的Ca(OH)₂浆料泵入反应釜中做连续相，同时开启乳化电机和搅拌电机，用阀门控制净化加压后含CO₂的窑炉气，从底部的气体分布器6中进入反应釜，气体被气体分布器6分成多个细小的气束，乳化机头43上部及底部同时吸入气体及浆料，其高效、快速、均匀地将固相、气相进入到液相中，而在通常情况下这三个相是微溶的，当外部能量输入时，两种物料重组成为均一相。由于转子高速旋转所产生的高切线速度和高频机械效应带来的强劲动能，使物料在狭窄的间隙中受到强烈的机械及液力剪切、离心挤压、液层摩擦、撞击撕裂和湍流等综合作用，形成悬浮液。从而使微溶的固相、液相、气相在瞬间均匀精细的剪切分散乳化，经过高频的循环往复，在其内部快速反应并研磨后沿四周抛出，抛出的浆料在一部分气体的作用下向反应釜上部移动，而同时两层螺旋桨叶53推动浆料循环，将上部未反应的浆料推至反应釜底部，与气体一起被乳化机头43吸入反应，这样微观与宏观反复循环，直至反应结束。如产生了泡沫，则顶部的消泡桨叶的消泡齿542将泡沫消掉，这样不会造成泡沫漫罐。乳化电机和搅拌电机采用变频电机，做不同的产品，采用不同的转速。

本发明的突出特点和有益效果：

1、大容积多功能碳酸钙反应釜(最大可做到200立方/个)增加了每批的数量，减少了批次，使质量更为稳定；

2、用低压罗茨风机供气，气体压力降低，基本与液体静压相等，增大了气液并流的时间，增加了气液接触面积，增大了气体的利用率，不仅提高了质量，与传统用压缩机相比还降低了气体加压的消耗；

3、集配料、碳化、改性为一体的多功能碳酸钙反应釜不仅减少了原来三个反应釜中的输送，而且降低了热量的损失，降低了工人的劳动强度；

4、消泡桨、螺旋桨、类乳化机头43搅拌及气体分布装置，有效的增大了气液接触面积，提高了反应速度；使粒子更均匀，分散性更好。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (2)

1.高分散纳米级碳酸钙合成改性用多功能碳酸钙反应釜，其特征在于，包括釜体，所述釜体的外壁上设置有半管夹套，所述釜体的内壁上设置有至少四个挡板，所述釜体内安装有乳化轴和搅拌轴，所述搅拌轴套装所述乳化轴上，所述乳化轴的顶端连接有乳化驱动装置，所述乳化轴的底端安装有乳化机头，所述搅拌轴的顶端连接有搅拌驱动装置，所述搅拌轴上安装有搅拌桨叶，所述乳化轴与所述搅拌轴的底部连接有底端安装装置，所述釜体底部安装有气体分布器。

2.如权利要求1所述的高分散纳米级碳酸钙合成改性用多功能碳酸钙反应釜，其特征在于，所述乳化驱动装置包括乳化驱动电机，所述乳化驱动电机的动力输出端连接有乳化驱动减速器，所述乳化驱动减速器的动力输出端与所述乳化轴连接；

所述搅拌驱动装置包括搅拌驱动电机，所述搅拌驱动电机的动力输出端连接有搅拌驱动减速器，所述搅拌驱动减速器的动力输出端与所述搅拌轴连接；

所述搅拌桨叶包括均布在所述搅拌轴上的一层消泡桨叶和两层螺旋桨叶，所述消泡桨叶位于两层所述螺旋桨叶的上方；

所述底端安装装置包括固定安装在所述乳化轴与所述搅拌轴底部的底轴承，所述底轴承与所述釜体内壁固定连接。