CN107572559B - 一种氯化钠球晶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种氯化钠球晶及其制备方法；球晶平均圆度值在0.88以上，氯化钠球晶的休止角为21°以下。将氯化钠加入到水中，配成溶液，60～80℃搅拌，搅拌速率为400rpm～700rpm，采用减压蒸发结晶方式，蒸发出50％～70％的水，之后继续搅拌4～6h，经过滤、干燥，得到氯化钠球形晶体。本发明工艺流程短，生产成本低，效率高，制备过程中没有任何添加剂。制备出的晶体产品在0.25～0.6mm的粒度范围内的晶体质量分数大于70％，0.25mm以下的晶体质量分数小于1％。制备得到的氯化钠球晶的休止角为21°以下，球晶的结块率为30％以下，具有更好的流动性和更好的抗结块性能。

Description

一种氯化钠球晶及其制备方法

技术领域

本发明属于盐结晶技术领域，特别涉及一种氯化钠球晶及其制备方法。

背景技术

氯化钠(Sodium chloride)，化学式NaCl，外观是白色晶体状，其来源主要是海水，味咸，是食盐的主要成分。氯化钠的稳定性比较好，其水溶液呈中性。工业上，电解氯化钠水溶液时，会产生氢气和氯气，氯气在化工中有很广泛的应用；还可以通过电解熔融氯化钠和氯化钙的混合物制取金属钠；此外，氯化钠是许多生物学反应所必需的。医疗上用来配置生理盐水，生活上可用于调味品。

在目前广泛使用的食盐产品中，氯化钠主要以立方形晶习(如图1)存在，这与其晶胞结构及立方形结构最稳定有关。然而，在晶体后处理过程(干燥、运输和存储等)中，结块现象极易发生。而氯化钠球晶具有一种球体或近似于球体的特殊形貌，没有尖锐的棱角，使其具有良好的流动性以及优越的抗结块性能，与立方形晶体相比，其在晶体后处理过程中具有突出优势。此外，氯化钠球晶在作为浴盐等洗浴用品应用时，与身体接触时更多为滚动摩擦，在保证使用功效的同时，避免因棱角尖锐导致划伤，提供更好的使用体验。

目前氯化钠主要有两种生产工艺，即摊晒结晶工艺和应用减压蒸发原理进行真空浓缩的真空结晶工艺，其基本原理都为蒸发结晶。但是这两种工艺得到的氯化钠产品都为立方形晶体。如中国申请专利CN101445255A是以海水为原料生产淡水和氯化钠，方法是海水经过多效蒸发罐蒸发得到淡水和饱和卤水，饱和卤水经过多效蒸发分离得到淡水和氯化钠，在这里饱和卤水是以氯化钠固体为中间循环载体，通过循环泵以15～30％的固液比，在强制循环换热器的换热管内循环流动，在固液分离沉清段中进行固形物固体氯化钠与苦卤分离。

中国专利申请CN106430251A得到了一种微米级超细球形氯化钠晶体。其方法是往饱和氯化钠水溶液中加入甘氨酸，搅拌均匀后，通过喷雾离心干燥的方式，制得微米级超细球形氯化钠。但是由于产品粒径分布在10μm～40μm左右，主要作为多孔材料制备过程中的孔隙控制剂使用。在其它方面的用途受限，如食用，用作浴盐等。

因此急需开发一种新工艺来生产大颗粒的球形氯化钠晶体。

发明内容

本发明的目的在于研究氯化钠的球形结晶，提供了一种氯化钠球晶的制备方法。

本发明公开了一种氯化钠球晶的制备方法，其制备方法如下：将氯化钠加入到水中，配成溶液，60～80℃恒温搅拌，搅拌速率为400rpm～700rpm，采用减压蒸发结晶方式，蒸发出50％～70％的水，之后继续搅拌4～6h，经过滤、干燥，得到氯化钠球形晶体。

所述方法中，氯化钠和水的初始质量比为0.3～0.4：1。

所述方法中，蒸发结晶过程中，水的蒸发速率为初始水体积的5％～10％/hr。

所述方法中，干燥条件是温度40～70℃，常压条件下进行8～12h。

本发明提供的氯化钠球晶的制备方法，其创造性在于：

1.工艺流程短，生产成本低，效率高，制备过程中没有任何添加剂。制备出的晶体产品外观为球形，如图2所示。球晶平均圆度值在0.88以上(球的圆度值为1)，在0.25～0.6mm的粒度范围内的晶体质量分数大于70％，0.25mm以下的晶体质量分数小于1％。其中，圆度值由设备Morphologi G3测得，表征颗粒与球体的接近程度，表达式为

式中A为颗粒的投影的面积，P为颗粒的投影的周长。

2.本申请制备得到的氯化钠球晶的休止角为21°以下，远好于立方氯化钠的34°，产品的流动性大大提高，对产品的过滤、洗涤、干燥、包装以及运输等后处理，都有显著的改善作用。此外，立方氯化钠的结块率为66％～74％，而本申请制得的球晶的结块率为30％以下，结块率显著下降。

3.本申请通过对搅拌和蒸发条件进行研究，得到了优质的大颗粒球形氯化钠。当溶液蒸发达到过饱和时，溶液中首先会析出立方形的氯化钠，之后随着蒸发量的增加晶体会长大。而溶剂水在颗粒之间起着引力的作用，会促使较大的立方形晶体团聚。团聚后的晶体粒径大，在搅拌提供的剪切力作用下，晶体与晶体，晶体与液体等之间的摩擦会导致这种大晶体棱角的消磨，最终趋于球形。所以整个球晶的形成过程就是晶体团聚和磨损的过程。搅拌主要提供的是一个剪切力，其速率不足400rpm的话，会导致晶体的磨损不够，不太接近于球形；其速率高于700rpm又会导致团聚的晶体的破碎，而且也比较耗能。蒸发提供的是一个过饱和度，有了过饱和度才会有晶体的成核和生长，蒸发速率太快，很容易爆发成核，导致晶体粒径小，不易团聚；蒸发速率太慢，晶体容易长得很大，极易破碎，而且会使生产能力降低。

4.另外固液比(固液比定义为析出的晶体质量与剩余的液体的质量比，用百分比表示)也起到关键性的作用，在蒸发出50％～70％的水量时，固液比达到31％～55％，继续搅拌，此时的水力学条件可以促使得到优质的氯化钠球形晶体。中国申请专利CN101445255A中的固液比为15％～30％，且没有搅拌，这样的水力学条件不足以得到氯化钠球晶。

本发明人对氯化钠球晶的抗结块性能进行了研究，其效果为得到的氯化钠球形晶体的抗结块性能明显好于原料立方氯化钠。

实验例：氯化钠球晶的抗结块性能研究

实验步骤：

1.干燥箱环境预处理：设置干燥温度25℃，放入硅胶干燥剂，及湿度仪，保持干燥箱内湿度保持在50％左右。

2.用分析天平准确称量2.50g的晶体样品，平铺于玻璃皿中。将样品和玻璃皿在电子天平上整体称重。

3.轻轻晃动玻璃皿，使样品分布均匀，呈连续接触无叠层状态。用喷雾瓶在样品表面均匀喷洒0.10mL水。

4.将喷洒后的玻璃皿转移至预处理好的干燥箱中干燥，温度25℃，湿度保持在50％左右，常压。24-48小时后用电子天平间隔称重，直到相邻两次的质量改变在0.01g内。干燥过程结束。

5.用特定目数的筛子对干燥后的样品进行筛分，注意晃动筛子时需轻柔，防止结块体破碎。用分析天平称量未被筛下去的晶体质量，结合初始晶体质量可以计算出结块百分含量即结块率。

结块率表达式：

a＝m/M×100％

其中：a为结块率；m为已结块的氯化钠晶体的质量g；M为样品的总质量g。

6.晶体样品有立方氯化钠和本申请制得的球形氯化钠，每个样品重复实验3-5次。

实验结果表明：立方氯化钠的结块率为66％～74％，如图3所示；而本申请制得的球晶的结块率显著下降，为30％以下，如图4所示。

附图说明

图1：立方形氯化钠晶体的显微镜照片；

图2：本申请氯化钠球晶的显微镜照片；

图3：立方形氯化钠晶体的结块照片；

图4：本申请氯化钠球晶的结块照片。

具体实施方式

以下将通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容作进一步的详细说明。但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下实施例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1：

将60.0g氯化钠加入到200mL(水的密度为1g/mL,此时氯化钠和水的质量比为0.3:1)去离子水中，开启搅拌，搅拌速率为600rpm，体系温度为80℃，采用减压蒸发结晶方式，水的蒸发速率为10mL/hr(即水体积的5％/hr)，蒸发掉140mL的水(固液比为45％)，之后继续搅拌4h。然后过滤，滤饼在40℃、常压条件下干燥12h至恒重，得到氯化钠球晶产品。在0.25～0.6mm的粒度范围内的晶体质量分数为71.22％，0.25mm以下的晶体质量分数为0.81％。产品的圆度值为0.88，结块率为25％，休止角为19.2°。

实施例2：

将70.0g氯化钠加入到200mL(即氯化钠和水的质量比为0.35:1)去离子水中，开启搅拌，搅拌速率为500rpm，体系温度为60℃，采用减压蒸发结晶方式，水的蒸发速率为20mL/hr(即水体积的10％/hr)。蒸发掉120mL的水(固液比为37％)，之后继续搅拌6h。然后过滤，滤饼在50℃、常压条件下干燥10h至恒重，得到氯化钠球晶产品。在0.25～0.6mm的粒度范围内的晶体质量分数为75.13％，0.25mm以下的晶体质量分数为0.94％。产品的圆度值为0.90，结块率为29％，休止角为19.9°。

实施例3：

将70.0g氯化钠加入到200mL(即氯化钠和水的质量比为0.35:1)去离子水中，开启搅拌，搅拌速率为500rpm，体系温度为65℃，采用减压蒸发结晶方式，水的蒸发速率为10mL/hr(即水体积的5％/hr)。蒸发掉130mL的水(固液比为45％)，之后继续搅拌6h。然后过滤，滤饼在70℃、常压条件下干燥8h至恒重，得到氯化钠球晶产品。在0.25～0.6mm的粒度范围内的晶体质量分数为72.36％，0.25mm以下的晶体质量分数为0.70％。产品的圆度值为0.89，结块率为26％，休止角为20.2°。

实施例4：

将80.0g氯化钠加入到200mL(即氯化钠和水的质量比为0.4:1)去离子水中，开启搅拌，搅拌速率为500rpm，体系温度为65℃，采用减压蒸发结晶方式，水的蒸发速率为20mL/hr(即水体积的10％/hr)。蒸发掉130mL的水(固液比为56％)，之后继续搅拌5h。然后过滤，滤饼在50℃、常压条件下干燥10h至恒重，得到氯化钠球晶产品。在0.25～0.6mm的粒度范围内的晶体质量分数为74.88％，0.25mm以下的晶体质量分数为0.82％。产品的圆度值为0.88，结块率为30％，休止角为18.5°。

实施例5：

将80.0g氯化钠加入到200mL(即氯化钠和水的质量比为0.4:1)去离子水中，开启搅拌，搅拌速率为400rpm，体系温度为70℃，采用减压蒸发结晶方式，水的蒸发速率为20mL/hr(即水体积的10％/hr)。蒸发掉120mL的水(固液比为31％)，之后继续搅拌6h。然后过滤，滤饼在70℃、常压条件下干燥8h至恒重，得到氯化钠球晶产品。在0.25～0.6mm的粒度范围内的晶体质量分数为73.65％，0.25mm以下的晶体质量分数为0.67％。产品的圆度值为0.89，结块率为28％，休止角为20.6°。

实施例6：

将80.0g氯化钠加入到200mL(即氯化钠和水的质量比为0.4:1)去离子水中，开启搅拌，搅拌速率为700rpm，体系温度为70℃，采用减压蒸发结晶方式，水的蒸发速率为15mL/hr(即水体积的7.5％/hr)。蒸发掉100mL的水(固液比为31％)，之后继续搅拌5h。然后过滤，滤饼在40℃、常压条件下干燥12h至恒重，得到氯化钠球晶产品。在0.25～0.6mm的粒度范围内的晶体质量分数为74.91％，0.25mm以下的晶体质量分数为0.69％。产品的圆度值为0.91，结块率为26％，休止角为19.3°。

本发明公开和提出的氯化钠球晶及其制备方法，本领域技术人员可通过借鉴本文内容，适当改变原料、工艺参数等环节实现。本发明的方法与产品已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和产品进行改动或适当变更与组合，来实现本发明技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。

Claims (2)

1.一种氯化钠球晶的制备方法，其特征是：将氯化钠加入到水中，配成溶液，60～80℃搅拌，搅拌速率为400rpm～700rpm，采用减压蒸发结晶方式，蒸发出50％～70％的水，之后继续搅拌4～6h，经过滤、干燥，得到氯化钠球形晶体；晶体的平均圆度值在0.88以上，休止角为21°以下；氯化钠和水的初始质量比为0.3～0.4：1；所述蒸发结晶过程中，水的蒸发速率为初始水体积的5％～10％/hr。

2.如权利要求1所述的方法，其特征是干燥条件是温度40～70℃，常压条件下进行8～12h。