CN1240408A - 碳酸钙的脱水方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及对碳酸钙的含水浆料脱水。更具体而言,本发明涉及文石型沉淀碳酸钙含水浆料脱水时非离子表面活性剂的使用。使用本发明的非离子表面活性剂脱水后的碳酸钙浆料具有较高重量百分比的固相,分散剂用量降低而生产率提高。
Description
发明领域
本发明涉及碳酸钙含水浆料的脱水。更具体而言，本发明涉及对文石型沉淀碳酸钙(aragonitic precipitated calcium carbonate)含水浆料脱水时非离子表面活性剂的使用。
使用本发明的非离子表面活性剂脱水后的碳酸钙浆料具有较高重量百分比的固相，分散剂用量降低，而生产率提高。
发明背景
在生产高光泽纸时，原纸要涂覆白色颜料。白色颜料包括滑石、白土、研磨碳酸钙(GCC)和沉淀碳酸钙(PCC)。
沉淀碳酸钙胜过研磨碳酸钙的一个主要优点在于，它可能得到较小的平均颗粒尺寸，并有适当的比表面积(SSA)，而超细研磨的碳酸钙具有(i)用于研磨的高能耗成本和(ii)由固相颗粒形貌引起的最终产物比表面积较高。细沉淀碳酸钙是指其平均颗粒尺寸大约在1.6微米以下的沉淀碳酸钙，由于细沉淀碳酸钙浓度太低而无法用于纸张涂覆。因此，需要浓缩沉淀碳酸钙的含水浆料或去除该浆料中的水以提供约有65％或更高重量百分比的固相的沉淀碳酸钙浆料。
当使用真空设备进行碳酸钙脱水时产生了许多问题。例如，在生产纸张过程中会发生真空脱水机的阻塞。一般要关闭真空机，用水清洗以便清除阻塞物。停机要增加生产纸张的总成本。采用鼓风循环进行碳酸钙干燥的脱水工艺时也遇到了类似的问题。
例如，当鼓风机用于进行滤饼中固相重量百分比高于65％和平均颗粒尺寸低于或等于1.6微米的碳酸钙产物的脱水时，需要更有效的鼓风循环来高效率地进行碳酸钙脱水。现有的鼓风系统不足以将平均颗粒尺寸小的碳酸钙产物脱水至所需的固相(cake solid)比例。
因此，对于任何现有技术而言，存在一种新的具有出人意料效果的脱除碳酸钙浆料中水的方法，其中最终产物中滤饼固相(cake solid)比例和平均颗粒尺寸是重要因素。
相关现有技术
欧洲专利申请O 381 262 A2公开了一种非水液体清洗剂，它包含了一种液态表面活性剂和一种悬浮在液体中的颗粒固体助洗剂。据称此产品适用于清洗纺织品。
日本专利申请公开平2-277541公开了一种制备碳酸钙含水分散体的方法，由此，通过在有非离子表面活性剂存在时使用丙烯酸分散剂，可在水中将重量百分比至少为60％的高浓度碳酸钙分散。通过鼓入二氧化碳可将已得到的分散体的pH值调整在8至9之间。
日本专利申请公开昭60-185892公开了一种用于纸张涂覆的组合物，它包括一种含有大于或等于50％重量的碳酸钙的颜料，乳胶以及(1)浊点大于或等于90℃的0.5-5份重量的非离子表面活性剂和(2)浊点大于或等于60℃的0.5-5份重量的有机聚硅氧烷，以所述乳液的固相含量为100份重量计。
日本专利申请公开平7-48793公开了用于碳酸钙浆料脱水的促进剂，它包含至少一种非离子表面活性剂和聚氧乙烯-聚氧丙烯缩合物的有效组分。据称使用这些化学物质进行碳酸钙浆料的脱水时，脱水的效果较好，真空脱水机的阻塞较少发生，生产率得到明显提高。
尽管在本领域已经了解了各种碳酸钙浆料脱水方法以及各种化学脱水促进剂，但是有关技术中没有公开通过使用非离子表面活性剂进行文石型沉淀碳酸钙涂覆颜料脱水的方法，此时重要的是最终产物中较高的滤饼固相比例和小的平均颗粒尺寸。
发明概述
本发明包括在进行文石型沉淀碳酸钙脱水时的非离子表面活性剂的使用，文石型沉淀碳酸钙的平均颗粒尺寸为小于或等于1.6微米，脱水后使其固相重量百分比大于或等于65％重量。
因此，本发明的一个目的是提供一种在鼓风式脱水系统中使用非离子表面活性剂进行碳酸钙浆料脱水的方法。本发明的另一个目的是提供一种制备高比例固相的最终沉淀碳酸钙的方法。本发明的又一个目的是提供一种制备最终产物的平均颗粒尺寸小于或等于1.6微米的文石型沉淀碳酸钙的方法。本发明的再一个的目的是提供一种导致生产率增加的脱水方法。本发明的再又一个目的是提供一种文石型沉淀碳酸钙的分散体，它能减少分散剂的使用量。通过进一步参考发明概述和下面的发明详述，本发明的这些目的和其他目的会变得更加明显。
发明详述
本发明包括使用非离子表面活性剂将平均颗粒尺寸小于或等于1.6微米的文石型沉淀碳酸钙(PCC)脱水至其固相重量百分比大于或等于65％并且其平均颗粒尺寸小于或等于1.6微米。采用沉积技术测定颗粒尺寸，使用Micromeritics Sedigraph Model5100对含约3％产物的含水分散体进行测定，并使用约1％的羧基化多元电解质(carboxylatedpolyelectrolyte)(Daxad 30)作为分散剂。在使用本发明方法的造纸工艺中，在鼓风循环中含有较小平均颗粒尺寸的高固相的沉淀碳酸钙会得到有效的脱水。
本发明制备文石型沉淀碳酸钙组合物的方法涉及氢氧化钙与二氧化碳的反应。
所使用的设备：
1.带有平式透平机(flat turbine)型搅拌器叶片(2)的标称30升的容器，并且安装了套层用于加热/冷却。
2.消和器单元是一个简单的水泥搅拌装置。
原料：
1.CaO
2.水
3.CO2源：空气中15％的CO2
4.密西西比石灰公司(Mississippi Lime Company)的M-60文石
文石型沉淀碳酸钙合成步骤：
1.在至少约为40℃的起始水温，并在搅拌作用下向1份CaO中添加10份水制备Ca(OH)2石灰乳。石灰量为2000克，水量为20升。
注意：制备完毕的石灰乳(熟石灰)中Ca(OH)2浆料的固相含量约为～11％重量。熟石灰的总量约为3200克的CaCO3。
2.将石灰乳过筛，使其不含大于60目的粗颗粒。将石灰乳放入30升反应器中。
3.调节石灰乳温度至50℃。
4.添加160克的M-60文石至石灰乳中，让其混合15分钟。
5.调节搅拌器进行强力混合，开始加入CO2气体。调节气体流动速率，使Ca(OH)2在约3小时内完全转为CaCO3。
6.当PH降至7.0时，碳酸饱和过程结束，此时终止加入CO2气体。
7.制备完毕的CaCO3浆料中含有的CaCO3约为14％重量。
8.添加非离子表面活性剂到文石型沉淀碳酸钙中，随后进行过滤。
非离子表面活性剂可以在合成工艺的任何阶段加到沉淀碳酸钙中。然而，已发现当沉淀碳酸钙产物流过筛和输送至过滤原料槽时，非离子表面活性剂优选在搅拌作用下加入其中。
为了使本发明的非离子表面活性剂在对沉淀碳酸钙脱水过程中发挥有效作用，其使用量应占碳酸钙重量的约0.1％到约0.4％。为达到最佳的脱水效果，表面活性剂不要在添加到沉淀碳酸钙浆料之前进行稀释。沉淀碳酸钙含水浆料的浓度在加入非离子表面活性剂时应约为5％到50％的重量比，以沉淀碳酸钙与总重量之比计。
本发明的理论基于控制在过滤器/湿滤饼中过高的毛细压力。据信本发明的非离子表面活性剂通过降低水张力来减小湿滤饼中的毛细压力，使脱水时的鼓风循环更加有效。因为高压空气替代了沉淀碳酸钙滤饼中的液体，水容易从湿饼或滤饼中的空隙处释放。然而，应清楚地理解上面有关毛细压力陈述仅为一种理论，它仅作为一种可能发生的科学可能性被认同。无论以何种方式，这个理论都不能表现为科学事实，也不能表现为科学上的正确性。因而，无论以何种方式使用该建议的科学理论，在任何情况下都不能限制本发明的范围。
实施本发明过程中发现有效的非离子表面活性剂选自以下的组中：聚二醇醚、醇的烷氧基化物、烷基酚羟基-聚氧乙烯等。以下非离子表面活性剂可以从Connecticut州的Danbury的联合碳化物化学与塑料有限公司(Union Carbide Chemical and Plastics Company Inc.)的工业化学部购买，它们包括TERGITOL D-683、TERGITOL MIN-FOAM 1X和TERGITOL MIN-FOAM 2X、TRITON X-100。
(1)Tergitol Min-Foam 2X表面活性剂。
式为：C11-15H23-31O(CH2CH2O)x[CH2CH2O/CH2
CH(CH3)O]yCH2CH(CH3)OH；
(2)Tergitol D-683表面活性剂，
式为：C15H23O[CH(CH3)CH2O]x[CH2CH2O]yH；
(3)Tergitol Min-Foam 1X表面活性剂，
式为：C11-15H23-31O(CH2CH2O)x[CH2CH2O/CH2
CH(CH3)O]yCH2CH(CH3)OH；
(4)Triton X-100
式为：C33H60O10.5
提供以下实施例进一步描述了本发明的广阔范围。实施例决不是要以任何方式在任何实质方面限制本发明的范围、广度和宽度。只有最广泛的阅读和关于附后的权利要求书的最充分的解释，才能用来定义本发明的界限，边界和范围。
在实施例1、2、3中，经非离子表面活性剂处理的碳酸钙浆料(本发明方法)和未经处理的碳酸钙浆料(对照)都经过了鼓风型压滤机的过滤和固相百分比的测试。本发明方法中固相百分比的提高在每一个实施例中都得以实现。
实施例实施例1：
文石型沉淀碳酸钙含水浆料的固相含量的重量百分比约为15％，通过在搅拌含水浆料时添加重量百分比为0.2％(基于的碳酸钙的重量)的TRITON X-100表面活性剂对该浆料进行处理。此滤饼固体含量经测定和与未处理的沉淀碳酸钙滤饼(无表面活性剂)进行比较，其结果示于表1。
表1
| TRITON X-100 0.4重量％ | 无添加剂 | ||
| 循环 数# | 固体百分比 | 循环 数# | 固体百分比 |
| 1 | 67.37 | 1 | 53.7 |
| 2 | 67.07 | 2 | 57.06 |
| 3 | 67.27 | 3 | 53.53 |
| 4 | 67.79 | 4 | 52.4 |
| 5 | 67.21 | ||
| 6 | 66.62 | ||
| x＝67.22σ＝0.3827 | x＝54.17σ＝2.01 | ||
注入时间2分钟，挤压时间3分钟，压力为15巴，鼓风时间5分钟。实施例2：
文石型沉淀碳酸钙含水浆料的固相含量的重量百分比约为15％，通过在搅拌含水浆料时添加重量百分比为0.2％的(基于碳酸钙重量)TERGITOL MIN-FOAM 2X表面活性剂对该浆料进行处理。此滤饼固体含量经测定和与未处理的沉淀碳酸钙滤饼(无表面活性剂)进行比较，其结果示于表2。
表2
| TERGITOL MIN-FOAM 2X 0.2重量％ | 无添加剂 | ||
| 循环数# | 固体％ | 循环数# | ％固体％ |
| 1 | 62.62 | 1 | 53.61 |
| 2 | 69.05 | 2 | 50.92 |
| 3 | 68.32 | 3 | 51.03 |
| 4 | 68.81 | 4 | 51.27 |
| 5 | 69.36 | 5 | 51.69 |
| x＝67.63σ＝2.827 | x＝51.70σ＝1.106 | ||
注入时间2分钟，挤压时间3分钟，压力为15巴，鼓风时间5分钟。实施例3
文石型沉淀碳酸钙含水浆料的固相含量的重量百分比约为15％，它通过在搅拌含水浆料时添加重量百分比为0.2％的(基于碳酸钙重量)TERGITOL D-683表面活性剂对该浆料进行处理。此滤饼固体含量经测定和与未处理的沉淀碳酸钙滤饼(无表面活性剂)进行比较，其结果示于表3。
表3
| TERGITOL D-683 0.2重量％ | 无添加剂 | ||
| 循环数# | 固体％ | 循环数# | 固体％ |
| 1 | 67.78 | 1 | 53.61 |
| 2 | 67.21 | 2 | 50.92 |
| 3 | 69.95 | 3 | 51.03 |
| 4 | 68.00 | 4 | 51.27 |
| 5 | 51.69 | ||
| x＝68.24σ＝1.191 | x＝51.70σ＝1.106 | ||
注入时间2分钟，挤压时间3分钟，压力为15巴，鼓风时间5分钟。实施例4
用与实施例1-3相同的方法，在一例中用TERGITOL MIN-FOAM 2X处理含15％重量的文石型碳酸钙含水浆料，在另一例中，用TERGITOL D-683处理碳酸钙含水浆料。处理剂浓度为0.2％重量(基于碳酸钙的重量)。本发明中分散的碳酸钙产物在表4中与未经处理(不加添加剂)的碳酸钙浆料滤饼产物进行了比较。结果表明，经非离子处理剂处理过的本发明产物与固相含量和颗粒尺寸基本相同的未处理的产物相比时显示出较小的分散剂用量。
表4
| 试样ID | 分散剂用量 | 比表面(m2/g) | PSD 90(μ) | PSD 50(μ) | 固体％ |
| 无添加剂的PCC | 0.35％ | 12.6 | 0.89 | 0.31 | 71.28 |
| 用TERGITOLMIN-FOAM 2X处理的PCC | 0.33％ | 11.9 | 0.91 | 0.31 | 70.10 |
| 用TERGI TOLD-683处理的PCC | 0.29％ | 11.8 | 0.89 | 0.31 | 71.15 |
Claims (3)
1.一种除去碳酸钙含水浆料中水分的改进方法：
(a)形成一种沉淀碳酸钙含水浆料，其含水颗粒尺寸低于约1.6微米；
(b)用高达约0.5％重量的非离子表面活性剂处理所述碳酸钙；以及
(c)过滤处理过的碳酸钙以获得大约55％至80％重量的固相浓度。
2.权利要求1的方法，其中沉淀碳酸钙为文石。
3.权利要求2的方法，其中非离子表面活性剂选自由聚二醇醚、醇的烷氧基化物和烷基酚-羟基聚氧乙烯组成的组中。
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| CN100419032C (zh) * | 2005-01-05 | 2008-09-17 | 上海东升新材料有限公司 | 一种重质碳酸钙填料的制备方法 |
| CN101745267B (zh) * | 2009-12-18 | 2011-11-23 | 中国铝业股份有限公司 | 一种氧化物微细粒浆体的过滤方法 |
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