DE2759551C3 - Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von gefälltem Calciumcarbonat - Google Patents
Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von gefälltem CalciumcarbonatInfo
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- Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
Description
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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennteichnet,
daß man
i(a) in der ersten Stufe eine Calciumhydroxidsuspension
mit einer Feststoffkonzentration von 10 bis 15 Gew.-% und einer Temperatur von 40
bis 80° C in Form von Tröpfchen mit einem Durchmesser von 0.5 bis 1.0 mm im Gegenstrom
in ein Gas mit einem Kohlendioxidgehalt von 15 bis 35 Vol.-% sprüht, das in der Säule mit
einer Oberflächengeschwindigkeit von 0,02 bis 0.1 m/sec nach oben strömt,
(b) in der zweiten Stufe die Suspension aus der ersten Stufe, die eine Feststoffkonzentration
von 13 bis 20 Gew.-% und eine Temperatur von 45 bis 80" C aufweist, in Form von Tröpfchen
mit einem Durchmesser von 1.5 bis 2.0 mm im Gegenstrom in ein Gas mit einem Kohlendioxidgehalt
von 15 bis 35 Vol.-% sprüht, das in der Säule mit einer Oberflächengeschwindigkeit
Von 0,05 bis 1,0 m/sec nach oben strömt, und
(c) in der dritten Stufe die Suspension aus der zweiten Stufe, die eine Feststoffkonzentratiori
von 13 bis 20 Gew.*% und eine Temperatur von
50 bis 800C aufweist, in Form von Tröpfchen
mit einem Durchmesser Von i,5 bis 2,0 mm im Gegenstrom in ein Gas mit einem Kohlendl·
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von gefälltem Calciumcarbonat mit
gleichmäßiger Teilchengröße.
Zur technischen Herstellung von gefälltem Calciumcarbonat wird bisher das Carbonisierungsverfahren
angewandt, bei dem man Kohlendioxid in eine Calciumhydroxidsuspension einbläst und das entsprechende
Calciumcarbonat in Zeitabständen abtrennt. Diese diskontinuierliche Verfahrensweise hat jedoch
den Nachteil, daß sie unwirtschaftlich ist und Teilchen mit sehr unterschiedlicher Größe ergibt.
In der US-PS 26 17 711 ist ein einstufiges Verfahren zur Herstellung von Calciumcarbonat beschrieben, bei
dem die Carbonisierung von Calciumhydroxidsuspensionen in der Gas/Flüssigphase in einem Sprühsystem
mit Gleichstromführung der Reaktanten erfolgt Diese Verfahrensweise eignet sich jedoch ebenfalls nicht zur
Herstellung von Calciumcarbonat mit gleichmäßiger Teilchengröße.
Es wurde nun gefunden, daß gefälltes Calciumcarbonat von gleichmäßiger Teilchengröße kontinuierlich
dadurch hergestellt werden kann, daß man die Carbonisierungsreaktion, bei der eine Calciumhydroxidsuspension
in Form von Tröpfchen mit einem bestimmten Durchmesser in ein Kohlendioxid enthaltendes
Gas gesprüht wird, das in einer Säule mit einer bestimmten Oberflächengeschwindigkeit strömt,
wiederholt durchgeführt. Ferner wurde gefunden, daß Feinteilchen von gefälltem Calciumcarbonat mit einer
einstellbaren durchschnittlichen Größe von etwa 0.1 bis 3 μπι in diesem mehrstufigen Umsetzungsprozeß
hergestellt werden können, wenn man den Tröpfchendurchmesser, die Feststoffkonzemration und Temperatur
der Calciumhydroxidsuspension, die Oberflächengeschwindigkeit
des Kohlendioxid enthaltenden Gases etc. geeignet wählt.
Gegenstand der Erfindung ist das in den Patentan Sprüchen bezeichnete Verfahren zur Herstellung von
feinen Calciumcarbonatteilchen mit einer durchschnittlichen Größe von etwa 0.1 bi? 3.0 μηι.
Um eine geeigr.ete Menge von Calciumcarbonat-Kristallkeimen
in Form von gebündelten Fäden in der ersten Stufe gleichmäßig zu erhalten, sprüht man eine
Calciumhydroxidsuspension mit einer Feststoffkonzentration von 10 bis 15 Gew.-% und einer Temperatur von
30 bis 80 C in Form von Tropfchen mit einem Durchmesser von 0.2 bis 1.0 mm im Gegenstrom in ein
Gas. das 10 bis 40 Vol.-°/o Kohlendioxid enthält und in einer Säule mit einer Oberflächengeschwindigkeit von
0.02 bis 0.5 m/sec nach oben strömt, wobei 5 bis 15% des
Calciumhydroxids in Calciumcarbonat umgewandelt werden. Falls die Feststoffkonzentration weniger als IO
Gew.'% oder die Temperatur der Suspension weniger als 3Ö°C betragen) Weisen die schließlich erhaltenen
Calciumcarbonatteilchen eine Größe von weniger als 0,1 μπι aufs Bei einer Feststoffkonzentration von mehr
als 15 öew.-% kann die Suspension nur schwer in Form
von Tröpfchen gleichmäßig Versprüht werden, Wodurch die Gleichmäßigkeit der Teilchertgrößenverteilung des
Endprodukts beeinträchtigt wird, Bei einer Temperatur
der Suspension von mehr als 80°C entstehen Kristallkeime
mit ungleichmäßiger Form und Größe, so daß das Endprodukt Teilchen mit einer Größe von mehr als
3 μπι enthalten kann. Bei einem Tröpfchendurchmesser der Suspension von mehr als 1,0 mm verläuft die
Reaktion nicht glatt, während die Tröpfchen bei einem Durchmesser von wenigei als 0,2 mm durch das
Kohlendioxid enthaltende Gas aus der Reaktionskolonne mitgeführt werden. Bei Verwendung von weniger als
10 Vol.-% Kohlendioxid verläuft die Reaktion nicht zufriedenstellend, während mehr als 40 Vol.-% Kohlendioxid
die Reaktion nicht nennenswert begünstigen und daher unwirtschaftlich sind. Falls das Kohlendioxid
enthaltende Gas mit einer Oberflächengeschwindigkeit von weniger als 0,02 m/sec strömt, verläuft die Reaktion is
nicht vollständig, während bei einer Geschwindigkeit von mehr als 0,5 m/sec die Tröpfchen der Calciumhydroxidsiispension
dazu neigen, zusammen mit dem Gas aus der Kolonne zu strömen. In einer bevorzugten
Ausführungsform der ersten Stufe des Verfahrens sprüht man eine Calciumhydroxidsuspension mit einer
Feststoffkonzentration von i0 bis Ί5 Gew.-% und einer
Temperatur von 40 bis 80°C in Form von Tropfchen mit einem Durchmesser von 0,ä bis 1,0 mm gegen ein Gas.
das 15 bis 35 Vol.-% Kohlendioxid enthält und durch die
Säule mit einer Oberflächengeschwindigkeit von 0,02 bis 0,1 m/sec nach oben strömt.
In der zweiten Stufe des Verfahrens wird Kohlendioxid
mit der Suspension aus der ersten Stufe umgesetzt, die Calciumcarbonat-Kristallkeime in Form von gebündelten
Fäden enthält, um ein Wachstum der Kristalle zu bewirken. Hierzu sprüht man die Suspension aus der
ersten Stufe in Form von Tröpfchen mit einem Durchmesser von 1,0 bis 2.0 mm bei einer Temperatur
von 30 bis 80° C im Gegenstrom in ein Gas, das 10 bis 40
Vol.-°/o Kohlendioxid enthält und in einer Säule mit einer Oberflächengeschwindigkeit von 0.02 bis 1,0 m/sec
nach oben strömt. Hierdurch wird eine 95 bis 98%ige Carbonisierung bewirkt. Obwohl die Suspension in der
zweiten Stufe bei derselben Temperatur wie in der ersten Stufe umgesetzt wird, weisen selbst die kleinsten
Tröpfchen einen erhöhten Durchmesser auf und die MindestOberflächengeschwindigkeit des Kohlendioxid
enthaltenden Gases ist ebenfalls entsprechend erhöht, da die Kristalle wachsen. In einer bevorzugten
Ausführungsform der zweiten Si'ife des Verfahrens sprüht man eine Suspension mit einer Feststoffkonzentration
von 13 bis 20 Gew.-% und einer Temperatur von
45 bis 8O0C in Form von Tröpfchen mit einem
Durchmesser von 1,5 bis 2,0 mm gegen ein Gas, das 15
bis 35 Vol.-°/o Kohlendioxid enthält und in der Säule mit einer Oberflächengeschwindigkeit von 0.05 bis 1,0 m/sec
nach oben strömt.
In der dritten Stufe des Verfahrens wird die
Suspension aus d;r zweiten Stufe weiter mit Kohlendioxid
umgesetzt, um ein Wachstum der Calciumcarbonatkristalle
auf eine durchschnittliche Größe von etwa 1.0 bis 3.0 μm zu bewirken. Hierzu sprüht man die
Suspension aus der zweiten Stufe bei e'ner Temperatur
von 30 bis 80 X in Form von Tröpfchen mit einem Durehmesser von 1,5 bis 2,0 mm im Gegenstrom in eine
Säule, in der ein Gas mit eirteiti Kohlendioxidgehalt von
10 bis 40 VoL-0Zo mit einer Öberfiächengeschwindigkeit
von 1,5 bis 3,0 m/sec nach oben strömt, Obwohl die Suspension in der dritten Stufe bei derselben Temperatür
wie in der ersteil Stufe umgesetzt wird, weisen selbsi
die kleinsten Tröpfchen einen erhöhten Durchmesser auf und die Mindest-Öberflächengeschwindigkeit des
Kohlendioxid enthaltenden Gases ist ebenfalls entsprechend erhöht, da die Suspension beträchtlich gewachsene
Kristalle enthält
In einer bevorzugten Ausführungsform der dritten Stufe sprüht man eine Suspension mit einer Feststoffkonzentration
von 13 bis 20 Gew.-% und einer Temperatur von 50 bis 800C in Form von Tröpfchen mit
einem Durchmesser von 1,5 bis 2,0 mm gegen ein Gas, das 15 bis 35 Vol.-% Kohlendioxid enthält und mit einer
Oberflächengeschwindigkeit von 1,5 bis 3,0 m/sec durch die Säule nach oben strömt. Das erhaltene Calciumcarbonat
kann leicht auf übliche Weise abgetrennt werden, zum Beispiel mit Hilfe einer Filterpresse oder eines
Vakuumfilter.
Die im Verfahren der Erfindung entstehenden Feinteilchen von gefälltem Calciumcarbonat weisen
eine gleichmäßige Größe von durchschnittlich etwa 1,0 bis 3,0 μΐη auf. Das Produkt eignet sich insbesondere als
Füllstoff und Streckpigment für industrielle Produkte, wie Kautschuke, Kunststoffe. Papier. Beschichtungsmassen
und Druckfarben.
in der F i g. 1 ist eine Ausführur gsforrr. des erfindungsgemäßen
Verfahrens anhand eines Fließbildes näher erläutert.
Eine Calciumhydroxidsuspension wird über d,e Leitung 1. die Pumpe 2 und die Leitung 3 zugeführt und
aus der Düse 4 in die Kolonne 5 für die erste Reaktionsstufe gesprüht. Über die Leitung 6 und das
Gebläse 7 wird ein Kohlendioxid enthaltendes Gas in den unteren Teil der Kolonne 5 eingeleitet und nach
oben geströmt. Falls das für die Reaktion verwendete Gas noch Kohlendioxid in ausreichend hoher Konzentration
enthält, kann es vom oberen Teil der Kolonne 5 über die Leitung 8 irn Kreislauf zurückgeführt werden.
Nach der Reaktion wird das Kohlendioxid enthaltende Gas am oberen Ende der Kolonne 5 über die Leitung 9
abgeblasen. Die Zuführgeschwindigkeit des Kohlendioxid enthaltenden Gases über die Leitung 6. die
Kohlendioxidkonzentration, die Zirkulationsg^schwindigkeit
des Gases in der Leitung 8. die Geschwindigkeit und der Zeitpunkt der Gasableitung über die Leitung 9
richten sich zum Beispiel nach der Konzentration und Temperatur der Calciumhydroxidsuspension und dem
Reaktionsstadium.
Die in der ersten Stufe enthaltene Suspension wird über die Leitung 10. die Pumpe 11 und die Leitung 12
gefördert und aus der Düse 13 in die Kolonne 14 für die zweite Reaktionsstufe gesprüht. Über die Leitung 15
und das Gebläse 16 wird ein Kohlendioxid enthaltendes Gas in den unteren Teil der Kolonne 14 eingeleitet und
nach oben geströmt. Da die Carbonisierungsreaktion in der Kolonne 14 zu 95 bis 98% verlaufen muß, kann die
am Boden der Kolonne gesammelte Suspension gejr.ibenenfalls mehrmals über die Leitung 17. die
Pumpe 11 und die Leitung 12 aus der Düse 13 versprüht
werden. Das Ku! iendioxid enthaltende Gas wird in der
Leitung 18 im Kreislauf geführt und über Leitung 19 auf dieselbe Weise wie in der ersten Stufe abgeblasen.
Die in der /weiten Stufe erhaltene Suspension wi;d über die Leitung 20. die Pumpe 21 und die Leitung 22
gefördert und aus der Düse 23 in die Kolonne 24 für die dritte Reaktionsstufe gesprüht. Ein Kohlendioxid
enthaltendes Gas wird über die Leitung 25 und das Gebläse 26 in den unteren Teil der Kolonne 24
eingeleitet und nach oben geströmt. Das Kohlendioxid enthaltende Gas wird in der Leitung 27 im Kreislauf
geführt und über die Leitung 28 auf dieselbe Weise wie in der ersten Reaktionsstufe abgeblasen. Die erhaltene
Suspension, die Calciumcarbonatteilchen in der ge^
wünschten Größe enthält, wird über die Leitung 29 abgezogen. Das Calciumcarbonat wird aus der Suspension
auf übliche Weise abgetrennt, zum Beispiel mit einer Filterpresse oder einem Vakuumfilter, und als
Feststoff gewonnen.
Da im Verfahren der Erfindung das Kohlendioxid durch Calciumhydroxid wirksam bei gleichmäßigem
Verlauf der Carbonisierungsreaktion absorbiert werden kann, ist es zum ersten Mal möglich, feinteiliges
Calciumcarbonat der gewünschten Teilchengröße ohne Abweichungen in technischem Maßstab herzustellen.
Die Tropfengröße der versprühten Calciumhydroxidsuspension wird im Verfahren der Erfindung durch
Wahl geeigneter Sprühdüsen und Sprühbedingungen, z. B. hinsichtlich Sprühdruck und -durchsatz, eingestellt.
Unter »Oberflächengeschwindigkeit« wird die Gasgeschwindigkeit, bezogen auf die leere Kolonne, verstan-
In der ersten Stufe werden 2000 kg/h einer Calciumhydroxidsuspension
mit einer Feststoffkonzentration von 10 Gew.-°/o und einer Temperatur von 60°C in
Form von Tröpfchen mit einem Durchmesser von 1,0 mm im Gegenstrom in ein Gas gesprüht, das 20
Vol.-% Kohlendioxid enthält, eine Temperatur von 30°C aufweist und mit einer Volumengeschwindigkeit
von 45 mVh (Oberflächengeschwindigkeit: 0,05 m/sec) zugeführt wird, um eine milde Reaktion unter
kontinuierlicher Bildung von Kristallkeimen in Form von gebündelten Fäden bei einem Carbonisierungsgrad
von 10% zu bewirken.
In der zweiten Stufe wird die Suspension aus der ersten Stufe in Form von Tröpfchen mit einem
Durchmesser von 1,6 mm im Gegenstrom in ein Gas gesprüht, das 20 Vol.-% Kohlendioxid enthält, eine
Temperatur von 30° C aufweist und mit einer Volumengeschwindigkeit von 380 m3/h (Oberflächengeschwindigkeit:
0,1 m/sec) zugeführt wird, wobei die Reaktion mit dem Gas mehrmals bis zu einem Carbonisierungsgrad
von 95% wiederholt wird. Hierbei entstehen dispergierte Feinteilchen mit einer durchschnittlichen
Größe von 0,8 μίτι.
In der dritten Stufe wird die Suspension aus der zweiten Stufe in Form von Tröpfchen mit einem
Durchmesser von 1,6 mm im Gegenstrom in ein Gas gesprüht, das 20 Vol.-% Kohlendioxid enthält, eine
Temperatur von 30°C aufweist und mit einer Volumengeschwindigkeit von 25 mVh (Oberflächengeschwindigkeit:
2,5 m/sec) zugeführt wird, um eine schnelle und gleichmäßige Reaktion bis zur vollständigen Carbonisierung
zu bewirken. Es entstehen 270 kg/h gefälltes
Calciumcarbonat in Form von Teilchen mit einer
durchschnittlichen Größe von 1,0 μηι.
In der ersten Stufe werden 3000 kg/h einer Calciümhydroxidsuspension
mit einer Feststoffkonzentration von 15 Gew.-% und einer Temperatur von 800C in
Form von Tröpfchen mit einem Durchmesser von 1.0 mm im Gegenstrom in ein Gas gesprüht, das 30
Vol.-% Kohlendioxid enthält, eine Temperatur von 3O0C aufweist und mit einer Volumengeschwindigkeit
von 90 mVh (Oberflächengeschwindigkeit·. 0.02 m/sec) zugeführt wird, um eine gleichmäßige Reaktion bis zu
einem Carbonisierungsgrad von 15% zu bewirken.
In der zweiten Stufe wird die Suspension aus der ersten Stufe in Form von Tröpfchen mit einem
Durchmesser von 2,0 mm im Gegenstrom in ein Gas gespri'ht, das 30 Vol.-% Kohlendioxid enthält, eine
Temperatur von 300C aufweist und mit einer Volumen-
geschwindigkeit von 50OmVh (Oberflächengeschwindigkeit:
1,0 m/sec) zugeführt wird, um eine schnelle und gleichmäßige Reaktion bis zu einem Carbonisierungsgrad
von 98% zu bewirken.
In der dritten Stufe wird die Suspension aus der zweiten Stufe in Form von Tröpfchen mit einem
Durchmesser von 2,0 mm im Gegenstrom in ein Gas gesprüht, das 30 Vol.-% Kohlendioxid enthält, eine
Temperatur von 300C aufweist und mit einer Volumengeschwindigkeit
von 20 mVh (Oberflächengeschwindigkeit: 3,0 m/sec) zugeführt wird, um eine schnelle und
gleichmäßige Reaktion bis zur vollständigen Carbonisierung zu bewirken. Es entstehen 240 kg/h gefälltes
Calciumcarbonat in Form von Teilchen mit einer durchschnittlichen Größe von 3,0 μηη.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
1. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von gefälltem Calciumcarbonat mit einer Teilchengröße
von etwa 0,1 bis 3,0 μπι durch Carbonisieren einer versprühten Calciumhydroxidsuspension mit Kohlendioxid,
dadurch gekennzeichnet, daß man
(a) in einer ersten Stufe eine 5 bis 15°/oige Carbonisierung durchführt, indem man eine
Calciumhydroxidsuspension mit einer Feststoffkonzentration von 10 bis 15 Gew.-°/o und einer
Temperatur von 30 bis 800C in Form von Tröpfchen mit einem Durchmesser von 0,2 bis
1,0 mm im Gegenstrom in ein Gas mit einem Kohlendioxidgehalt von 10 bis 40 Vol.-%
sprüht, das in einer Säule mit einer Oberflächengeschwindigkeit von 0,02 bis 0,5 m/sec nach
oben strömt,
(b) in eu.er zweiten Stufe eine 95 bis 98°/oige Carbonisierung durchführt, indem man die
Suspension aus der ersten Stufe, die eine Temperatur von 30 bis 800C aufweist, in Form
von Tröpfchen mit einem Durchmesser von 1,0 bis 2,0 mm im Gegenstrom in ein Gas mit einem
Kohlendioxidgehalt von 10 bis 40 Vol.-% sprüht, das in einer Säule mit einer Oberflächengeschwindigkeit
von 0,02 bis 1,0 m/sec nach oben strömt, und
(c) in einer dritten Stufe die Carbonisierung vollst; -.aig durchführt, indem man die Suspension
aus der zweiten Sti'fe, die eine Temperatur von 30 bis 80cC aufweist, in Form von
Tröpfchen mit einem Durchmesser von 1,5 bis 2,0 mm im Gegenstrom in ein Gas mit einem
Kohlendioxidgehalt von 10 bis 40 Vol.-% sprüht, das in einer Säule mit einer Oberflächengeschwindigkeit
von 1,5 bis 3,0 m/sec nach oben strömt.
oxidgehalt von 15 bis 35 Vo!.-°/o sprüht, das in der Säule mit einer Oberflächengeschwindigkeit
von 1,5 bis 3,0 m/sec nach oben strömt.
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