FI103964B - Menetelmä hienojakoisen sammutetun kalkin valmistamiseksi - Google Patents

Description

103964

Menetelmä hienojakoisen sammutetun kalkin valmistamiseksi

Esillä oleva keksintö koskee patenttivaatimuksen 1 johdannon mukaista menetelmää : 5 kalkin nopeaksi sammuttamiseksi ja hienojakoisen sammutetun kalkin valmistamiseksi.

Tällaisen menetelmän mukaan kalsiumoksidia lisätään sekoituksen alaisena veteen, jolloin poltettu kalsiumoksidi märkäjauhetaan ja sammutetaan johtamalla kalsiumoksidi yhdessä ylimääräisen veden kanssa suuren leikkausnopeuden omaavaan iskujauhimeen. Tuloksena 10 saadaan kalsiumhydroksidia sisältävä vesisuspensio.

Keksintö koskee myös patenttivaatimuksen 8 johdannon mukaista hienojakoista kalkkia.

Kalkin sammutus on ikivanhaa tunnettua tekniikkaa. Tähän prosessiin, jossa kalsiumoksidi 15 muutetaan kalsiumhydroksidiksi, on ollut tarjolla monenlaisia laitteita ja tekniikkoja.

Tyypillisesti (Kirk-Othmer/Encyklopedia of Chemical Technology 1985) kalkin sammutus suoritetaan hitaasti pyörivillä vaivaimilla, jolloin hitaasti lisätään vähissä erin vettä. Samalla poltetussa kalkissa olleet suuret partikkelit hajoavat ja kalkki hitaasti jauhautuu. Kalkin sammutus kehittää suurehkon määrän lämpöä ja haihduttaa normaalisti osan lisä- - 20 tystä sammutusvedestä. Tyypillinen hyvin sammutettu kalkki on kuivaa, sen partikkeli-: ' : koko on esim. 60 % < 10 mikronia, partikkelikoon vaihteluväli 5-10 mikronia.

• ·

Kalsiumhydroksidia käytetään moniin tarkoituksiin. Jos sen käyttö on puhtaasti halpana '. i. 1 emäksenä, veden neutralointiaineena, veden kovuuden poistoon tai sellaisena kemiallisena a « a • « · * 1 ' 25 reagenssinä, joka on täysin vesiliukoinen, esim. CaCl2, kalsiumformiaatti jne., ei sammutetun kalkin partikkelikoolla ole suurtakaan merkitystä.

a a a * · » a a a • · a • a a ’ ’ · Nykyiset kaupalliset kalkin sammutuslaitteet käyttävät vettä noin kaksi kertaa sen määrän, a a · · ’;;; ’ jonka hydrataatio sitoo, loput vedestä haihtuu ja saadaan aikaan kuiva sammutettu • a *. ’ 30 kalsiumhydroksidi-pulveri. Tyypillinen sammutusaika on noin 1 tunti.

• a a ' 1 Tätä kaupallisesti ja vakiintuneella menetelmällä aikaansaatua kalkkia on käytetty kaik- 103964 2 kialla saostetun kalsiumkarbonaatin valmistamiseen ja mitä ilmeisemmin on pidetty itsestään selvyytenä, että lähtöraaka-aine on sellaisenaan soveltuva ja muita vaihtoehtoja ei ole käytettävissä.

5 Käytettäessä sammutettua kalkkia hienojakoisen pigmentin muodostukseen, esim. saostetun kalsiumkarbonaatin valmistamiseen (PCC), on havaittu tällä kalsiumhydroksidin partikkelikoolla olevan suuren merkityksen. Kuten aikaisemmassa patenttihakemuksessamme olemme esittäneet (ks. FI-patenttihakemus 950411), tulee paperin pigmenttinä käytettävän PCC:n valmistukseen käyttää kalsiumhydroksidia, jonka partikkelikoko on 10 pienempi kuin 3 pm. Tällainen partikkelikoko saavutetaan esim. iskusekoittimella.

Esillä olevan keksinnön yhteydessä on nyt yllättäen havaittu, että erityisen edulliseen lopputulokseen päästään, jos kalsiumoksidi sammutetaan ja märkäjauhetaan iskujauhi-messa, jota käytetään siten, että kehänopeusero on yli 50 m/s. Tällöin voidaan tuottaa 15 kalsiumhydroksidia, jonka hydrataatioaste heti iskusekoittimen jälkeen on yli 80 % ja joka sammuu oleellisesti kokonaan 5 minuutissa. Kehänopeuserolla tarkoitetaan tässä yhteydessä iskusekoittimen vierekkäisten, vastakkaisiin suuntiin pyörivien jauhatuskehien pyörimisnopeuden eroa. Jauhatuksessa syntyy eri kokoisia rakeita, ja karkea osuus erotetaan luokitusosassa ja palautetaan iskujauhimeen. Tuloksena saadaan hienojakoista kalsium-:": 20 hydroksidia, jonka parikkelikoko 99 %:sesti on pienempi kuin 3 pm.

• · i *: " Keksinnössä on edelleen havaittu, että alle 3 pm:n partikkelit mitä ilmeisemmin koostuvat ...: suuresta määrästä vielä pienempiä partikkeleita tai ovat ainakin hajotettavissa tällaisiksi • · t ' · ··' partikkeleiksi taloudellisesti. Niinpä keksinnön edullisen sovellutusmuodon mukaisesti

Ml • · ’ ·' ’ 25 saadaan aikaan sammutettua kalkkia uudella monivaiheisella menetelmällä, jonka ensim-.,. mäisessä vaiheessa, noin 0,1 sekunnin aikana, saadaan kalkista sammumaan noin 80 III "* • · · "... %:sesti. Loput sammumisesta saadaan aikaan seisottamalla tai sekoittamalla kalkkia • · I * « « · vesilietteenä ja ajamalla sammumaton karkea osa, joka laskeutuu pohjaan, uudestaan • Il ;;; ainakin kerran alla kuvattavan sammuttimen lävitse.

30 φ « • 4 « *· Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle menetelmälle on pääasiallisesti tunnus- ’ · · ’ omaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

3 103964

Keksinnön mukaiselle tuotteelle on puolestaan tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 8 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnöllä saavutetaan huomattavia etuja. Niinpä märkäjauhatus avaa uusia partikkeli-ja 5 kidepintoja, jotka ovat erittäin reaktiivisia, jolloin päästään sammutusaikaan 90 % alle 1 min. Alle 5 minuutissa sammutus on tapahtunut ja kalsiumhydroksidia voidaan käyttää jatkoprosessissa, esim. PCC:n (saostetun kalsiumkarbonaatin) valmistukseen.

Keksintöä ryhdytään seuraavassa lähemmin tarkastelemaan yksityiskohtaisen selostuksen 10 ja oheisen piirustuksen avulla. Kuviossa on esitetty keksinnössä käytettävän laitteiston periaatekuva.

Keksinnön mukainen laitteisto käsittää poltetun kalsiumoksidin syöttösuppilon 1, josta kalsiumoksidia syötetään hihnakuljettimella 2 annostelulaitteeseen 3. Annostelulaitteelta 15 kalsiumoksidia syötetään yhdessä vesisäiliöstä 4 saatavan veden kanssa iskujauhimen 5 syöttösuppiloon 6. Kalkki sammutetaan veden kanssa syöttämällä kalkkiliete sanottuun nopeasti pyörivään iskujauhimeen 5, jossa on vastakkaisiin suuntiin pyöriviä siipikehiä ja jossa kehänopeuserot saattavat olla jopa luokkaa 200 m/s, tyypillisesti kuitenkin noin 100 m/s. Tyypillisessä tällaisessa laitteessa on 3 - 7 kehää, joista 2-4 pyörii samalla akselilla -;" j 20 samaan suuntaan ja joka toinen kehä eri akselilla toiseen suuntaan. Sammutettava ' ·kalsiumoksidipartikkeli joutuu kulkemaan moneen suuntaan kiihtyvän sekoittimen siipiin useasti törmäävän polun lävitse, joka matka kestää vain <0,1 s. Tyypillisessä täyden .. ’ ·' mittakaavan toiminnassa massavirtaan kohdistettava iskuteho on esim. 47 kW, *. i. * radiaalileikkausvoima on noin 19 kW ja väliainekaasussa kehitetään 100 kW:n turbulenssi, *·' 25 kun laitteen tyhjäkäyntiteho on 40 kW.

Ml « · « • · · ;.. Tässä prosessissa hydratoituva partikkeli kuoriutuu jatkuvasti ja partikkelin ytimestä • t · « · · ' '. vapautuu hydratoitumatonta paljasta oksidipintaa, joka sinällänsä reagoi veden kanssa ';; ·' erittäin nopeasti. Kun edelleen tiedetään, kuinka suuri määrä lämpöä vapautuu • a ';' 30 kalsiumoksidin hydrataatiossa, on ilmeistä, että iskujauhamisella aikaansaatu nopea ’ · hydrataatio edelleen kiihtyy, koska vapautuva lämpö ja partikkelin pinnassa oleva suuri ‘ ’ lämpötilaero partikkelinytimeen verrattuna edelleen kuorivat ja hydratoitunutta 4 103964 kalsiumhydroksidia pois oksidin pinnasta.

Edellä kuvattu kuorimismekanismi tuottaa jo käsitteellisesti, mutta ennenkaikkea mittauksilla todennettuna erittäin pienen partikkelikoon omaavaa kalsiumhydroksia.

5

Iskujauhimeen syötetään kalsiumoksidi ylimääräisen veden kanssa, jolloin edullisesti muodostetaan vesiliete, jonka kuiva-ainepitoisuus on noin 5 - 40 %. Veden “ylimäärällä” tarkoitetaan sitä, että vettä on poltetun kalkin sammutukseen tarvittavaa stoikiometrista vesimäärää suurempi määrä.

10

Saatava vesiliete, joka käsittää sammutetun kalkin vesisuspension, seisotetaan ainakin jonkin aikaa seisotusastiassa 7. Tyypillisesti kalsiumhydroksidia sisältävää vesisuspensiota seisotetaan 1 - 60 min, edullisesti noin 5-20 min. Sammutus voidaan varmistaa noin 5 minuutin jälkisekoituksella. Tällöin saadaan erittäin hienojakoinen tuote, jonka partik-15 keleistä yli 99 % on pienempiä kuin 3 pm ja partikkelikoko-jakauman maksimi on välillä 0,1 - 0,5 pm.

Koska sammutetun kalkin liukoisuus veteen on vain noin 2 g/litra, tarkoitetaan tässä kalsiumhydroksidipartikkelien koolla vesisuspensiossa olevan liukenemattoman kiinteän 20 partikkelin kokoa, sen keskimääräisen halkaisijan likiarvolla ilmaistuna.

’ · * * · Kuten yllä todettiin, syntyy sammutukseen tuotteeseen raekokojakauma. Karkeat painavat, • · « sammuttamattomat tai hajoamattomat partikkelit kierrätetään takaisin iskujauhimeen.

• · < * · · · ’ Käytännössä tämä tapahtuu siten, että partikkelien annetaan laskeutua seisotusastiassa 7, • * · * ' 25 mistä ne poistetaan alakautta ja palautetaan linjaa 8 pitkin iskujauhimeen 5. Astiassa 7 tapahtuva luokitus voidaan suorittaa säätämällä nestevirtausnopeutta, eli muuttamalla • · · • · · λ. luokituksen alitteen virtausnopeutta voidaan lajiteltua erottimen alitetta kierrättää yhdessä • · * • t syötteen kanssa uudelleen iskujauhimen lävitse.

’ ” 30 Tuotetta voidaan käyttää saostettujen kalsiumkarbonaattipigmenttien valmistamiseen.

• « · ' ' Tämän keksinnön mukaisella menetelmällä tuotettu hydratoitu kalsiumoksidi ja saatu tuote 103964 5 soveltuvat erittäin hyvin saostettujen PCC partikkeleiden tuottamiseen, oli tuotantomenetelmä joko perinteinen savukaasuilla tai muulla hiilidioksidirikkailla kaasuilla saostami-nen, tai kaustisointireaktion avulla liukoisista karbonaateista saatava tuote. Tuotetta voidaan myös käyttää kalsiumkarbonaatti-pigmentin valmistamiseen silloin, kun karbonaatti-; 5 ionin lähde on liukoinen karbonaatti, kuten ammonium-, natrium- tai kaliumkarbonaatti.

Seuraava ei-rajoittava sovellutusesimerkki havainnollistaa keksintöä:

Esimerkki 10

Sammuttamaton kalkki, kooltaan < 20 mm iskujauhettiin laitteessa, jonka käyttövoimana oli 2 x 20 kW sähkömoottoreita ja kehänopeudet uloimmalla kehällä 45,4 m/s ja sisem-mällä kehällä 38,5 m/s ja syöttönopeus CaO 750 kg/h ja vettä 6000 kg/h. Tämä seos ajettiin kerran kuvatun iskusekoittimen lävitse, annettiin seistä ja lopun reagoida 5 min.

15 Tämän ajon jälkeen, kun kalkkiliete tuli ulos sekoittimesta, hydrataatioaste oli 85 % ja 5 min säilytyksen jälkeen normaalisäiliössä 100 %. Poltettu kalkki märkäjauhettiin ja sammutettiin siten samanaikaisesti.

Saatiin aikaan Ca(OH)2 jonka kuiva-ainepitoisuus oli 12,5 % ja 99 % partikkeleista oli < 3 . - 20 mikronia kooltaan. Hyvin tyypillinen partikkelikoko oli 0,1-1 mikronia.

‘“ i Kokeita suoritettiin useita kymmeniä eri sekoitusnopeuksilla ja välillä toteutetuilla seison- tajaoilla.

• • 4 · • 44 • · · • « · *.’ 1 25 Yhdellä ainoalla ajokerralla saatiin partikkelikokoja 0,1 - 4 mikronia, joissa 0,1 oli vallitseva. Neljä kertaa läpi ajamalla saatiin partikkelikoko jakautuma 0,1 - 0,5 mikronia ja • · · hydrataatioaste 100 %.

* · 4 · 6 103964

Patenttivaatimukset 1. Menetelmä hienojakoisen sammutetun kalkin valmistamiseksi, jonka menetelmän mukaan 5 - kalsiumoksidi johdetaan yhdessä ylimääräisen veden kanssa suuren leikkausnopeu den omaavaan iskujauhimeen, jossa se sammutetaan vedellä Jolloin saadaan kal-siumhydroksidia sisältävä vesisuspensio, tunnettu siitä,että - kalsiumoksidi sammutetaan iskujauhimessa, jota käytetään siten, että kehänopeus- 10 ero on yli 50 m/s, sellaisen kalsiumhydroksidin valmistamiseksi, jonka hydrataatio- aste iskusekoittimen jälkeen on yli 80 % ja joka sammuu oleellisesti kokonaan 5 minuutissa, - kalsiumhydroksidia sisältävää vesisuspensiota seisotetaan ja - vesisuspension laskeutuva osa johdetaan uudelleen iskujauhimen lävitse.

15 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n n e 11 u siitä, että kalsiumhydroksidia sisältävää vesisuspensiota seisotetaan 1 - 20 min.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että seisotettavan » « i • ',; 20 vesisuspension kuiva-ainepitoisuus asetetaan arvoon 5 - 40 paino-%.

« « I I l I f ··" 4. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vesisus- * * * *;;;* pension laskeutuva osa johdetaan uudelleen iskujauhimen lävitse muuttamalla luokituksen i · I • · · alitteen virtausnopeutta.

.. 25 • · • · · ]···. 5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että i · i * , tuotetta käytetään saostettujen kalsiumkarbonaattipigmenttien valmistamiseen.

• · • « •# 6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että « · · ‘.''. 30 tuotetta käytetään kalsiumkarbonaatti pigmentin valmistamiseen silloin, kun karbonaatin « · · « · · lähde on savukaasu tai hiilidioksidirikas muu kaasu tai puhdas hiilidioksidi.

103964 7 7. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tuotetta käytetään kalsiumkarbonaatti pigmentin valmistamiseen silloin, kun karbonaatti-ionin lähde on liukoinen karbonaatti, kuten ammonium-, natrium- tai kaliumkarbonaatti.

5 8. Erittäin hienojakoinen sammutettu kalkki, tunnettu siitä, että se on valmistettu jonkin patenttivaatimuksen 1 - 7 mukaisen menetelmän avulla.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen kalkki, tunnettu siitä, että sen partikkeleista yli 99 % on pienempiä kuin 0,3 pm.

• · « » ·

Ml t

• · I

• · · • · · • « · • · ·

• M

* · · · • · · » · ·

• I I

• ·