FI105179B - Menetelmä ja laitteisto saostetun kalsiumkarbonaatin valmistamiseksi - Google Patents

Menetelmä ja laitteisto saostetun kalsiumkarbonaatin valmistamiseksi Download PDF

Info

Publication number
FI105179B
FI105179B FI971161A FI971161A FI105179B FI 105179 B FI105179 B FI 105179B FI 971161 A FI971161 A FI 971161A FI 971161 A FI971161 A FI 971161A FI 105179 B FI105179 B FI 105179B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
carbon dioxide
calcium carbonate
gas
turbulence
calcium
Prior art date
Application number
FI971161A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI971161A0 (fi
FI971161A (fi
Inventor
Pentti Virtanen
Original Assignee
Fp Pigments Oy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fp Pigments Oy filed Critical Fp Pigments Oy
Publication of FI971161A0 publication Critical patent/FI971161A0/fi
Priority to FI971161A priority Critical patent/FI105179B/fi
Priority to CN98805284A priority patent/CN1094900C/zh
Priority to PCT/FI1998/000244 priority patent/WO1998041475A1/en
Priority to AU65014/98A priority patent/AU747174B2/en
Priority to DE69815510T priority patent/DE69815510T2/de
Priority to ES98910757T priority patent/ES2201461T3/es
Priority to AT98910757T priority patent/ATE242752T1/de
Priority to CA002284224A priority patent/CA2284224C/en
Priority to US09/381,230 priority patent/US6416727B1/en
Priority to EP98910757A priority patent/EP0968134B1/en
Publication of FI971161A publication Critical patent/FI971161A/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI105179B publication Critical patent/FI105179B/fi

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J19/2405—Stationary reactors without moving elements inside provoking a turbulent flow of the reactants, such as in cyclones, or having a high Reynolds-number
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J19/245—Stationary reactors without moving elements inside placed in series
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
    • C01F11/00—Compounds of calcium, strontium, or barium
    • C01F11/18—Carbonates
    • C01F11/181—Preparation of calcium carbonate by carbonation of aqueous solutions and characterised by control of the carbonation conditions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
    • C09C1/02—Compounds of alkaline earth metals or magnesium
    • C09C1/021—Calcium carbonates
    • C09C1/022—Treatment with inorganic compounds
    • C09C1/024—Coating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00177—Controlling or regulating processes controlling the pH
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/30—Particle morphology extending in three dimensions
    • C01P2004/32—Spheres
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/60—Particles characterised by their size
    • C01P2004/62—Submicrometer sized, i.e. from 0.1-1 micrometer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/60—Particles characterised by their size
    • C01P2004/64—Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/80—Particles consisting of a mixture of two or more inorganic phases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/60—Optical properties, e.g. expressed in CIELAB-values

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
  • Pigments, Carbon Blacks, Or Wood Stains (AREA)

Description

105179
Menetelmä ja laitteisto saostetun kalsiumkarbonaatin valmistamiseksi
Esillä oleva keksintö koskee patenttivaatimuksen 1 johdannon mukaista menetelmää 5 saostetun kalsiumkarbonaatin (PCC) valmistamiseksi.
Tällaisen menetelmän mukaan kalsiumhydroksidi karbonoidaan kaasumaisella hiilidioksidilla.
10 Keksintö koskee myös patenttivaatimuksen 13 johdannon mukaista laitteistoa karbonointireaktion suorittamiseksi.
Saostettua kalsiumkarbonaattia käytetään paperin täyteaineeksi ja pinnoitteeksi. Muita käyttökohteita ovat maalit, muovit, elintarviketeollisuus, lääketeollisuus jne.
15 PCC.tä voidaan valmistaa kaustisointimenetelmällä ja karbonointireaktiolla. Kaustisointi-menetelmässä kalsiumoksidi sammutetaan, jolloin muodostuu kalsiumhydroksidia, joka sitten saatetaan reagoimaan natriumkarbonaatin kanssa nestefaasissa. Reaktiosta saadaan lipeää, NaOH, joka jää liuosfaasiin, ja kalsiumkarbonaattia, joka saostuu. Molemmat 20 tuotteet otetaan talteen ja viedään jatkokäsittelyyn.
• ·
Karbonointimentelmässä kalkin sammutuksesta saatavan kalsiumhydroksidilietteen annetaan reagoida kaasumaisen hiilidioksidin kanssa. Tyypillisesti tämä suoritetaan siten, että Ca(OH)2 -seokseen, jonka kiintoainemäärä on noin 20 %, syötetään savukaasusta peräisin 25 olevaa hiilidioksidipitoista kaasua, jonka C02 pitoisuus on noin 20 - 40 %. C02-kaasu . puhalletaan tällöin Ca(OH)2 -vesiliuokseen, jolloin kaasu hajoaa kupliksi ja näissä oleva * hiilidioksidi liukenee ympärillä olevaan veteen. Muodostuu karbonaatti-ioneja, jotka rea- . goivat Ca2+-ionien kanssa, jolloin saadaan kalsiumkarbonaattia, joka saostuu liuoksesta.
30 Täydellisyyden vuoksi voidaan mainita, että kalsiumhydroksidia saatetaan reagoimaan hiilidioksidin kanssa myös muissa yhteyksissä kuin pelkästään PCC:n valmistuksessa.
2 105179 Näitä tapauksia ovat mm. savukaasujen rikinpoistoja pesu savukaasunpesimissä.
Tunnettuihin PCC:n valmistusratkaisuihin liittyy eräitä huomattavia epäkohtia. Niinpä perinteisellä kaustisointimenetelmällä on ongelmana PCC:n joukossa olevat jäännössuolat.
5 Toisaalta, kun PCC tuotetaan tavanomaisilla hiilidioksidin karbonointimenetelmillä, epäkohtana on reaktion tarvitsema pitkä karbonointiaika, tyypillisesti 1 - 7 h. Lisäksi tuotetut PCC-kiteet ovat erikokoisia ja niiden hiukkaskoko vaihtelee varsin laajalla alueella.
Tunnetuissa ratkaisuissa on myös ollut ongelmallista saada aineensiirto-olosuhteet niin 10 tehokkaiksi, että nukelaatio olisi nopea ja syntyisi yhtä aikaa paljon kidealkioita, joista kasvaisi paljon pieniä kiteitä.
Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on poistaa tunnettuun tekniikkaan liittyvät epäkohdat ja saada aikaan aivan uudenlainen ratkaisu saostetun kalsiumkarbonaatin valmistami-15 seksi sammutetusta kalkista ja hiilidioksidikaasusta.
Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että karbonointi suoritetaan voimakkaan turbulenssin alaisena turbulenssivyöhykkeessä siten, että hiilidioksidikaasu saatetaan reagoimaan kal-siumhydroksidin partikkelien summittaisten nestepisaroiden välityksellä. Reaktiossa saate-20 taan siten kaasu-, neste- ja kiintoainepartikkelit samanaikaisesti voimakkaan turbulenssin ja suuren energiaintensiteetin alaisina kosketuksiin toistensa kanssa. Kaasuvirta imee nesteen ja partikkelit ja muodostaa turbulenttisen kolmefaasiseoksen. Keksinnön mukaista ratkaisua voidaan myös kutsua “kolmefaasi” -menetelmäksi, koska läsnä on samanaikaisesti kolme faasia, joista kaasufaasi muodostaa reaktioväliaineen.
25 ,· Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle menetelmälle on pääasiallisesti tun nusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.
»
Keksinnön mukainen laitteisto käsittää ainakin kaksi sarjaan järjestettyä tappimyllyä, joissa 30 on yksi tai useampi pyöritettävä siipikehä, jolla voidaan kohdistaa suuri energiaintensiteetti laitteeseen syötettävään materiaaliin. TappimyHyistä ensimmäinen on varustettu ainakin sammutetun kalkin ja hiilidioksidin syöttöyhteellä sekä reaktiotuotteen poistoyhteellä ja 105179 3 toinen on varustettu edellisestä tappimyllystä saatavan tuotteen syöttöyhteellä ja reaktio-tuotteen poistoyhteellä. Tappimyllyjen pyörivien siipikehien tai siipikehäryhmien väliin voidaan syöttää kaasua tai seosnestettä. Tappimyllyt on yhdistetty toisiinsa putkilla, jotka haluttaessa voidaan varustaa seosnesteiden syöttöyhteillä.
5 Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle laitteistolle on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 13 tunnusmerkkiosassa.
Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja. Niinpä kalsiumhydroksidin karbonointi 10 tapahtuu erittäin nopeasti. Reaktion viipymäaika on jopa alle 1 sekunnin. Suuren energia-intensiteetin vuoksi karbonointi voidaan suorittaa korkeassa kiintoainemäärässä (jopa 40 - 60 p-%).
Keksinnöstä saatava kalsiumkarbonaatti on tasalaatuista; tuotetun PCC:n halkaisijat voivat 15 olla esim: 20 - 30 nm, 30 - 50 nm ja 50- 100 nm, eli yleisesti alueella 20 -100 nm, tavallisesti 30 - 100 nm. Valmistettuja pieniä PCC-partikkeleita voidaan käyttää eri tavalla: yhdistämällä ne van der Waalsin voimin isommiksi pigmenttipartikkeleiksi saadaan partikkeliagregaatteja, jotka sisältävät 10-30, tyypillisesti noin 15-20 toisiinsa liittyvää partikkelia. Näiden partikkeliryppäiden muodostus voidaan tehdä asettamalla pH-arvo 20 alueelle 6,2 - 10,8, jolla partikkelien Z-potentiaali on mahdollisimman pieni. Partikkeleilla voidaan myös pinnoittaa muita pigmenttejä, kuten kaoliinia, liitua, talkkia tai titaanidioksidia. Pinnoitus voidaan tehdä syöttämällä pinnoitettavat pigmentit esimerkiksi vesilietteen muodossa yhdessä kalsiumhydroksidin ja hiilidioksidin kanssa keksinnön mukaiseen laitteistoon ja tarvittaessa asettamalla pH-arvo sopivalle alueelle esim.
25 syöttämällä happoa valmistustuksen aikana tappimyllylaitteistoon.
Keksinnön avulla voidaan aikaansaada aivan uudenlaisia tuotteita, joilla on kuorimainen • rakenne. Erityisen edullisesti saostetut partikkelit ovat kooltaan 30 - 100 nm ja muodoltaan pallomaisia, jolloin ne muodostuvat yhdestä tai useammasta kuorimaisesta kerroksesta.
30 4 105179
Karbonointi on jaettu useampaan (esim. 3 - 7) eri prosessivaiheeseen. Kalsiumkarbonaatin konversio kasvaa vaihe vaiheelta; kalsiumkarbonaatin kuiva-ainepitoisuuden mukaan se on yleensä 3 tai 4 vaiheen jälkeen jo lähellä 100. Jakamalla menetelmä vaiheisiin voidaan myös CaC03 -partikkelin eri kerroksiin lisätä seosaineita, jotka vaikuttavat mm. tuotteen 5 opasiteettiin ja happamuuden kestoon. Esimerkkinä voidaan mainita useampivaiheisella menetelmällä valmistettu tuote, jossa syntyneissä partikkeleissa on sydänkerros, joka koostuu kalsiumkarbonaatista, muutama kuorikerros, jotka koostuvat vuorottelevasti kal-siumfosfaatista ja kalsiumkarbonaatista ja pintakerros, joka esim. on kalsiumfosfaattia. Tällaisella rakenteella saadaan parannetuksi kalsiumkarbonaattipartikkelien haponkestä-10 vyyttä. Lisäksi eri kerrosten taitekertoimen poikkeamat parantavat opasiteettia verrattuna pelkkään CaC03 -partikkeliin.
Keksintöä ryhdytään seuraavassa lähemmin tarkastelemaan yksityiskohtaisen selostuksen, oheen liitettyjen piirustusten ja sovellutusesimerkkien avulla.
15
Kuvioissa la ja Ib on esitetty yksinkertaistettuna sivukuvantona ja vastaavasti yläkuvanto-na neljästä Saijaan kytketystä tappimyllystä koostuvan laitteiston periaatteellinen rakenne. Kuviossa 2 on esitetty tappimyllyn leikkaus sivukuvantona ja kuvioissa 3 ja 4 on esitetty 1 - ja vastaavasti 2-roottorimyllyjen leikkaukset yläkuvantoina.
20
Keksinnön mukaisesti on todettu, että aineensiirto-olosuhteet karbonointireaktiossa voidaan saada erittäin tehokkaiksi kaasufaasissa. Koska kaasun tiheys on pienempi kuin nesteen, kaasufaasissa saadaan aikaan sama sekoituksen intensiteetti käyttämällä vain noin 1/1000 siitä energiamäärästä, jota nestevaiheessa jouduttaisiin käyttämään.
25 ,· Esillä olevan keksinnön mukaan karbonointiprosessi suoritetaan aerosoli vaiheessa, eli kaasuvaiheessa, johon on dispergoitu vesipisaroita, jotka pisarat sisältävät pääsääntöisesti reagenssinä Ca(OH)2:ta. Kun tällainen sumu saatetaan nopeasti pyöritetyssä virtaus-kanavassa yhä uudelleen törmäämään liike-energian antavaan toimilaitteeseen tai sen 30 avulla muodostettuun kaasupyörteeseen, uudistuu pinta jatkuvasti ja näin saadaan aikaan suuri nukleaationopeus ja lopuksi suuri määrä pieniä partikkeleita.
5 105179
Keksinnön mukaan C02-kaasu saatetaan siksi voimakkaaseen turbulenssiin, jonka energi-aintensiteetti on > 1.000 kW / m3. Tähän tilaan syötetään Ca(OH)2-liuosta, jonka kiinto-ainemäärä on < 70 % - sopivimmin välillä 5-50 %. Ca(OH)2-liuoksen/lietteen tilavuus-osuus laitteiston kaasutilavuudesta on pieni, tyypillisesti pienempi kuin 1 %, edullisesti 5 noin 0,1 - 5 %o. Esimerkkinä voidaan mainita, että laitteeseen, jonka kaasutilavuus on noin 40.000 cm3, voidaan syöttää noin 10 - 200 cm3, edullisesti noin 50 - 150 cm3, kalsium-hydroksidilietettä ja tähän aerosoliin kohdistetaan noin 2.000 kW:n energia neliömetriä kohti.
10 Turbulenssissa vesipisarat muuttuvat sumuksi ja niiden pinta-ala kasvaa, jolloin C02 liuke nee nopeasti veteen. Sumumainen vesi ja partikkelin pinnassa diffusiokerroksessa oleva vesi vuorovaikuttavat tehokkaasti. Veden pieni pisarakoko tuottaa siksi paljon kontaktipinta-alaa ja nopeuttaa liukenemista. Partikkelit törmäilevät toisiinsa ja saavat aikaan lämpötilahuippuja, jotka nopeuttavat osaltaan reaktiota. Niinpä neljän turbulenssivaiheen 15 jälkeen on 100 %:nen karbonoituminen tapahtunut 20 %:sella CaC03 -liuoksella.
Veteen imeytettyjen lähtöaineiden reaktiot ovat käänteisiä, mikä tarkoittaa sitä, että ne tapahtuvat kumpaankin suuntaan aina sen mukaan, mitä esiintymismuotoja reaktiossa kulutetaan.
20
Turbulenssin tuottamiseen eli turbulenssi vyöhykkeenä käytetään mitä tahansa laitetta, jolla voidaan tuottaa korkea energiaintensiteetti kaasutilavuuteen. Edullisesti laite on nk. tappi-mylly tai vastaava laitetta (isku-sekoitin) tai helmimylly. Edullinen laite on kuvattu esim. WO-hakemusjulkaisussa 96/23728. Kyseinen laite on pääsääntöisesti täytetty reagenssi-25 kaasulla ja siinä on vain pieniä tilavuuksia esim. neste- tai kiintoainefaasissa olevia aineita.
- ·; Ehto voidaan toteuttaa myös esim. levy- tai kartiojauhimessa, jotka on rakennettu aivan eri tehtävää varten.
Turbulenssi voidaan synnyttää yhdessä tai useammassa laitteessa. Erityisen edullista on 30 suorittaa reaktio monessa sarjaan järjestetyssä (peräkkäisessä) sekoittajassa, jolloin sama jatkuva reagenssifilmin pinnan uudistuminen tapahtuu yhä uudestaan ja uudestaan.
, 105179 6
Keksinnön mukaan on todettu, että erityisen hyviin tuloksiin päästään, jos reaktioon tuodaan mahdollisimman puhdasta hiilidioksidikaasua. Miuluummin C02-kaasun puhtauden tulisi olla yli 90 %. Vastaavasti edullisiin tuloksiin päästään, kun Ca(OH)2-partikkelien koko on < 1 pm 0. Käytettävän veden tulisi sisältää vähän tai ei lainkaan Fe, Mn ym.
5 metalleja.
Kuvioissa la ja Ib on esitetty keksinnön mukainen laitteisto, jossa tukevan rungon 1 varaan on jäljestetty neljä tappimyllyä 2-5, jotka on kytketty Saijaan. Tappimyllyt voivat olla esim. 1- ja/tai 2-roottorisekoittajia. Kunkin tappimyllyn 2-4 poistoputki 10 -13 on 10 yhdistetty seuraavan tappimyllyn syöttöyhteeseen 7-9. Lähtöaineiden eli sammutetun kalkin ja hiilidioksidikaasun syöttö tapahtuu ensimmäisen tappimyllyn syöttöyhteen 6 kautta. Syntynyt fluidi siirtyy ulkokehältä keskipakovoiman ja alipaineen avulla seuraa-vaan sekoittajaan 3 ja niin edelleen seuraaviin sekoittajiin 4,5. Tappimyllyjä käytetään käyttöelinten 14-17 avulla.
15
Viimeisen tappimyllyn 5 poistoputki 13 on sovitettu kaasunerotussäiliöön tai pumppaussäi-liöön 18. Pumppaussäiliössä 18 fluidi erottuu CaC03-seokseksi sekä kaasuksi, joka on pääasiassa C02 ja vesihöyryä. C02 -kaasu palautetaan pumpun 18 ja kierrätyslinjan 20 kautta laitteiston ensimmäiseen sekoittajaan 6 takaisin uudelleen prosessissa käytettäväksi. 20 Säiliöstä poistetaan tuote poistoyhteen 21 ja pumpun 22 avulla. CaC03-seos on joko sel-• ' laisenaan tai jälkikäsittelyn jälkeen käytettävissä pigmenttinä.
Laiteyhdistelmän etu on että karbonoinnin eri välivaiheissa voidaan turbulenssiin syöttää seosaineita. Niinpä sekoittajien välisiin yhdysputkiin (eli tappimyllyjen poistoputkiin 10 -25 13) voidaan syöttää lisää C02-kaasua ja seosaineita.
Laitteisto voidaan saadaan aikaan myös yhtenä laitteena siten, että rakennetaan halkaisijaltaan esimerkin mukaisesta useampikehäinen roottori ja seosaineet syötetään staattorien kohdista sekoituskammioon.
Kuvissa 2 - 4 on esitetty käytettävän tappimyllyn poikkileikkaus sivu-ja vastaavasti yläku-vantoina. Tappimyllyssä on matalahko rumpu 31, jonka yläosaan on jäljestetty syöttöauk- 30 7 105179 ko (syöttöyhde) 32. Rummun sisään on sovitettu yksi tai useampi siipikehä eli jauhatuske-hästö 33, 34, joista ainakin toinen on laakeroitu pyöritettäväksi. Toinen jauhatuskehästö on staattisesti asennettu tai pyöritettävissä. Jauhatuskehästöjen tasomaiset kehälevyt on varustettu kohtisuorilla tapeilla 35. Kuviossa 3 on esitetty 2-kehäinen tappimylly, jossa molem-5 mat jauhatuskehästöt ovat pyöritettävissä ja kuviossa 4 on esitetty ratkaisu, jossa pyöritet tävän tappikehästön välissä on staattorit Joissa on pystysuorat jauhatustapit.
Kuten kuviosta 2 käy ilmi, jauhatuskehästöjen välinen sola voidaan muodostaa radiaali-suunnassa laajenevaksi.
10
Jauhatusrumpuun on edelleen sovitettu tangentiaalinen poistoputki 36.
Tiheällä katkoviivoituksella on osoitettu käsiteltävän kiintoaineksen/nesteen kulku tappi-myllyn läpi.
15
Kuten edellä todettiin, saavutetaan erityisiä etuja jäljestämällä useita turbulenssivyöhykkei-tä sarjaan. Nämä voidaan kuitenkin korvata yhdellä ainoallakin tappimyllyllä. Niinpä 3-sekoittajayhdistelmää vastaava laitteisto saadaan 1400 0 roottori - staattori yhdistelmällä, jossa on 11-15 kpl pyöriviä siipikehiä. Vaihtoehtoisesti voidaan yhdistää 1 kpl 20 2-roottori-sekoittaja, jossa 5 kehää, ja 1 kpl 1-roottori-sekoittaja, jossa 10 kehää. Tällaises- - sa yhdistelmässä 2-roottorisekoittaja tekee fluidin ja 1 -roottorisekoittaja jatkaa fluidin käsittelyä.
Keksinnön mukaista laitteistoa voidaan sekä käyttää kalsiumkarbonaatin valmistukseen 25 että kalsiumkarbonaatin ja muiden pigmenttien modifiointiin. Jälkimmäisessä tapauksessa . pigmenttejä voidaan esim. päällystää PCC-partikkeleilla, millä parannetaan pigmenttien optisia ominaisuuksia. Erään edullisen sovellutusmuodon mukaan karbonointireaktioon tai * pigmenttien modifiointiin syötetään mukaan seosaineita. Esimerkkeinä sopivista seosaines ta mainittakoon (NaP03)6, fosforihappo - heksameta-, pyro-, tripoly-, poly- tai 30 ultrafosforihappo, alumiini T, alumiinin piihapon kloridia tai fluoridia, alumiinisulfaattia. Seosaineet voidaan syöttää kaasumaisina reaktoriin.
8 105179
Esimerkkinä voidaan mainita sovellutusmuoto, jossa kalsiumkarbonaatin haponkestävyyttä halutaan parantaa. Tällöin laitteistoon syötetään hiilidioksidin lisäksi myös fosforihappoa, H3PO4, (tai jotain fosforihappojohdannaista), joka kaasutetaan. Kiintoaineena voidaan käyttää kalsiumhydroksidia, joka samalla karbonoidaan, tai laitteistolla aikaisemmin val-5 mistettu kalsiumkarbonaattia, joka siten päällystetään laitteistossa syöttämällä se uudelleen laitteiston läpi yhdessä seosaineiden kanssa. Molemmilla tavoilla voidaan käsitellä muitakin pigmenttejä.
Ensimmäinen vaihtoehto: H3P04 kaasu 10 H20 vesi
CaC03 partikkeli
Toinen vaihtoehto: C02 -kaasu 15 Ca(OH)2 + H20 -seos
Pulveri tai pulveri + vesi -seos - kaoliini - titaanidioksidi - liitu (CaC03) 20 - jauhettu kalkkikivi • - CaC03 (saostettu CaC03 (PCC))
Edelliseen lisätään lisäainetta prosessin välivaiheessa, jolloin saadaan syntymään CaC03:sta opasiteetti-ja happamuuden kesto-ominaisuuksiltaan poikkeavia tuotteita.
25
Syntyneissä partikkeleissa on esim.
Sydänosa CaC03 »
Kerros Ca3(P04)2 30 Kerros CaC03
Pinta Ca3(P04)2 9 105179
Eri kerrosten taitekertoimen poikkeamat parantavat opasiteettia verrattuna pelkkään CaC03 -partikkeliin nähden.
Seuraavat esimerkit havainnollistavat keksintöä keksinnön suojapiiriä rajoittamatta. Esi- 5 merkit suoritettiin kuvion 1 mukaisessa laitteistossa, jossa turbulenssitilassa yleensä oli läsnä: kaasu 40.000 cm3 neste 80 cm3 partikkelit 20 cm3 10
Esimerkki 1
Reaktio Ca(OH) + C02 -> CaC03 + H20 15
Koekiteet I-roottorisekoittaja energiaintensiteetti 2.000 kW/m3
Kaasu 2 kertaa ekvivalentti määrä C02 - 100 %
Ca(OH)2 -seos kiintoainemäärä 5 % vesi 95 % 20
Taulukko 1
Tulos Aika s Lämpötila °C CaC03 % 25 Lähtö 53 < 10 I- vaihe * 0,04 42 66 II- vaihe * 0,04 42 97 . III-vaihe » 0,04 38 100 ' IV-vaihe = 0,04 35 100 30 < 1 s 105179 10
Esimerkki 2
Reaktio Ca(OH)2 + C02 -> CaC03 + H20
Koelaite 1-roottorisekoittaja, energiaintensiteetti 2000 kW/m3 * 5 Kaasu C02-100% syöttö 2 x ekvivalentti määrä
Ca(OH)2 -seos kiintoaine 10 % vesi 90 %
Taulukko 2 10___
Aika s Lämpötila °C CaC03, % - 40 2\Ö I 0,04 46 59 15 II 0,04 44 90 III 0,04 43 99 IV 0,04 40 100 < 1 s 20
Esimerkki 3
Reaktio Ca(OH)2 + C02 -> CaC03 + H20 • · 25 Koelaite 2-roottorisekoittaja, energiaintensiteetti 3700 kW/m3
Kaasu C02 - 100 % syöttö 2 x ekvivalentti määrä
Ca(OH)2 -seos kiintoaine 20 % vesi 80 % m « 11 105179
Taulukko 3
Aika s Lämpötila °C CaC03 % 5 - 40 < 10 I 0,04 46 41 II 0,04 47 76 III 0,04 47 97 IV 0,04 47 100 10 _
Esimerkki 4 15 Reaktio Ca(OH)2 + C02-> CaC03 + H20
Koelaite 2-roottorisekoittaja, energiaintensiteetti 5500 kW/m3
Kaasu C02 - 100 % syöttö 2 x ekvivalentti määrä
Ca(OH)2 -seos kiintoaine 50 %, vesi 50 % 20
Taulukko 4
Aika Lämpötila °C CaC03 % 25 ’ 50 ^~7Ö I 0,04 45 35 II 0,04 44 64 III 0,04 44 86 IV 0,04 44 98 30 V QJH 44 100 < 1 s 12 105179
Esimerkki 5
Reaktio Ca(OH)2 + C02 -> CaC03 + H20 5 Koelaite 2-roottorisekoittaja, energiaintensiteetti 3700 kW/m3
Kaasu C02 - 25 %, syöttö 2 x ekvivalentti määrä, ilma - 75 %
Ca(OH)2-seos kiintoaine 10 %, vesi 90 %
Taulukko 5 10 _
Aika s Lämpötila °C CaC03 % _ _ < ίο I 0,04 38 25 15 II 0,04 38 38 III 0,04 38 48 IV £LM 39 62 > 1 s 20
Kuten edellä esitetystä taulukosta käy ilmi, ilma C02:n joukossa estää C02:n reagointia Ca(OH)2 -partikkelin kanssa.
«

Claims (16)

1. Menetelmä saostetun kalsiumkarbonaatin valmistamiseksi, jonka menetelmän mukaan kalsiumhydroksidi karbonoidaan kaasumaisella hiilidioksidilla, tunnettu siitä, että 5 karbonointi suoritetaan kaasufaasissa sekoittamalla kalsiumhydroksidia sisältävä nes-tesumu hiilidioksidikaasun kanssa turbulenssissa, jonka energiaintensiteetti on suurempi kuin 1.000 kW/m3.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että nesteen tilavuus on 10 pienempi kuin 1 % kaasun tilavuudesta.
3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hiilidioksidin puhtausaste on ainakin 90 %.
4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hiilidioksidiin ja kalsiumhydroksidiin kohdistetaan energiaintensiteetti, joka on noin 1.100 - 6.000 kW/m3.
5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 20 kalsiumhydroksidin karbonointi suoritetaan useammassa Saijaan kytketyssä turbulenssi- vyöhykkeessä.
6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ainakin yhteen turbulenssivyöhykkeeseen syötetään pigmenttejä, jotka pinnoitetaan tuotettavalla kalsium- 25 karbonaatilla.
7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ainakin yhteen turbulenssivyöhykkeeseen syötetään kaoliinia, titaanidioksidia, liitua, jauhettua kalkkikiveä tai saostettua kalsiumkarbonaattia. 30
8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että karbonointi suoritetaan turbulenssivyöhykkeessä, joka koostuu tappimyllystä. 14 105179
9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että turbulenssivyöhykkeeseen syötetään reaktiivista kaasua, joka on vetyfluoridi, alumiini-kloridi, piihapon kloridi tai fluoridi tai titaanitetrakloridi, kalsiumkarbonaatin modifioi-miseksi. 5
10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että turbulenssivyöhykkeeseen syötetään hiilidioksidin lisäksi fosforihappoa tai fosforihapon johdannaista, joka kaasutetaan.
11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että valmistetaan tuote, joka sisältää sydänkerroksen, joka koostuu kalsiumkarbonaatista, muutamia kuorikerroksia, jotka koostuvat vuorottelevasti kalsiumfosfaatista ja kalsiumkarbonaatista, ja pintakerroksen, joka on kalsiumfosfaattia.
12. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaasua välittävät nestepisarat ovat sumumaisessa muodossa.
13. Laitteisto kalsiumkarbonaatin valmistamiseksi kalsiumhydroksidin karbonoinnilla, jolloin hiilidioksidi saatetaan nestesumun välityksellä reagoimaan kalsiumhydroksidin 20 kanssa, tunnettu siitä, että laitteisto käsittää - ainakin kaksi Saijaan jäljestettyä tappimyllyä (2 - 5), joissa on yksi tai ··> useampi pyöritettävä siipikehä (33, 34), jolla voidaan kohdistaa suuri energiaintensiteetti laitteeseen syötettävään materiaaliin, - ensimmäinen tappimylly (2 - 5) on varustettu ainakin sammutetun kalkin ja 25 hiilidioksidin syöttöyhteellä (6 - 9) sekä reaktiotuotteen poistoyhteellä (10 - ·.: 13>’ ‘ - toinen tappimylly (3 - 5) on varustettu edellisestä tappimyllystä saatavan tuotteen syöttöyhteellä (7 - 9) ja reaktiotuotteen poistoyhteellä (10-13) ja „ - tappimyllyt toisiinsa yhdistävät putket, jotka haluttaessa voidaan varustaa 30 seosnesteiden syöttöyhteillä.
13 105179
14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että tappimyllyihin (2 - 15 105179 5. on järjestetty syöttöyhteet (32), joiden avulla pyörivien siipikehien tai siipikehäryhmien (33, 34) väliin voidaan syöttää kaasua tai seosnestettä.
15. Patenttivaatimuksen 13 tai 14 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että se käsittää 3 5 - 7 kpl sarjaan jäljestettyjä tappimyllyjä (2 - 5).
16. Jonkin patenttivaatimuksen 13-15 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että tappimyllyssä on 2-roottori- ja/tai 1-roottori-staattori-sekoittaja tai sekoittajaryhmä (33, 34). 9 9 16 105179
FI971161A 1997-03-19 1997-03-19 Menetelmä ja laitteisto saostetun kalsiumkarbonaatin valmistamiseksi FI105179B (fi)

Priority Applications (10)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI971161A FI105179B (fi) 1997-03-19 1997-03-19 Menetelmä ja laitteisto saostetun kalsiumkarbonaatin valmistamiseksi
DE69815510T DE69815510T2 (de) 1997-03-19 1998-03-19 Verfahren und vorrichtung zur herstellung von gefälltem calciumkarbonat
PCT/FI1998/000244 WO1998041475A1 (en) 1997-03-19 1998-03-19 Apparatus and process for the preparation of precipitated calcium carbonate
AU65014/98A AU747174B2 (en) 1997-03-19 1998-03-19 Apparatus and process for the preparation of precipitated calcium carbonate
CN98805284A CN1094900C (zh) 1997-03-19 1998-03-19 制备沉淀碳酸钙的设备和方法
ES98910757T ES2201461T3 (es) 1997-03-19 1998-03-19 Aparato y procedimiento para la fabricacion de carbonato calcico precipitado.
AT98910757T ATE242752T1 (de) 1997-03-19 1998-03-19 Verfahren und vorrichtung zur herstellung von gefälltem calciumkarbonat
CA002284224A CA2284224C (en) 1997-03-19 1998-03-19 Apparatus and process for the preparation of precipitated calcium carbonate
US09/381,230 US6416727B1 (en) 1997-03-19 1998-03-19 Apparatus and process for the preparation of precipitated calcium carbonate
EP98910757A EP0968134B1 (en) 1997-03-19 1998-03-19 Apparatus and process for the preparation of precipitated calcium carbonate

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI971161 1997-03-19
FI971161A FI105179B (fi) 1997-03-19 1997-03-19 Menetelmä ja laitteisto saostetun kalsiumkarbonaatin valmistamiseksi

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI971161A0 FI971161A0 (fi) 1997-03-19
FI971161A FI971161A (fi) 1998-09-20
FI105179B true FI105179B (fi) 2000-06-30

Family

ID=8548429

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI971161A FI105179B (fi) 1997-03-19 1997-03-19 Menetelmä ja laitteisto saostetun kalsiumkarbonaatin valmistamiseksi

Country Status (10)

Country Link
US (1) US6416727B1 (fi)
EP (1) EP0968134B1 (fi)
CN (1) CN1094900C (fi)
AT (1) ATE242752T1 (fi)
AU (1) AU747174B2 (fi)
CA (1) CA2284224C (fi)
DE (1) DE69815510T2 (fi)
ES (1) ES2201461T3 (fi)
FI (1) FI105179B (fi)
WO (1) WO1998041475A1 (fi)

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FI105471B (fi) 1997-09-08 2000-08-31 Fp Pigments Oy Menetelmä kalsiumkarbonaattipartikkelien valmistamiseksi
US6994839B2 (en) * 2001-08-15 2006-02-07 Ovonic Battery Company, Inc. Carbonate recycling in a hydrogen producing reaction
US20050163704A1 (en) * 2004-01-23 2005-07-28 Ovonic Battery Company Base-facilitated production of hydrogen from biomass
EP1513771A1 (en) * 2002-06-18 2005-03-16 Specialty Minerals (Michigan) Inc. Process for the production of precipitated calcium carbonate and product produced thereby
US7883681B2 (en) * 2003-05-09 2011-02-08 Meade D Mark Synthetic carbide lime filler composition and method of making
FI120463B (fi) * 2003-07-15 2009-10-30 Upm Kymmene Corp Menetelmä paperin valmistamiseksi ja paperi
FI119563B (fi) * 2003-07-15 2008-12-31 Fp Pigments Oy Menetelmä ja laite paperin-, kartongin- tai muun vastaavan valmistuksessa käytettävän kuitumateriaalin esikäsittelemiseksi
US20050089466A1 (en) * 2003-10-27 2005-04-28 Degenova Mark G. Methods and apparatus for producing precipitated calcium carbonate
CN1304296C (zh) * 2004-04-09 2007-03-14 李卫平 医药级牡蛎碳酸钙的生产方法
FI120032B (fi) 2004-07-13 2009-06-15 Fp Pigments Oy Menetelmä ja laite kalsiumkarbonaattituotteen valmistamiseksi, tuote ja sen käyttö
US7414923B2 (en) * 2005-03-17 2008-08-19 Moschel Kadokura Graphical organizational task timer
FI122360B (fi) 2005-11-18 2011-12-30 Nordkalk Oy Ab Hydrauliseen sideaineeseen perustuva vesisuspensio ja menetelmä sen valmistamiseksi
EP1790615A1 (en) * 2005-11-29 2007-05-30 Trading engineering technologies LLC Device for the preparation of precipitated calcium carbonate
DE602007009124D1 (de) * 2007-12-12 2010-10-21 Omya Development Ag Verfahren zur Herstellung von oberflächenreaktives Fällungskalziumkarbonat
FI124696B (fi) * 2008-03-07 2014-12-15 Fp Pigments Oy Pigmenttipartikkelikoostumus, menetelmä sen valmistamiseksi sekä sen käyttö
US10184097B2 (en) * 2013-02-08 2019-01-22 Ecolab Usa Inc. Protective coatings for detersive agents and methods of forming and detecting the same
WO2015164589A1 (en) 2014-04-23 2015-10-29 Calera Corporation Methods and systems for utilizing carbide lime or slag
EP3275838A1 (en) 2016-07-25 2018-01-31 Omya International AG Production of amorphous calcium carbonate
KR101865484B1 (ko) * 2016-12-23 2018-06-07 영남대학교 산학협력단 다공성 나노 복합체
IT201800007993A1 (it) * 2018-08-09 2020-02-09 Greenbone Ortho Srl Impianto finalizzato alla trasformazione chimica di materiali nello stato 3d
CN111017973B (zh) * 2019-12-18 2022-05-17 东莞理工学院 一种利用超声气溶胶制备中空纳米碳酸钙的方法
CA3168752A1 (en) 2020-02-25 2021-09-08 Arelac, Inc. Methods and systems for treatment of lime to form vaterite
CA3182421A1 (en) 2020-06-30 2022-01-06 Ryan J. Gilliam Methods and systems for forming vaterite from calcined limestone using electric kiln
CN115343125B (zh) * 2022-08-08 2023-04-07 中国地质科学院矿产资源研究所 一种碳酸盐沉淀装置及碳酸盐锂同位素分析方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2081112A (en) * 1932-01-07 1937-05-18 West Virginia Pulp & Paper Com Method of producing light precipitated chalk
JPS5390199A (en) * 1977-01-20 1978-08-08 Shiraishi Kogyo Kaisha Ltd Method of modifying calcium carbonate
US4888160A (en) * 1985-12-20 1989-12-19 J.M. Huber Corporation Process for producing calcium carbonate and products thereof
GB2248229B (en) 1990-09-27 1994-10-26 Ecc Int Ltd Precipitated calcium carbonate
FI100237B (fi) * 1995-01-30 1997-10-31 Fp Pigments Oy Menetelmä ja laitteisto kalsiumkarbonaatin valmistamiseksi

Also Published As

Publication number Publication date
CN1257460A (zh) 2000-06-21
EP0968134A1 (en) 2000-01-05
FI971161A0 (fi) 1997-03-19
ES2201461T3 (es) 2004-03-16
US6416727B1 (en) 2002-07-09
AU747174B2 (en) 2002-05-09
CN1094900C (zh) 2002-11-27
DE69815510D1 (de) 2003-07-17
WO1998041475A1 (en) 1998-09-24
FI971161A (fi) 1998-09-20
ATE242752T1 (de) 2003-06-15
CA2284224A1 (en) 1998-09-24
CA2284224C (en) 2007-05-01
AU6501498A (en) 1998-10-12
DE69815510T2 (de) 2004-04-29
EP0968134B1 (en) 2003-06-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI105179B (fi) Menetelmä ja laitteisto saostetun kalsiumkarbonaatin valmistamiseksi
CA2572776C (en) Method and apparatus for manufacturing of a calcium carbonate product, the product and its use
US10259945B2 (en) Pigment particle composition, its method of manufacture and its use
JP5603935B2 (ja) 炭酸カルシウムの製造方法
CA2862090C (en) Installation for the purification of minerals, pigments and/or fillers and/or the preparation of precipitated earth alkali carbonate
CN1278781A (zh) 制备沉淀碳酸钙的方法和设备
CN102897815B (zh) 一种纳米碳酸钙碳酸化反应釜
CA2177309C (en) Process for the desulfurization of sulfurous acid gas-containing waste gas
EP0936185B1 (en) Production of products containing precipitated calcium carbonate
CN102491398B (zh) 气提式沉淀碳酸钙碳酸化反应器
CN202953834U (zh) 一种纳米碳酸钙碳酸化反应釜
FI121232B (fi) Menetelmä ja laitteisto jatkuvatoimisen saostetun kalsiumkarbonaatin valmistamisen nopeuttamiseksi
CN101913640B (zh) 微细活性碳酸钙制备方法
CN102963918B (zh) 一种纳米碳酸钙的碳酸化反应方法
JP2011073892A (ja) 炭酸カルシウムの製造方法
CN202379752U (zh) 气提式沉淀碳酸钙碳酸化反应器
WO1999051524A1 (fi) Process for producing finely divided slaked calcium oxide

Legal Events

Date Code Title Description
GB Transfer or assigment of application

Owner name: FP-PIGMENTS OY

MA Patent expired