JP2001294422A - 紡錘状炭酸カルシウムの製造方法 - Google Patents

紡錘状炭酸カルシウムの製造方法

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チョ チョ
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嘉人 笹原
Tetsushi Iwashita
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 平均1次粒子長径が、ほぼ0.4〜2.6μ
mの範囲の紡錘状炭酸カルシウムを簡便且つ安価に得る
ことのできる炭酸カルシウムの製造方法を提供する。 【解決手段】 水酸化カルシウムスラリーと炭酸ガスの
反応によって炭酸カルシウムを生成せしめる方法におい
て、遅くとも炭酸化反応開始後に水酸化カルシウムの炭
酸化率が20%になるまでに、水酸化カルシウムスラリ
ーに炭酸水素カルシウム水溶液を添加する。好ましく
は、水酸化カルシウムに対する炭酸水素カルシウムの添
加量は0.0001〜0.2mol%である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、水酸化カルシウム
と炭酸ガスとの反応による炭酸カルシウムの製造方法に
関し、特に水酸化カルシウムの炭酸化率が20%になる
までに炭酸水素カルシウムを添加することにより得られ
る、1次粒子平均長径がほぼ0.4〜2.6μmである
紡錘状炭酸カルシウムの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】合成炭酸カルシウムの製造方法として
は、水酸化カルシウムスラリーに炭酸ガスを吹き込んで
反応させる“液−ガス法”が代表的であり、水酸化カル
シウムスラリーの濃度、反応温度、反応方法、添加剤の
有無とその種類など反応条件を制御することにより、種
々の粒子径、形状の炭酸カルシウムを得ることが知られ
ている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、現在工
業的に採用されている“液−ガス法”によると、1次粒
子径が0.4〜2.6μmである粒径の制御された紡錘
状炭酸カルシウムを簡便且つ安価に製造することは難し
い状況にある。このような紡錘状炭酸カルシウムは、粒
子の大きさ、形状が高度に制御されている必要のある製
紙用の塗工顔料及び内添材等として各種性能向上のため
に好適であり、その簡便且つ安価な製造方法が望まれて
いる。この課題を解決するために、特公平6−5642
2号公報では、液体サイクロンにより残渣を除去した水
酸化カルシウムスラリーを一部炭酸化し、これをさらに
水酸化カルシウムスラリーに添加して炭酸化を行うこと
により平均長径が0.3〜1.0μmである紡錘状炭酸
カルシウムを製造する方法が記載されているが、液体サ
イクロンの使用により歩留まりが低く、且つ一部炭酸化
された水酸化カルシウムスラリーの調製が別工程である
ため、工程全体として生産性が低く煩雑なものになると
いう問題がある。また、pH値が0.2以上降下しない
条件で一部炭酸化を行って板状塩基性炭酸カルシウムを
生成させ、次いで反応が完結するまで炭酸化を行う方法
が、特公平3−3605号公報に記載されている。しか
し、炭酸ガスの流量を低く押さえつつpH値によりガス
流量を切り換える必要があり、製造時に時間がかかる上
に工程が煩雑となる。
【0004】よって本発明の目的は、平均1次粒子長径
がほぼ0.4〜2.6μmの範囲の紡錘状炭酸カルシウ
ムを簡便且つ安価に得ることのできる炭酸カルシウムの
製造方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、水酸化カルシウムと炭酸ガスとの反応によ
って粒子径の制御された紡錘状炭酸カルシウムを生成せ
しめるために、遅くとも炭酸化反応開始後に水酸化カル
シウムの炭酸化率が20%になるまでに炭酸水素カルシ
ウム水溶液を添加して紡錘状炭酸カルシウムの製造方法
を構成した。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明によると、炭酸水素カルシ
ウムは炭酸化の開始前あるいは開始後に添加され、炭酸
化反応開始後炭酸化率が約20%になるまでに所定量の
全量を添加するのが好ましい。これは、炭酸水素カルシ
ウムが炭酸カルシウムの析出を誘発する炭酸カルシウム
の結晶核を水酸化カルシウムスラリー中に生成させると
考えられる発見に基づく。さらに炭酸水素カルシウムの
添加量により結晶核の生成量を制御することが可能であ
ることが見出され、よって炭酸カルシウムの平均粒子径
を制御することができる。このために炭酸水素カルシウ
ムは水酸化カルシウムに対して0.0001〜0.2m
ol%の割合で添加する。0.0001mol%未満で
は結晶核の生成量が不足して粒子が大きくなり、0.2
mol%を超えると逆に結晶核の生成量が多くなりすぎ
て微粒子化してしまい、所望の大きさの炭酸カルシウム
が得られないということが判明している。
【0007】添加方法としては、好ましくは撹拌下、水
酸化カルシウムスラリーに炭酸水素カルシウム水溶液を
60分以上かけて滴下し、滴下が完了した後さらに5分
以上撹拌する。滴下時間が60分未満または滴下完了後
の攪拌5分未満で炭酸化反応を開始すると、結晶核の生
成反応が不十分で生成炭酸カルシウム粒子が所望の範囲
より大きくなることがある。
【0008】添加する炭酸水素カルシウム水溶液は、酸
化カルシウム、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、及
びその混合物の中から選ばれる水性懸濁液に炭酸ガス又
は炭酸ガスを含む混合ガスを吹き込むことにより調製さ
れる。この炭酸水素カルシウム水溶液は、25℃、pH
8.5で約80mg/ Lのカルシウムイオンを含む。
【0009】水酸化カルシウムスラリーは常法に従って
調製されるが、好ましくは濃度5〜20重量%、温度5
〜40℃に調整される。この水酸化カルシウムスラリー
に炭酸水素カルシウム水溶液を添加し、炭酸ガスまたは
炭酸ガスを含む混合ガスを吹き込むことによって炭酸化
率が実質的に100%になるまでに反応させる。水酸化
カルシウムの濃度が5重量%未満では工業的生産性に劣
り、20重量%を超えるとスラリー粘度が高くなってハ
ンドリング性が悪くなるため望ましくないことは、従来
の水酸化カルシウムの製造方法と同様である。また、炭
酸水素カルシウム水溶液添加前の温度が5℃未満では、
結晶核生成反応が遅く不十分になって粒子が大きくな
り、一方、40℃を超えると結晶核生成反応が早く結晶
核が不均一となり所望の粒子が得難い状況となる。
【0010】本発明に係る紡錘状炭酸カルシウムの製造
方法によれば、粒径の制御された紡錘状炭酸カルシウム
を得ることができる。本発明に係る紡錘状炭酸カルシウ
ムの製造方法は、炭酸化率が約20%以内の水酸化カル
シウムスラリーに、炭酸水素カルシウム水溶液を添加す
るための装置のみ既存の設備に付加するだけで実施可能
であり、簡便且つ安価に実現することができる。
【0011】本発明に係る炭酸カルシウムの製造方法に
より製造された炭酸カルシウムは1次粒子平均長径がほ
ぼ0.4〜2.6μmの適当な範囲内に制御可能であ
り、特に製紙用に塗工顔料や内添材等として利用した場
合、平滑性、光沢度、不透明度等の各種性能を向上させ
ることが期待できる。
【0012】
【発明の効果】本発明に係る炭酸カルシウムの製造方法
によれば、簡便かつ安価に粒径の制御された紡錘状炭酸
カルシウムを得ることができる。
【0013】
【実施例】以下本発明の実施例について説明する。本発
明は下記の実施例に限定されるものではなく、発明の要
旨の範囲内において適宜変形実施可能であることは言う
までもない。
【0014】(実施例1)自社製生石灰塊(JIS工業
石灰 生石灰特号)に水を加え濃度5重量%の水酸化カ
ルシウムスラリーとし、温度20℃、周速2.0m/s
の撹拌下、水酸化カルシウムに対して炭酸水素カルシウ
ムの添加量が0.0015mol%となるように炭酸水
素カルシウム水溶液(20℃、pH6.2で約160m
g/Lのカルシウムイオンを溶解している)を60分で
滴下し、炭酸カルシウム結晶核含有水酸化カルシウムス
ラリーを得た。これを60℃まで加熱し、20L−CO
/min・kg−Ca(OH)2 の流速で炭酸化率が
実質的に100%になるまで導入することで反応を完結
させ炭酸カルシウムを得た。
【0015】得られた炭酸カルシウムに対して電子顕微
鏡観察を行った結果、1次粒子平均長径が2.6μmの
紡錘状粒子であることを確認した。
【0016】なお、ここで1次粒子平均長径とは、無作
為に撮影した倍率30,000倍の電子顕微鏡写真にお
いて2本の対角線上の粒子に対して電子ノギスにて粒子
の最も長い弦を測定してこれを粒子の長径とし、その平
均値を求め1次粒子長径としたものである。電子顕微鏡
写真を図1(30,000倍)として示す。
【0017】(実施例2)水酸化カルシウムに対して炭
酸水素カルシウムの添加量が0.0075mol%とな
るように炭酸水素カルシウム溶液を添加した以外は、実
施例1と同様の過程によって炭酸カルシウムを得た。電
子顕微鏡観察により、得られた炭酸カルシウムが1次粒
子平均長径1.9μmの紡錘状粒子であることを確認し
た。電子顕微鏡写真を図2(30,000倍)として示
す。
【0018】(実施例3)水酸化カルシウムに対して炭
酸水素カルシウムの添加量が、0.15mol%となる
ように炭酸水素カルシウム溶液を300分で添加した以
外は、実施例1と同様の過程によって炭酸カルシウムを
得た。電子顕微鏡観察により、得られた炭酸カルシウム
が1次粒子平均長径0.4μmの紡錘状粒子であること
を確認した。電子顕微鏡写真を図3(30,000倍)
として示す。
【0019】(実施例4)温度10℃、周速2.0m/
sの撹拌下、水酸化カルシウムに対して炭酸水素カルシ
ウムの添加量が0.0015mol%となるように炭酸
水素カルシウム水溶液(20℃、pH7.0で約120
mg/Lのカルシウムイオンを溶解している)を120
分で滴下した以外は、実施例1と同様の過程によって炭
酸カルシウムを得た。電子顕微鏡観察により、得られた
炭酸カルシウムが1次粒子平均長径1.8μmの紡錘状
粒子であることを確認した。電子顕微鏡写真を図4(3
0,000倍)として示す。
【0020】(実施例5)温度30℃、周速2.0m/
sの撹拌下、水酸化カルシウムに対して炭酸水素カルシ
ウムの添加量が0.0015mol%となるように炭酸
水素カルシウム水溶液(20℃、pH7.0で約120
mg/Lのカルシウムイオンを溶解している)を120
分で滴下した以外は、実施例1と同様の過程によって炭
酸カルシウムを得た。電子顕微鏡観察により、得られた
炭酸カルシウムが1次粒子平均長径2.3μmの紡錘状
粒子であることを確認した。電子顕微鏡写真を図5(3
0,000倍)として示す。
【0021】(実施例6)温度40℃、周速2.0m/
sの撹拌下、水酸化カルシウムに対して炭酸水素カルシ
ウムの添加量が0.0015mol%となるように炭酸
水素カルシウム水溶液(20℃、pH7.0で約120
mg/Lのカルシウムイオンを溶解している)を120
分で滴下した以外は、実施例1と同様の過程によって炭
酸カルシウムを得た。電子顕微鏡観察により、得られた
炭酸カルシウムが1次粒子平均長径2.5μmの紡錘状
粒子であることを確認した。電子顕微鏡写真を図6(3
0,000倍)として示す。
【0022】(実施例7)温度20℃、周速2.0m/
sの撹拌下、水酸化カルシウムに対して炭酸水素カルシ
ウムの添加量が0.00075mol%となるように炭
酸水素カルシウム水溶液(20℃、pH8.0で約80
mg/Lのカルシウムイオンを溶解している)を180
分で滴下した以外は、実施例1と同様の過程によって炭
酸カルシウムを得た。電子顕微鏡観察により、得られた
炭酸カルシウムが1次粒子平均長径1.7μmの紡錘状
粒子であることを確認した。電子顕微鏡写真を図7(3
0,000倍)として示す。
【0023】(実施例8)自社製生石灰塊(JIS工業
石灰 生石灰特号)に水を加え濃度5重量%の水酸化カ
ルシウムとし、温度20℃、周速2.0m/sの撹拌
下、水酸化カルシウムに対して炭酸水素カルシウムの添
加量が0.1mol%となるように炭酸水素カルシウム
水溶液(20℃、pH7.0で約120mg/Lのカル
シウムイオンを溶解している)を120分で滴下し、炭
酸カルシウム結晶核含有水酸化カルシウムスラリーを得
た。次にその炭酸カルシウム結晶核含有スラリーの一部
を抜き取り別に用意した5重量%水酸化カルシウムスラ
リーに炭酸水素カルシウム濃度が水酸化カルシウムに対
して0.006mol%となるように添加混合した。さ
らにこのスラリーを60℃まで加熱して20L−CO
/min・kg−Ca(OH)2 の流速で炭酸化率が実
質的に100%になるまで導入することで反応を完結さ
せ炭酸カルシウムを得た。電子顕微鏡観察により、得ら
れた炭酸カルシウムが1次粒子平均長径1.7μmの紡
錘状粒子であることを確認した。電子顕微鏡写真を図8
(30,000倍)として示す。
【0024】(比較例1)実施例1において炭酸水素カ
ルシウムを添加しない以外は同様の過程で炭酸化を行
い、得られた炭酸カルシウムについて電子顕微鏡で観察
した結果、1次粒子平均長径が、3.0μmの紡錘状粒
子であることを確認した。電子顕微鏡写真を図9(3
0,000倍)として示す。
【0025】(比較例2)温度60℃、周速2.0m/
sの撹拌下、水酸化カルシウムに対して炭酸水素カルシ
ウムの添加量が0.003mol%となるように炭酸水
素カルシウム水溶液(20℃、pH6.2で約160m
g/Lのカルシウムイオンを溶解している)を120分
で滴下した以外は実施例1と同様の過程によって炭酸カ
ルシウムを得た。電子顕微鏡観察により、得られた炭酸
カルシウムが1次粒子平均長径3.0μmの紡錘状粒子
であることを確認した。電子顕微鏡写真を図10(3
0,000倍)として示す。
【0026】表1は上記実施例及び比較例の詳細な合成
条件と結果をまとめたものである。
【表1】
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は実施例1により得られた炭酸カルシウム
の電子顕微鏡写真(30,000倍)である。
【図2】図2は実施例2により得られた炭酸カルシウム
の電子顕微鏡写真(30,000倍)である。
【図3】図3は実施例3により得られた炭酸カルシウム
の電子顕微鏡写真(30,000倍)である。
【図4】図4は実施例4により得られた炭酸カルシウム
の電子顕微鏡写真(30,000倍)である。
【図5】図5は実施例5により得られた炭酸カルシウム
の電子顕微鏡写真(30,000倍)である。
【図6】図6は実施例6により得られた炭酸カルシウム
の電子顕微鏡写真(30,000倍)である。
【図7】図7は実施例7により得られた炭酸カルシウム
の電子顕微鏡写真(30,000倍)である。
【図8】図8は実施例8により得られた炭酸カルシウム
の電子顕微鏡写真(30,000倍)である。
【図9】図9は比較例1により得られた炭酸カルシウム
の電子顕微鏡写真(30,000倍)である。
【図10】図10は比較例2により得られた炭酸カルシ
ウムの電子顕微鏡写真(30,000倍)である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4G076 AA16 AB02 AB06 AC02 BA34 BB06 BD02 CA05 CA07 CA26 DA02 DA15 4L055 AG10 AG12 AG94 AH01 AH02 EA20 EA24 EA25 EA29 EA32 FA30 GA19 GA34

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水酸化カルシウムスラリーと炭酸ガスの
    反応によって炭酸カルシウムを生成せしめる方法におい
    て、遅くとも炭酸化反応開始後に水酸化カルシウムの炭
    酸化率が20%になるまでに、水酸化カルシウムスラリ
    ーに炭酸水素カルシウム水溶液を添加することを特徴と
    する紡錘状炭酸カルシウムの製造方法。
  2. 【請求項2】 水酸化カルシウムに対して前記炭酸水素
    カルシウムの添加量が0.00075〜0.15mol
    %である請求項1記載の炭酸カルシウムの製造方法。
  3. 【請求項3】 前記水酸化カルシウムスラリーは濃度5
    〜20重量%、温度5〜40℃に調整される請求項1又
    は2に記載の炭酸カルシウムの製造方法。
  4. 【請求項4】 前記炭酸水素カルシウム水溶液は、撹拌
    下、前記水酸化カルシウムスラリーに水溶液を60分以
    上かけて滴下され、滴下が完了した後さらに5分以上撹
    拌してから炭酸ガスと反応させる請求項1ないし3のい
    ずれかに記載の炭酸カルシウムの製造方法。
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