[發明專利]一種以電石渣為原料生產超微細碳酸鈣的新方法

無效

• 申請號: 200910091430.8
• 申請日: 2009-08-21
• 公開（公告）號: CN101993104A
• 公開（公告）日: 2011-03-30
• 發明（設計）人: 賴永華;查正炯;尹應武
• 申請（專利權）人: 北京紫光英力化工技術有限公司
• 主分類號: C01F11/18
• 分類號: C01F11/18;B82B3/00;C08K3/26;C09D7/12;A61K8/19;A61Q11/00;A23K1/175;A23L1/304;A23L1/03;D21H17/67
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技術領域

本發明涉及一種采用甘氨酸作為溶解劑、改性劑和縛酸劑，從電石渣或石灰等鈣源中提取有效鈣，在反應器中通入二氧化碳進行鈣化，過濾，洗滌，制備得到超微細碳酸鈣的方法，以及所述超微細碳酸鈣在造紙和涂料等生產中的應用。

背景技術

電石渣是碳化鈣經水解生產乙炔氣后的廢渣，主要成分是氫氧化鈣，還含有少量的硅、鐵、鋁、鈣、鎂和碳渣。由于其成分較為復雜，并帶有臭味，對環境造成了嚴重的環境污染，是我國清潔生產和資源循環利用的重點和難點。目前對電石渣的綜合利用存在以下一些問題：作為脫硫劑，消耗量太小；生產空心磚等墻體材料，附加值較低，市場前景不明，實際消耗的電石渣量有限；生產水泥，由于技術尚不成熟，對產品品質影響較大，附加值不高；作為鈣源生產輕質碳酸鈣，能耗高，電石渣帶入的顏色和雜質影響產品品質。因此，開發生產工藝簡單，成本低，產品附加值高、可以廣泛推廣、大量消耗電石渣的新的工藝，具有重要的經濟，社會，環保效益。

白度高、粒徑小、分散性好、成本低的碳酸鈣粉體材料具有很大的推廣應用價值，特別是在造紙、涂料、塑料、橡膠、飼料、食品添加劑、牙膏等領域的應用前景廣泛，潛力巨大。因此以電石渣為鈣源，尋找一條成本低、清潔環保的工藝技術，解決能耗高、產品品質差的問題，生產符合使用要求的碳酸鈣，是實現電石渣高附加值利用的最佳路徑，具有顯著的經濟效益、社會效益和環保效益。

本發明人集多年研究之經驗，經過大量地實驗和工藝優化，集多年工程與工藝經驗，在原有發明了一條生產工藝簡單、成本低、耗能低、綠色環保、規模化生產出經濟價值更佳、使用性能更優于微細碳酸鈣的甘氨酸法制備超微細碳酸鈣的新工藝技術基礎上，通過對于碳化反應過程中的條件控制，使得制得的超微細碳酸鈣形成聚并體可直接用現有過濾設備過濾出來，得到的超微細碳酸鈣膏體可直接用機械方法將其分散且分散后儲存性能穩定，可直接應用于涂料制備中，也可以直接應用于造紙中，或者干燥后應用于橡膠、塑料等其它需要添加碳酸鈣的行業中。該技術實現了電石渣高附加值的規模化利用，為低成本、工業化生產超微細碳酸鈣膏體應用于水性體系中提供了可能，具有巨大的經濟效益和市場前景。

發明內容

本發明是在發明了用甘氨酸溶解電石渣生成可溶性甘氨酸鈣與其他無機雜質分離，通入二氧化碳制備得到碳酸鈣的新方法的基礎上，驚奇的發現用甘氨酸法獲得的碳酸鈣不但可達到均勻的納米級尺寸，而且容易團聚成球形的聚集體，并且結晶過程中，反應裝備、料液濃度對碳酸鈣晶型的形狀、晶核的大小有著顯著的影響。進一步研究發現甘氨酸鈣溶液在內環流塔式或釜式超聲反應器中，可以獲得納米級粒徑均勻的碳酸鈣微粒，在一定的pH值下可以形成團聚體，其尺寸可控制在1-10μm(見說明書附圖1)。通過深入研究我們發現碳酸鈣的碳化過程是一個隨著碳酸鈣晶核生成并逐步長大的過程，在本發明的裝備和工藝條件下可以控制碳酸鈣的長大形成納米級尺寸的微晶，而pH值對微細碳酸鈣粒子的聚并有著重要的影響，隨著反應的進行，pH值降至7.5-8.5時反應已接近終點，但此時碳酸鈣以納米形式存在，無法進行有效的過濾，但在調節pH值下降至6-7時，粒子會迅速的聚并，團聚成易過濾的平均尺寸在10微米以上的聚并體(見說明書附圖2)，這一重大發現為納米碳酸鈣的分離提供了極大的方便，這種10微米左右的團聚體可以方便的用板式過濾器、離心機等設備過濾，得到含水量不到50％的膏體。這種膏體通過簡單的研磨或者高速分散等機械手段可降低團聚體粒徑(見說明書附圖3)，由于生成的碳酸鈣具有球形結構和甘氨酸的改性作用，儲存性能穩定，在儲存過程中的粒徑變化不大(見說明書附圖4)。因此通過pH值控制其團聚粒徑便于過濾，在過濾后可簡便的將其用機械方法分散，直接用于涂料、造紙等水性體系中，也可干燥后用于塑料與橡膠等油性體系中。

我們在研究中發現碳酸鈣的粒徑越細，粒徑分布越窄，則使用效果越好，可添加量越大，特別是對涂料中的遮蓋率、分散性有很大的提高。進一步研究超微細碳酸鈣膏體在涂料中的應用我們發現，由于甘氨酸的作用生成的碳酸鈣具有納米微粒的單元結構并可大量聚集為呈現球狀的團聚體，將其用機械方法分散后具有粒徑細，分布范圍窄(見說明書附圖5)的優點，根據使用和處理條件的不同不但可以體現出納米效應，也可以體現出填料的效應或二者的共同效應。用這種膏體替代涂料中價格昂貴的鈦白粉、超細滑石粉等高檔粉體所制備的新型涂料的遮蓋率和耐洗刷等各項性能都有很大的提升，可以開發出新的更廉價而性能優異的涂料，從而使本發明具有更大的市場價值。