[發(fā)明專利]由廢污泥制備碳酸鈣的方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201080063602.1
• 申請(qǐng)日: 2010-12-14
• 公開（公告）號(hào): CN103153863A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: R·P·希格斯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 卡西技術(shù)合成礦物有限公司
• 主分類號(hào): C01F11/02
• 分類號(hào): C01F11/02;C01F11/06;C01F11/18;F23G5/00
• 代理公司: 北京潤平知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11283
• 代理人: 王鳳桐;周建秋

背景技術(shù)

就最一般的意義而言，本發(fā)明涉及由包含碳酸鈣和至少一種硅酸鹽礦物（例如，高嶺土）的污泥制備和/或回收工業(yè)上有用的產(chǎn)品。更具體地，本發(fā)明涉及由通過焚燒污泥而制備的灰分制備和/或回收工業(yè)有用的產(chǎn)品。一方面，本發(fā)明涉及從污泥中通過將其轉(zhuǎn)化成灰分的過程中制備碳酸鈣。另一方面，本發(fā)明從相對(duì)地不含石灰的灰分中回收硅酸鹽礦物。?

本發(fā)明特別是（但不是僅限于）與從造紙廠（更具體地，通過使用再生紙作為原材料的造紙廠）生產(chǎn)的污泥中制備和/或回收有用的物質(zhì)的方法相關(guān)的，該方法涉及由污泥制備灰分作為“中間體”。首先要關(guān)注的是由這樣的污泥制備的碳酸鈣在紙、聚合物、涂料和密封劑中應(yīng)用，在這些應(yīng)用中需要高價(jià)值的碳酸鈣，而其次要關(guān)注的是偏高嶺土的回收和加工處理在水泥、混凝土、聚合物和涂料中的應(yīng)用。?

碳酸鈣是在造紙中使用的主要的礦物顏料，既可以作為填料也可以作為涂料材料。碳酸鈣也可以廣泛應(yīng)用于材料中的功能性填料，例如顏料、涂料、塑料、密封劑和油墨。碳酸鈣的其他應(yīng)用包括食品、化妝品以及制藥業(yè)。?

對(duì)于造紙涂料，制造商需要能夠給予良好的光學(xué)性質(zhì)（高白度、不透明度和光澤度）和印刷適性的顏料。顏料的形貌對(duì)給予恰當(dāng)?shù)牧髯冃?yīng)是重要的。產(chǎn)品的純度和由此不存在大顆粒對(duì)于賦予非常低的沖蝕度的是必不可少的。通常情況下，平均顆粒尺寸應(yīng)該在0.3-1微米的范圍內(nèi)，具有非常窄的顆粒尺寸分布。?

在造紙?zhí)畛渲惺褂镁哂衅骄w粒尺寸為1.5-3.0微米的碳酸鈣。?

非涂布紙的平均礦物負(fù)載量約為25重量%，而涂布紙的平均礦物負(fù)載量約為45重量%。?

在許多聚合物、涂料和密封劑應(yīng)用中，與便宜的填充劑相比，使用具有可嚴(yán)格地控制顆粒尺寸的高白度的碳酸鈣作為功能性填料以改善外觀、機(jī)械性質(zhì)和加工。通常情況下，這些產(chǎn)品具有超過90%的ISO白度和小于3微米的平均顆粒尺寸，具有小于10微米的顆粒頂端切面（particle?top?cut）。憑著它們的純度、細(xì)微顆粒尺寸和不存在大的硬的顆粒，這些產(chǎn)品具有相對(duì)低的沖蝕度，從而減少了高速剪切過程（例如聚合物擠出）中的設(shè)備磨損。?

用于至少一些上述應(yīng)用中的碳酸鈣可以為通過研磨天然生成的碳酸鈣而得到的形式（稱作GCC）。或者碳酸鈣也可以通過“化學(xué)途徑”制備，其中，將二氧化碳加入到鈣離子溶液中，最終沉淀出碳酸鈣，稱為PCC。這樣的“化學(xué)途徑”是具有吸引力的，因?yàn)殁}離子溶液可以由廢棄的石灰（CaO）或者石灰氫氧化物（Ca(OH)₂）原料生成，因此容許由廢棄材料制備工業(yè)上有價(jià)值的碳酸鈣，該廢棄的材料會(huì)引起問題和/或處置費(fèi)用較高。?

大量的工業(yè)過程會(huì)產(chǎn)生包含碳酸鈣和至少一種硅酸鹽礦物的污泥作為工藝廢品。以前就提出（見下面）可以從污泥中回收碳酸鈣，或者焚燒污泥以使一部分碳酸鈣轉(zhuǎn)化成氧化鈣，然后可以將氧化鈣通過“化學(xué)途徑”轉(zhuǎn)化成碳酸鈣。?

這樣的污泥的例子是那些造紙廠生產(chǎn)的污泥（并且被稱作“造紙污泥”）。?

所有造紙廠會(huì)使用大量的水。通常情況下，在工藝開始時(shí)固體物質(zhì)含量少于1%。大多數(shù)這樣的水可以循環(huán)但是一般每生產(chǎn)一噸的紙會(huì)損失20m³。這樣的水將會(huì)飽含纖維和礦物例如碳酸鈣，高嶺土和滑石粉，以及其他助劑例如淀粉、膠乳、光學(xué)增白劑和染料。廢水從造紙機(jī)中泵出進(jìn)入水處理廠，在那里通過絮凝和沉淀去除固體物質(zhì)。在許多情況下，會(huì)使用二級(jí)生物處理。然后通常將所得污泥至少部分去水，例如，在壓濾機(jī)上或在螺旋壓力機(jī)（這兩種情況都是機(jī)械除水）。這使污泥濃縮成固含量通常為60%-70%。使用回收廢紙的造紙廠有輔助的工藝，其中將廢紙撕碎，并將纖維與基本上是礦物?的其他材料分離。除了纖維，所有物質(zhì)將會(huì)進(jìn)入廢水處理，伴隨著由紙機(jī)生成飽含上述物質(zhì)的水。如果造紙廠制造與灰板相對(duì)的白紙，則分離纖維和礦物的工藝更復(fù)雜并進(jìn)行脫墨過程。脫墨過程使用絮凝和傾析技術(shù)將纖維素纖維和所有存在于回收紙中的其他物質(zhì)分離，以分離礦物和纖維。然而不可能回收100%的纖維，所以一定量的纖維被留在廢污泥中。一般每100噸循環(huán)的回收紙，將會(huì)生產(chǎn)出25噸含50-60%的有機(jī)物質(zhì)的廢污泥。剩下的無機(jī)物質(zhì)主要包括碳酸鈣和高嶺土。?

一般情況下，來自造紙機(jī)的廢棄物可能是生產(chǎn)的紙的3%，然而來自使用廢紙的工廠的廢棄物可能是生產(chǎn)的紙的25%。因此，使用回收紙作為原材料的紙廠要比那些不使用回收紙的紙廠生產(chǎn)出更多的造紙污泥。?

由歐洲造紙工業(yè)生產(chǎn)的污泥的量為每年幾百萬噸。?

對(duì)于造紙污泥有大量的處理方法，包括在水泥窯中作為可選的燃料燃燒、現(xiàn)場熱利用、堆肥、地面散布和填埋。?