[發(fā)明專利]一種制備納米碳酸鈣的碳化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210442581.5
• 申請日: 2012-11-08
• 公開（公告）號: CN102923749A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃煒波;朱勇;黃煒民;黃安定
• 申請（專利權(quán)）人: 廣西華納新材料科技有限公司
• 主分類號: C01F11/18
• 分類號: C01F11/18;B82Y30/00
• 代理公司: 廣西南寧匯博專利代理有限公司 45114
• 代理人: 鄒超賢

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于無機(jī)化工材料和納米材料制備領(lǐng)域，涉及一種碳化方法，尤其是一種制備納米碳酸鈣的碳化方法。

背景技術(shù)：

碳酸鈣是一種來源廣泛的白色、無毒填料。通過調(diào)整生產(chǎn)工藝可以獲得合適粒徑和形貌的高純度沉淀碳酸鈣。沉淀碳酸鈣被廣泛應(yīng)用于塑料、造紙、橡膠、黏膠、涂料和油墨等領(lǐng)域，不但起到增量填充、降低加工成本的作用，還可以對填充對象進(jìn)行功能化改性。尤其是納米碳酸鈣，由于其較小的粒徑、較高的比表面積及特殊的表面處理，具有普通碳酸鈣無法比擬的優(yōu)越性能。用于塑料制品，具有增強(qiáng)增韌作用，用于橡膠制品，具有補(bǔ)強(qiáng)功能，用于涂料能提高聚合物的附著力，改善表面張力的特性，用于造紙，可改善紙張的印刷性和光學(xué)性能，用于密封膠及油墨，可有效改善其觸變性。

隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，近年來我國納米碳酸鈣工業(yè)技術(shù)水平和生產(chǎn)規(guī)模突飛猛進(jìn)。目前用于生產(chǎn)納米碳酸鈣的方法主要有復(fù)分解法和碳化法兩種。

復(fù)分解法主要是利用水溶性鈣鹽與水溶性碳酸鹽在適當(dāng)?shù)墓に嚄l件下進(jìn)行反應(yīng)，通過這種液-固相反應(yīng)制得所需的納米碳酸鈣產(chǎn)品。此法可通過控制反應(yīng)物的濃度、溫度及生成物碳酸鈣的過飽和度、加入適當(dāng)?shù)奶砑觿┑龋迫∏蛐蔚攘健?.1μm、比表面積大、溶解性好的無定形碳酸鈣產(chǎn)品，產(chǎn)品純度高、白度好。但制取不同晶型的產(chǎn)品成本較高，而且在形成碳酸鈣的過程中會在其表面吸附大量的氯離子，需要花費(fèi)大量時間和用水進(jìn)行洗滌，故目前國內(nèi)外很少使用。

碳化法是化學(xué)制備納米碳酸鈣的一種常用方法。其以優(yōu)質(zhì)石灰石為原料，通過煅燒得到氧化鈣和含二氧化碳的窯氣。將氧化鈣與水按一定比例進(jìn)行消化，生成氫氧化鈣懸浮液，然后通入凈化處理后的窯氣，反應(yīng)（碳化）生成碳酸鈣沉淀物，經(jīng)過脫水、干燥、粉碎得到納米碳酸鈣產(chǎn)品。目前國內(nèi)外制備的納米級碳酸鈣主要采用的就是這種碳化法，其中碳化反應(yīng)是整個生產(chǎn)過程中最為關(guān)鍵的步驟。碳化反應(yīng)的物理化學(xué)環(huán)境決定著反應(yīng)的過程特征和所制備的納米碳酸鈣的粒度和晶形。按照二氧化碳?xì)怏w與氫氧化鈣懸浮液的接觸方式，可將碳化法分為間歇式鼓泡碳化法、間歇式攪拌碳化法、連續(xù)噴霧碳化法及超重力碳化法。

（1）鼓泡碳化法

鼓泡碳化法中采用的是圓柱形反應(yīng)釜，其柱體高徑比很大，不帶攪拌等任何附屬裝置，反應(yīng)時含二氧化碳?xì)怏w由反應(yīng)器底部引入，氣體借助和漿液較大的密度差由下至上流動，并與漿液中的氫氧化鈣不斷發(fā)生碳酸化反應(yīng)，直至反應(yīng)結(jié)束。這種方法設(shè)備投資小，操作簡易，但因沒有攪拌等分散裝置，用這種反應(yīng)制得的沉淀碳酸鈣的粒徑和形貌均難以控制，不同批次產(chǎn)品間質(zhì)量差異較大，而且能耗較高，一般僅適用于制備質(zhì)量要求不高微米級沉淀碳酸鈣，即國內(nèi)所稱的“輕鈣”。

（2）間歇式攪拌碳化法

間歇攪拌式碳化法，也稱釜式碳化法，是將石灰乳通過冷凍機(jī)降溫到25℃以下，放入碳化反應(yīng)釜中，直接通入二氧化碳的混合氣體，在攪拌的作用下進(jìn)行碳化反應(yīng)。通過控制反應(yīng)溫度、濃度、攪拌速度、添加劑等條件，間歇制備納米碳酸鈣。該法設(shè)備投資較大，操作復(fù)雜，產(chǎn)品粒度分布范圍較廣。

（3）連續(xù)噴霧碳化法

連續(xù)噴霧碳化法工藝是由白石工業(yè)公司(日本)在20世紀(jì)70年代末期開發(fā)的，通常采用多個碳化塔。其制備納米碳酸鈣的步驟為:首先把石灰乳精制后的懸浮液配制成工藝要求濃度，加入適量添加劑混勻充分，泵入噴霧碳化塔頂部的霧化器中，乳液在高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的巨大離心力作用下，霧化為微細(xì)粒徑的霧滴；然后將含有二氧化碳的窯氣由塔底部通入,用氣體分布器將其均勻分散,同塔內(nèi)已產(chǎn)生的霧滴進(jìn)行瞬時的逆向接觸,發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成碳酸鈣。這種方法生產(chǎn)納米碳酸鈣效率高，經(jīng)濟(jì)效益好，并能實(shí)現(xiàn)自動化大規(guī)模生產(chǎn)，粒度比較容易控制，可制得優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定的納米碳酸鈣。但該工藝在國內(nèi)僅有幾家使用，主要由于噴嘴霧化問題難以解決，液滴直徑較大，影響了氣液接觸面積，同時造成液滴下落速度較快，液滴在塔內(nèi)停留時間太短，使二氧化碳利用率降低，生產(chǎn)能力難以提高。加之塔壁上液滴附著后流速緩慢，易使晶體粒徑增大，并有部分在塔壁上結(jié)垢，另一部分則進(jìn)入產(chǎn)品中，從而造成粒徑分布不均勻。要想提高噴嘴霧化效果，就必須縮小噴嘴孔徑，而孔徑過小易造成堵塞，這一矛盾尚未找到很好的解決辦法。

（4）超重力碳化法