CN103693667A - 一种棒状轻质碳酸钙及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种棒状轻质碳酸钙及其制备方法，该棒状轻质碳酸钙其初级粒子平均短径为0.1-0.2μm、初级粒子平均长径为0.3-2.0μm、长宽比为3-20并且形状主要为棒状和/或圆柱状或者针状。其制备方法为：用中烧石灰与热水按1:4-10的比例消化，然后过60-120目振动筛并通过旋液分离器去除杂质，制得***后加入复合型晶形控制剂搅拌均匀，调生浆中氢氧化钙含量在6-12%，通入窑气碳化至pH为6.5-7停止碳化，将反应液经脱水、干燥、粉碎、筛分后得到轻质碳酸钙。本发明的棒状轻质碳酸钙作为一种填料，具有强度高、模量高、耐热隔热性能好等特点，其制备工艺简单，能耗低，降低生产成本，具有较好的经济效益和社会效益。

Description

一种棒状轻质碳酸钙及其制备方法

技术领域

本发明涉及碳酸钙技术领域，尤其是涉及一种棒状轻质碳酸钙及其制备方法。

背景技术

碳酸钙是重要的无机化工产品，常用碳酸钙粒径分布于几十纳米到几十微米之间，常用作填料。广泛应用于橡胶、涂料、造纸和油墨等作业，普通碳酸钙通常以石灰石为原料，经过锻烧制得生石灰，然后生石灰加水消化并吸收二氧化碳进行碳化，最后脱水、干燥、粉碎得到产品。碳酸钙生产发展到今天已经开发出立方体、纺锤体、球形、连锁形、链状、晶须或者纤维状、片状、针状等微细碳酸钙及其改性产品。棒状轻质碳酸钙和针状、晶须或者纤维状碳酸钙有一定的相似性，但是也有本质的区别。纺锤体轻质碳酸钙为两头尖中间较大的纺锤体性，棒状轻质碳酸钙的形状比纺锤体轻质碳酸钙稍微长一些，为两头和中间一样大小的棒状。

碳酸钙晶须和纤维环状碳酸钙是直径为零点几微米到几微米、长度为几十微米的单晶体纤维材料。晶须碳酸钙的制备方法有很多种，近年来有很多专家和学者通过不同的方法制备出来。在中华人民共和国国家知识产权局网上能够检索到申请号200710129524.0介绍“一种制备碳酸钙晶须的方法”、申请号200410022834.9介绍“一种文石型碳酸钙晶须的制备方法”、申请号201110098679.9介绍“一种制备碳酸钙晶须的方法”、申请号031342878.6介绍“碳酸钙晶须的制备工艺”、申请号200910059936.0介绍“形貌可控的碳酸钙晶须的制备方法”、申请号200810228368.8“一种用环氧丙烷皂化废水生产碳酸钙晶须的方法”、申请号201010280862.6介绍“高长径比碳酸钙晶须的制备方法”、申请号201210490750.2介绍“给予溶胶凝胶法的碳酸钙晶须合成与改性一体化方法”、申请号201310284604.9“一种碳酸钙晶须的生产方法”。针状或者针形碳酸钙是纳米级碳酸钙的一种，近年来也有不少专家和学者在研究相关的制备方法。

申请号为200710139563.9介绍“一种针形纳米碳酸钙的制备方法”。该方法不用冷冻机在较高温度和较高石灰乳浓度的条件下，将一定量的生石灰与热水按比例混合后，经过滤除渣，在碳化前，将其溶液跳到所需浓度和温度，加入结晶导向剂，搅拌均匀后移入碳化反应器中进行碳化反应，最后将反应液经脱水、洗涤、干燥、表面处理、粉碎、筛分等工序后得到针形纳米碳酸钙。该方法制得的针形碳酸钙为纳米级碳酸钙。

发明内容

本发明提供了一种分散性良好，长径和短径可控，在高温高浓度下可以实现工业化生产、工艺简单、能耗低的棒状轻质碳酸钙及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种棒状轻质碳酸钙，其初级粒子平均短径为0.1-0.2μm、初级粒子平均长径为0.3-2.0μm、长宽比为3-20并且形状主要为棒状和/或圆柱状或者针状。

一种棒状轻质碳酸钙的制备方法，它包括以下步骤：

（1）消化：将中烧石灰与热水按质量百分比为1:4-10的比例倒入旋转消化机中进行消化反应，制得的氢氧化钙乳液经60-120目的振动筛进行过滤除渣，再经过旋液分离器进行进一步除渣，得到氢氧化钙乳液后放置在储槽中备用；

（2）混合：在调浓槽中加水将氢氧化钙乳液的重量浓度调到6-12%，加入复合型晶形控制剂，其中加入的复合型晶形控制剂的重量为氢氧化钙重量的0.1-2.0%，搅拌25-35分钟，使其充分混合均匀；

（3）碳化：用泵将步骤（2）中制得的氢氧化钙乳液打入碳化反应器，开启窑气阀，通入含CO₂体积浓度为15-100%的窑气进行碳化反应，氢氧化钙乳液的进料温度为25-70℃，碳化反应过程中，反应自身放热，窑气通过乳液会带走部分热量，碳化反应温度一般为30-70℃之间，碳化至反应液pH=6.5-7时关闭窑气阀，停止反应；

（3）脱水干燥：将反应液经脱水、干燥、粉碎、筛分的常规工序后得到主要为棒状轻质碳酸钙。

以上所述的复合型晶形控制剂由三种组分组成，第一种组分为可溶性镁盐，第二种组分为聚乙烯醇，第三种组分为磷酸或其盐类，其中三种组份重量比为：1.0∶0.8-2.5∶0.2-2.0。

以上所述的碳化反应控制氢氧化钙乳液的重量浓度为12%，窑气含CO₂体积浓度为30%。

以上所述的碳化反应器为带有搅拌装置或者不带有搅拌装置的间歇式鼓泡碳化塔。

相比于现有技术，本发明具有以下的优点和积极效果：

1、本发明的棒状轻质碳酸钙为微米级碳酸钙，棒状碳酸钙是直径零点几微米到几微米，长度为几微米形状为棒状、圆柱形或者类似针形的碳酸钙，棒状碳酸钙有针形碳酸钙的形状，但比针状纳米碳酸钙要粗大，有碳酸钙晶须差不多的短径长径却远短于碳酸钙晶须。

2、本发明的棒状轻质碳酸钙作为一种填料，具有强度高、模量高、耐热隔热性能好等特点，适用于塑料、造纸、电气部件的制造、高光洁度结构部件的制造等领域。

3、本发明的棒状轻质碳酸钙的长径和短径可控，在高温高浓度下可以实现工业化生产，工艺简单，能耗低，降低生产成本，具有较好的经济效益和社会效益。

附图说明

图1为实施例1制备的棒状轻质碳酸钙产品经扫描电镜检测分析图。

图2为实施例2制备的棒状轻质碳酸钙产品经扫描电镜检测分析图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明做进一步详细描述，但本发明的实施方式并不局限于此。

实施例1：

一种轻质碳酸钙，其初级粒子平均短径为0.1-0.2μm、初级粒子平均长径为0.4-1.0μm、长宽比为4-10并且形状为棒状。它包括以下步骤制备而成：

（1）消化：将碳酸钙含量大于97.0%的石灰石煅烧成中烧石灰，烧成的中烧石灰与热水按质量百分比为1∶5的比例倒入旋转消化机中进行消化反应，制得的氢氧化钙乳液经80目的振动筛进行过滤除渣，再经过旋液分离器进行进一步除渣，得到氢氧化钙乳液后放置在储槽中备用；

（2）混合：按照氯化镁∶聚乙烯醇∶磷酸的重量比为1.0∶2.0∶0.8配置晶形控制剂；在调浓槽中加水将步骤（1）中制得的氢氧化钙乳液的重量浓度调到12，加入配制好的复合型晶形控制剂，其中加入的复合型晶形控制剂的重量为氢氧化钙重量的1.5%，搅拌30分钟，使其充分混合均匀；

（3）碳化：用泵将步骤（2）中制得的氢氧化钙乳液打入碳化反应器，所述碳化反应器为带有搅拌装置；开启窑气阀，通入含CO₂体积浓度为30%、经净化并冷却到35℃以下的窑气进行碳化反应，氢氧化钙乳液的进料温度为40℃，碳化反应过程中，反应自身放热，窑气通过乳液会带走部分热量，碳化反应温度一般为35-70℃之间，碳化至反应液pH=6.5-7时关闭窑气阀，停止反应；

（4）脱水干燥：将反应液抽入熟浆贮槽，待存浆量能满足连续生产后抽浆通过离心过滤机脱水过滤得到滤饼，皮带输送滤饼到旋转烘干炉进行干燥，得到的烘干料通过皮带输送机送入粉碎机，经过粉碎风选筛分分级后得到棒状轻质碳酸钙成品，产品经扫描电镜检测分析如图1所示。

实施例2：

一种轻质碳酸钙，其初级粒子平均短径为0.1-0.2μm、初级粒子平均长径为0.8-1.5μm、长宽比为8-15并且形状为棒状。它包括以下步骤制备而成：

（1）消化：将碳酸钙含量大于97.0%的石灰石煅烧成中烧石灰，烧成的中烧石灰与热水按质量百分比为1∶6的比例倒入旋转消化机中进行消化反应，制得的氢氧化钙乳液经100目的振动筛进行过滤除渣，再经过旋液分离器进行进一步除渣，得到氢氧化钙乳液后放置在储槽中备用；

（2）混合：按照硫酸镁∶聚乙烯醇∶磷酸=1∶1.8∶1.0配置晶形控制剂；在调浓槽中加水将步骤（1）中制得的氢氧化钙乳液的重量浓度调到8%，加入配制好的复合型晶形控制剂，其中加入的复合型晶形控制剂的重量为氢氧化钙重量的1.0%，搅拌30分钟，使其充分混合均匀；

（3）碳化：用泵将步骤（2）中制得的氢氧化钙乳液打入碳化反应器，所述碳化反应器为不带有搅拌装置的间歇式鼓泡碳化塔；开启窑气阀，通入含CO₂体积浓度为40%经净化并冷却到35℃以下的窑气进行碳化反应，氢氧化钙乳液的进料温度为60℃，碳化反应过程中，反应自身放热，窑气通过乳液会带走部分热量，碳化反应温度一般为50-70℃之间，碳化至反应液pH=6.5-7时关闭窑气阀，停止反应；

（4）脱水干燥：将反应液抽入熟浆贮槽，待存浆量能满足连续生产后抽浆通过离心过滤机脱水过滤得到滤饼，皮带输送滤饼到旋转烘干炉进行干燥，得到的烘干料通过皮带输送机送入粉碎机，经过粉碎风选筛分分级后得到棒状轻质碳酸钙成品，产品经扫描电镜检测分析如图2所示。

实施例3：

一种棒状轻质碳酸钙，其初级粒子平均短径为0.1-0.2μm、初级粒子平均长径为0.3-1.0μm、长宽比为3-10并且形状主要为棒状和圆柱状或者针状。它包括以下步骤制备而成：

（1）消化：将碳酸钙含量大于97.0%的石灰石煅烧成中烧石灰，烧成的中烧石灰与热水按质量百分比为1∶4的比例倒入旋转消化机中进行消化反应，制得的氢氧化钙乳液经60目的振动筛进行过滤除渣，再经过旋液分离器进行进一步除渣，得到氢氧化钙乳液后放置在储槽中备用；

（2）混合：按照氯化镁∶聚乙烯醇∶磷酸氢钠的重量比为1.0∶0.8∶0.2配置晶形控制剂；在调浓槽中加水将步骤（1）中制得的氢氧化钙乳液的重量浓度调到6%，加入配制好的复合型晶形控制剂，其中加入的复合型晶形控制剂的重量为氢氧化钙重量的0.1，搅拌25分钟，使其充分混合均匀；

（3）碳化：用泵将步骤（2）中制得的氢氧化钙乳液打入碳化反应器，所述碳化反应器为带有搅拌装置；开启窑气阀，通入含CO₂体积浓度为15%、经净化并冷却到35℃以下的窑气进行碳化反应，氢氧化钙乳液的进料温度为25℃，碳化反应过程中，反应自身放热，窑气通过乳液会带走部分热量，碳化反应温度一般为30-70℃之间，碳化至反应液pH=6.5-7时关闭窑气阀，停止反应；

（4）脱水干燥：将反应液抽入熟浆贮槽，待存浆量能满足连续生产后抽浆通过离心过滤机脱水过滤得到滤饼，皮带输送滤饼到旋转烘干炉进行干燥，得到的烘干料通过皮带输送机送入粉碎机，经过粉碎风选筛分分级后得到主要为棒状轻质碳酸钙成品。

实施例4：

一种轻质碳酸钙，其初级粒子平均短径为0.1-0.2μm、初级粒子平均长径为1.0-2.0μm、长宽比为10-20并且形状主要为棒状或者圆柱状或者针状。它包括以下步骤制备而成：

（1）消化：将碳酸钙含量大于97.0%的石灰石煅烧成中烧石灰，烧成的中烧石灰与热水按质量百分比为1∶10的比例倒入旋转消化机中进行消化反应，制得的氢氧化钙乳液经120目的振动筛进行过滤除渣，再经过旋液分离器进行进一步除渣，得到氢氧化钙乳液后放置在储槽中备用；

（2）混合：按照氯化镁：聚乙烯醇：磷酸氢钾的重量比为1.0∶2.5∶2.0配置晶形控制剂；在调浓槽中加水将步骤（1）中制得的氢氧化钙乳液的重量浓度调到12%，加入配制好的复合型晶形控制剂，其中加入的复合型晶形控制剂的重量为氢氧化钙重量的2.0%，搅拌35分钟，使其充分混合均匀；

（3）碳化：用泵将步骤（2）中制得的氢氧化钙乳液打入碳化反应器，所述碳化反应器为不带有搅拌装置的间歇式鼓泡碳化塔；开启窑气阀，通入含CO₂体积浓度为100%、经净化并冷却到35℃以下的窑气进行碳化反应，氢氧化钙乳液的进料温度为70℃，碳化反应过程中，反应自身放热，窑气通过乳液会带走部分热量，碳化反应温度一般为50-70℃之间，碳化至反应液pH=6.5-7时关闭窑气阀，停止反应；

（4）脱水干燥：将反应液抽入熟浆贮槽，待存浆量能满足连续生产后抽浆通过离心过滤机脱水过滤得到滤饼，皮带输送滤饼到旋转烘干炉进行干燥，得到的烘干料通过皮带输送机送入粉碎机，经过粉碎风选筛分分级后得到主要为棒状碳酸钙成品。

Claims (5)

1.一种棒状轻质碳酸钙，其特征在于：其初级粒子平均短径为0.1-0.2μm、初级粒子平均长径为0.3-2.0μm、长宽比为3-20并且形状主要为棒状和/或圆柱状或者针状。

2.一种棒状轻质碳酸钙的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：

（1）消化：将中烧石灰与热水按质量百分比为1:4-10的比例倒入旋转消化机中进行消化反应，制得的氢氧化钙乳液经60-120目的振动筛进行过滤除渣，再经过旋液分离器进行进一步除渣，得到氢氧化钙乳液后放置在储槽中备用；

（2）混合：在调浓槽中加水将氢氧化钙乳液的重量浓度调到6-12%，加入复合型晶形控制剂，其中加入的复合型晶形控制剂的重量为氢氧化钙重量的0.1-2.0%，搅拌25-35分钟，使其充分混合均匀；

（3）碳化：用泵将步骤（2）中制得的氢氧化钙乳液打入碳化反应器，开启窑气阀，通入含CO₂体积浓度为15-100%的窑气进行碳化反应，氢氧化钙乳液的进料温度为25-70℃，碳化反应过程中，反应自身放热，窑气通过乳液会带走部分热量，碳化反应温度一般为30-70℃之间，碳化至反应液pH=6.5-7时关闭窑气阀，停止反应；

（3）脱水干燥：将反应液经脱水、干燥、粉碎、筛分的常规工序后得到主要为棒状轻质碳酸钙。

3.根据权利要求2所述的一种棒状轻质碳酸钙的制备方法，其特征在于：所述的复合型晶形控制剂由三种组分组成，第一种组分为可溶性镁盐，第二种组分为聚乙烯醇，第三种组分为磷酸或其盐类，其中三种组份重量比为：1.0∶0.8-2.5∶0.2-2.0。

4.根据权利要求2所述的一种棒状轻质碳酸钙的制备方法，其特征在于：所述的碳化反应控制氢氧化钙乳液的重量浓度为12%，窑气含CO₂体积浓度为30%。

5.根据权利要求2所述的一种棒状轻质碳酸钙的制备方法，其特征在于：所述的碳化反应器为带有搅拌装置或者不带有搅拌装置的间歇式鼓泡碳化塔。

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