一种立方形纳米碳酸钙的生产方法技术

本发明专利技术公开了一种立方形纳米碳酸钙的生产方法，该方法包括如下步骤：1)取石灰石和焦炭在立窑中煅烧产生氧化钙和窑气；2)取净化窑气及配制浓度为5～15wt％的氢氧化钙悬浮液；3)采用超重力反应器进行两级碳化后陈化；4)于40～80℃温度下改性；5)过滤、干燥、破碎、分级，得到立方形纳米碳酸钙。本发明专利技术的生产方法生产效率高，原料来源广，成本低，且该生产方法实现了纳米碳酸钙的连续化生产，同时，生产过程中无需添加晶型控制剂等助剂即可制备得到粒度在10～80nm的粒度分布窄且形态、质量稳定的立方形纳米碳酸钙。

A production method of cubic nanometer calcium carbonate

The invention discloses a method for producing cubic nano calcium carbonate, which comprises the following steps: 1) from limestone and coke calcining in shaft kiln to produce calcium oxide and kiln gas; 2) the purification and preparation of kiln gas concentration is 5 ~ 15wt% calcium hydroxide suspension; 3) by force two overweight carbonization reactor after aging; 4) at 40~80 DEG C temperature modification; 5) filtration, drying, crushing, grading, obtained cubic nano calcium carbonate. The production method of the invention has high production efficiency, low cost, wide source of raw materials, and the production method to realize the continuous production of nanometer calcium carbonate, at the same time, the production process without adding crystal control agent can be prepared at the size of 10 ~ 80nm and narrow size distribution form, stable quality cubic nano calcium carbonate.

【技术实现步骤摘要】
一种立方形纳米碳酸钙的生产方法
本专利技术涉及纳米材料制备
更具体地，涉及一种立方形纳米碳酸钙及其生产方法。
技术介绍
碳酸钙在塑料、橡胶、涂料、油墨、造纸、硅酮胶、汽车等诸多行业中有着广泛的应用。近年来，随着碳酸钙纳米化及表面改性技术的不断发展，使得碳酸钙的应用价值有望得到大幅度的提高。立方形纳米碳酸钙作为填料加入到塑料、橡胶、纸张中，可提高材料的机械性能，已成为目前应用量最大的纳米碳酸钙。因此，开发出形貌规整、粒度分布窄的纳米碳酸钙工业化生产技术具有十分重要的意义。我国纳米碳酸钙的研究开发始于20世纪80年代初期，生产主要采用以下几种方法，包括间歇鼓泡碳化法、连续鼓泡碳化法、连续喷雾碳化法、超重力法、多孔膜法等。目前国内外纳米碳酸钙的生产方法主要有：1间歇鼓泡碳化法根据碳化塔中是否有搅拌装置，该法又分为普通间歇鼓泡碳化法和搅拌式间歇鼓泡碳化法。在碳化塔中加入精制的氢氧化钙悬浮液和适当的晶型控制剂，然后从塔底通入二氧化碳至pH值变为7，就得到碳酸钙产品。该法投资少、操作简单，但生产不连续，自动化程度低，产品粒度分布不均匀，平均粒径较大，且不同批次产品的重复性差。2连续鼓泡碳化法该法一般采用两级或三级串联碳化，即将精制的氢氧化钙悬浮液经第一级碳化塔进行部分碳化后得到反应混合液，在浆槽中加入适当的添加剂后再进入第二级碳化塔碳化得到产品或再进入第三级碳化塔中碳化得到最终产品。由于碳化过程分步进行，采用级间进行表面活性处理，并可通过制冷来控制碳化温度，因此对晶型的成核、生长过程和表面处理也是分段控制，可得到较小的粒径和粒径分布。现在，国内采用该技术的生产厂家可以根据用户要求通过严格控制浆料浓度、碳化温度、添加剂种类及用量等来生产所需晶型和粒径的产品。但这种方法的工艺条件复杂，控制难度很大，同样需要添加晶型控制剂等添加剂，且所得产品的粒径同样存在分布相对较差和产品重复性差的问题，究其原因是因为碳化塔内微观混合不均匀造成的。3多级喷雾碳化法多级喷雾碳化法制备纳米碳酸钙的基本步骤是：经过精制的氢氧化钙悬浮液配制成工艺要求的浓度，加入适量的添加剂，充分混匀后泵入喷雾碳化塔顶部的雾化器中，在高速旋转产生的巨大离心力作用下，浆液被雾化为微细粒径的雾滴；经过净化后的含二氧化碳气体由塔底进入，经气体分布器均匀分散在塔中，雾滴在塔内同气体进行瞬时逆向接触发生化学反应生成碳酸钙。由多级喷雾碳化法制备的碳酸钙产品的粒度细小且均匀，平均粒径在30-40nm范围，微粒晶型可以调节控制。缺点在于设备投资较大，喷头容易堵塞，技术较复杂，操作难度较大，使其工业应用推广受到限制。4多孔膜微反应器碳化法清华大学与山东盛大科技股份有限公司研制了制备纳米碳酸钙的膜分散微结构反应器。用孔径为几微米或几十微米的膜材料作为分散介质，通过强化微观混合促进传质和反应的快速进行，使制备的碳酸钙粒径小且分布均匀。通过调控浆料浓度、气液流量、压力等参数可较好的控制产品的粒径和晶型。但是，由于膜材料的尺寸太小，操作时稍有不慎就可能因为结垢而堵塞膜材料，因此碳化时氢氧化钙浆料的浓度较低，且采用间歇操作方式，因此存在操作过程复杂，成本高等问题。5超重力碳化法北京化工大学超重力工程研究中心开发了超重力法生产纳米碳酸钙新技术，利用旋转产生的比地球重力加速度大得多的超重力环境，极大强化了气液两相间的传递过程及微观混合过程，并通过工艺参数的调变可以有效控制碳化反应过程和结晶过程，制备得到粒度小、分布均匀的纳米碳酸钙粉体。然而，由于纳米碳酸钙易于在填料上结垢，因此在运行一段时间后就必须对设备进行清洗，不仅增加了工人的工作量，而且操作过程也相对复杂。因此，需要一种新的，能克服上述不足的制备纳米碳酸钙的方法。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的在于提供一种立方形纳米碳酸钙的生产方法，该方法生产效率高，原料来源广，成本低，安全环保，且该生产方法实现了纳米碳酸钙的连续化生产，同时，生产过程中无需添加晶型控制剂等助剂即可制备得到粒度在10～80nm的粒度分布窄且形态、质量稳定的立方形纳米碳酸钙。本专利技术的第二个目的在于提供上述生产方法生产得到的立方形纳米碳酸钙。为达到上述第一个目的，本专利技术采用下述技术方案：一种立方形纳米碳酸钙的生产方法，包括如下步骤：1)取石灰石和焦炭在立窑中煅烧产生氧化钙和窑气；2)将上述窑气降温、除尘和脱硫，得二氧化碳浓度为15～40％的净化窑气；以上述氧化钙为原料，配制浓度为5～15wt％的氢氧化钙悬浮液；3)碳化工段：在设备开车阶段，首先将步骤2)所得氢氧化钙悬浮液经换热器后通过进料泵泵入到与一级超重力反应器配套的第一搅拌釜中，当第一搅拌釜中的物料达到预定体积后停进料泵，然后将第一搅拌釜中的物料泵入到一级超重力反应器中与净化窑气接触并进行碳化反应，循环至一级超重力反应器中浆料的pH为8～12，之后，前述一级碳化工段进入连续运行状态，重新开启进料泵，同时将一级超重力反应器中的浆料按照与进料泵同样的流量泵入二级超重力反应器中，并与来自一级超重力反应器的净化窑气接触并发生反应，离开二级超重力反应器的浆料流入配套的第二搅拌釜，当第二搅拌釜中浆料达到预设体积后开始循环，循环浆料与来自一级超重力反应器的浆料混合并在二级超重力反应器中继续进行碳化反应，二级超重力反应器中浆料的pH控制为6.8～7，当第二搅拌釜中的浆料达到预定体积后，将二级超重力反应器中的浆料按照与输入量相同的量送入陈化池进行陈化，前述二级碳化工段开始进入连续运行状态，其中，一级超重力反应器和二级超重力反应器的温度均控制在10～50℃；4)将陈化后的浆料泵入改性罐中，于40～80℃温度下改性；5)将改性后的浆料进行过滤、干燥、破碎、分级，得到立方形纳米碳酸钙产品。进一步地，步骤2)中，氢氧化钙悬浮液的配制方法为：将步骤1)所得氧化钙经除杂后加40～70℃热水消化，其中氧化钙与热水的质量比为1:4～7，再经筛选除杂后陈化6～12小时，然后经悬液分离器后除渣并加水稀释，得到浓度为5～15wt％的氢氧化钙悬浮液。进一步地，步骤3)中，泵入到一级超重力反应器和泵入二级超重力反应器中的浆料和/或物料与净化窑气分别独立的为并流接触或逆流接触，优选为均为逆流接触。进一步地，步骤3)中，所述一级超重力反应器和二级超重力反应器分别独立的选自超重力旋转填充床、或具有自增压作用的超重力反应器，例如，公开号为：CN104511235A中公开的自增压旋转填充床装置，公开号为：CN102120172A中公开的低压降纳微结构化填料旋转床超重力装置。进一步地，步骤3)中，所述一级超重力反应器和二级超重力反应器的超重力水平分别为30～500。优选地，在本专利技术的一些具体实施方式中，所述一级超重力反应器和二级超重力反应器的超重力水平分别为30～500。本专利技术中，超重力水平的定义为：式中：β：超重力水平ω：角速度，s-1rm：转子平均半径，mN：转速，rpmrin：转子内半径，mrout：转子外半径，mg：重力加速度，m·s-2。进一步地，步骤3)中，所述一级超重力反应器和二级超重力反应器的填料层中的填料为改性泡沫镍填料，所述改性泡沫镍填料的处理过程包括：将泡沫镍填料依次在40～70℃的氢氧化钠溶液、稀硫酸溶液中浸泡，再于无水乙醇溶液中超声本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种立方形纳米碳酸钙的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：1)取石灰石和焦炭在立窑中煅烧产生氧化钙和窑气；2)将上述窑气降温、除尘和脱硫，得二氧化碳浓度为15～40％的净化窑气；以上述氧化钙为原料，配制浓度为5～15wt％的氢氧化钙悬浮液；3)碳化工段：在设备开车阶段，首先将步骤2)所得氢氧化钙悬浮液经换热器后通过进料泵泵入到与一级超重力反应器配套的第一搅拌釜中，当第一搅拌釜中的物料达到预定体积后停进料泵，然后将第一搅拌釜中的物料泵入到一级超重力反应器中与净化窑气接触并进行碳化反应，循环至一级超重力反应器中浆料的pH为8～12，之后，前述一级碳化工段进入连续运行状态，重新开启进料泵，同时将一级超重力反应器中的浆料按照与进料泵同样的流量泵入二级超重力反应器中，并与来自一级超重力反应器的净化窑气接触并发生反应，离开二级超重力反应器的浆料流入配套的第二搅拌釜，当第二搅拌釜中浆料达到预设体积后开始循环，循环浆料与来自一级超重力反应器的浆料混合并在二级超重力反应器中继续进行碳化反应，二级超重力反应器中浆料的pH控制为6.8～7，当第二搅拌釜中的浆料达到预定体积后，将二级超重力反应器中的浆料按照与输入量相同的量送入陈化池进行陈化，前述二级碳化工段开始进入连续运行状态，其中，一级超重力反应器和二级超重力反应器的温度均控制在10～50℃；4)将陈化后的浆料泵入改性罐中，于40～80℃温度下改性；5)将改性后的浆料进行过滤、干燥、破碎、分级，得到立方形纳米碳酸钙产品。...

【技术特征摘要】
1.一种立方形纳米碳酸钙的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：1)取石灰石和焦炭在立窑中煅烧产生氧化钙和窑气；2)将上述窑气降温、除尘和脱硫，得二氧化碳浓度为15～40％的净化窑气；以上述氧化钙为原料，配制浓度为5～15wt％的氢氧化钙悬浮液；3)碳化工段：在设备开车阶段，首先将步骤2)所得氢氧化钙悬浮液经换热器后通过进料泵泵入到与一级超重力反应器配套的第一搅拌釜中，当第一搅拌釜中的物料达到预定体积后停进料泵，然后将第一搅拌釜中的物料泵入到一级超重力反应器中与净化窑气接触并进行碳化反应，循环至一级超重力反应器中浆料的pH为8～12，之后，前述一级碳化工段进入连续运行状态，重新开启进料泵，同时将一级超重力反应器中的浆料按照与进料泵同样的流量泵入二级超重力反应器中，并与来自一级超重力反应器的净化窑气接触并发生反应，离开二级超重力反应器的浆料流入配套的第二搅拌釜，当第二搅拌釜中浆料达到预设体积后开始循环，循环浆料与来自一级超重力反应器的浆料混合并在二级超重力反应器中继续进行碳化反应，二级超重力反应器中浆料的pH控制为6.8～7，当第二搅拌釜中的浆料达到预定体积后，将二级超重力反应器中的浆料按照与输入量相同的量送入陈化池进行陈化，前述二级碳化工段开始进入连续运行状态，其中，一级超重力反应器和二级超重力反应器的温度均控制在10～50℃；4)将陈化后的浆料泵入改性罐中，于40～80℃温度下改性；5)将改性后的浆料进行过滤、干燥、破碎、分级，得到立方形纳米碳酸钙产品。2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤2)中，氢氧化钙悬浮液的配制方法为：将步骤1)所得氧化钙经除杂后加40～70℃热水消化，其中氧化钙与热水的质量比为1:4～7，再经筛选除杂后陈化6～12小时，然后经悬液分离器后除渣并加水稀释，得到浓度为5～15wt％的氢氧化钙悬浮液。3.根据权利要求1所述的生...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建峰，邹海魁，初广文，罗勇，孙宝昌，张亮亮，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11