[发明专利]利用低品位石灰石活化罐活化制备超细活性纳米碳酸钙的方法

说明书

技术领域

本发明涉及无机粉体的制备方法，具体说涉及利用低品位石灰石采用活化罐活化制备超细活性纳米碳酸钙的方法。

技术背景

纳米技术自20世纪80年代出现以来，其基础理论研究和在新材料开发中的应用研究均得到了快速发展，并且在传统材料、医疗器材、电子设备、涂料、塑料等行业得到了广泛的应用。纳米科技已成为21世纪材料科学领域内关注的热点问题，纳米新材料的开发研究工作已被众多国家和地区列入科技发展战略，全球纳米新材料研究的投资总额呈逐年上升的态势。近年我国纳米技术发展迅速，利用纳米技术进行纳米复合、塑料、橡胶和纤维的改性、纳米功能涂层材料的设计和应用，以及纳米材料在能源和环保等方面的应用开发已在我国兴起。据德国纳米专家预测到2010年，纳米技术的经济影响力将达到1万亿美元，2015年将超过2万亿美元。纽约一家纳米技术咨询公司预测，到了2014年，纳米技术衍生产品的价值将高达2.6万亿美元，占全球制造产品总值的15％。

碳酸钙作为最重要的无机粉体之一，其具有价格低廉、无毒、无刺激性、白度高等优点，广泛应用于橡胶、塑料、造纸、食品、医药等行业。随着社会经济的发展，橡胶、塑料、造纸等行业对于优质原材料的需求日益增强。预计“十一五”期间，我国纳米碳酸钙的年需求增速将保持在20％左右，2008年需求量将超过52万吨，2010年需求量将达到75万吨。因此，利用纳米技术生产纳米碳酸钙，从而生产出符合社会需求的产品是广大生产厂商的发展之路，更是广大用户的需要。

目前，国际上制备超细钙类无机粉体的技术以日本的工艺控制技术和德国等欧洲国家以添加助剂为代表。

前一种技术依据碳酸钙反应过程的动力学和热力学原理，通过调节反应过程的温度、固相浓度、气体流量等工艺参数的变化，从而达到控制碳化反应速度的目的。根据碳酸钙结晶过程中的不同阶段，控制其不同的反应速度，最终使碳酸钙的一次粒径达到100nm以下，并保证晶体界面生长完整，具有良好的分散性能。

后一种技术是依靠添加各种有机或无机助剂，在碳化反应过程中提高CO₂的溶解度，从而提高液相中CO₃^2-的过饱和度，促使结晶过程中晶核形成速度加快，有利于纳米碳酸钙粒子的产生；或添加无机电解质、表面活性剂等助剂，通过“双电层”及有机吸附层的“位阻效应”对碳酸钙晶体进行分散，抑制晶体长大，最终形成粒径分布均匀的纳米粒子，并具有良好的分散性能。

国内企业基本以这两种技术为主，更多地采用后一种技术。两种技术在工艺上存在较大区别，前一种工艺较为复杂，设备投资大，生产成本低，产品质量相对较为稳定；后一种工艺简单，增加一定量的助剂成本，质量较难控制。随着碳酸钙行业的不断发展，两种技术将不断地融合，碳化工艺更具多样性，产品的功能也会随之细分，品种将会更多。

碳酸钙活化主要有湿式活化和干式活化两种方法。干式活化只能对一些微米或亚微米的粉体颗粒进行包覆处理。纳米碳酸钙主要采用湿式活化，活化配方以脂肪酸类表面活性剂主体，活化工艺与设备都较为简单，活化机理极为复杂，它涉及了有机化学、无机化学、表面化学、胶体化学、高分子化学等学科，是一个综合性很强的边缘学科。日本在表面活化处理技术方面处于较为领先的地位，形成以脂肪酸、树脂酸为主的功能化改性产品。目前，表面处理配方已从单一的表面活性剂向复合型配方转变，使产品的分散性能和适用性能进一步提高。

脂肪酸活化又分为皂化活化和非皂化活化两种方法，一般的生产企业都采用完全皂化的脂肪酸盐进行活化，在活性剂配制过程中消耗能量较多，而且由于皂化后脂肪酸盐具有一定的溶解性，压滤过程中易造成部分表面活性剂流失损耗。非皂化工艺是将脂肪酸制成乳液进行活化处理，能耗低、吸附较为稳定，同时处理后的产品在亲水疏油性能上略胜一筹。

随着碳酸钙应用行业不断变化和发展，对纳米碳酸钙的功能提出了更高的要求，促使纳米碳酸钙的主含量也在逐渐发生变化，同时人们对纳米碳酸钙的认识上升到了新的高度，逐步将其视为一种复合型改性材料加以应用。国内已将碳酸钙直接与氯乙烯单体“原位聚合”成一种新型合成材料进行运用，并在山西太化股份公司实现了工业化生产。河北科技大学也正在研究以硅材料对碳酸钙进行复合的新型功能性填料。

发明内容

本发明的目的是利用低品位石灰石，采用活化罐活化生产超细功能钙类无机粉体材料的方法。

为实现本发明所采用的技术方案为：

1、将低品位石灰石进行煅烧与破碎，制成氧化钙。