[发明专利]一种相转移-碳化法制备轻质碳酸钙的方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种纳米轻质碳酸钙的生产方法，具体地说是一种相转移-碳化法制备轻质碳酸钙的方法，通过对生石灰粗浆液进行提纯，再经碳化生产高品质纳米轻质碳酸钙。

二、背景技术

轻质碳酸钙又称沉淀碳酸钙，简称PPC，主要是以石灰石为原料，经焙烧、消化、碳化、干燥等工艺流程制取。轻质碳酸钙作为一种用途极广的工业填充剂已有100多年的历史，现广泛应用于造纸、塑料、橡胶、涂料、油墨、胶粘剂、日用化工、食品、医药、饲料、化学建材以及密封材料等行业。目前，世界上碳酸钙的总产量约8000万吨/年（包括重质和轻质碳酸钙），其生产与应用主要集中在美国、中国、日本和西欧。我国轻质碳酸钙总产量仅次于美国，居世界第二位，且随着国民经济的快速发展，其需求量仍将以每年15-20%的速度递增。

目前，采用不同的生产方法可以制备出不同品质的碳酸钙产品，在《轻质及纳米碳酸钙关键技术》（颜鑫，卢云峰主编，2012年1月出版）一书中，详细介绍了碳酸钙的生产工艺及现有的方法。轻质碳酸钙主要通过碳化法生产，其中包括：间歇鼓泡碳化法，连续鼓泡碳化法，连续喷雾碳化法，超重力反应结晶法，微乳液法等。

目前工业上制取轻质碳酸钙是以石灰石为原料经煅烧、消化、湿筛和旋液除杂制备石灰乳精浆液，然后再经碳化制备轻质碳酸钙，但该方法依然存在着诸如碳酸钙产品粒度难以超细化，粒度分布宽而难于控制，不同批次产品质量重复性差，工艺流程时间较长，生产效率较低等不足。针对这些问题，在《膜分散微反应器制备碳酸钙超细颗粒》（全国碳酸钙行业会议论文集2008年，王凯），《超细轻质碳酸钙的制备及其表征》（非金属矿2012年第35期，张珍一等），《高纯度要用碳酸钙及其制造方法》（公开号1587056A），《碳酸钙的制造方法》（公开号CN1395543A）等文献和专利中都介绍了高品质碳酸钙的合成方法，但都没有从根本上解决上述问题。

碳化反应从本质上说是一个气液固反应串联，晶体成核生长的过程，要想解决工业生产中现存的问题，就必须大大提高溶液中钙离子的过饱和度，从根本上强化反应器内的传递过程和微观混合过程。

三、发明内容

本发明旨在提供一种相转移-碳化法制备轻质碳酸钙的方法，所制得的轻质碳酸钙纯度高、粒度分布范围窄，形貌均匀，制备工艺简单，生产效率高。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明相转移-碳化法制备轻质碳酸钙的方法，是首先通过相转移反应将生石灰粗浆液转化为可溶性钙离子溶液，然后向可溶性钙离子溶液中通入CO₂气体，沉淀分离得到碳酸钙。

本发明相转移-碳化法制备轻质碳酸钙的方法，包括相转移反应和碳化反应各单元过程：

所述相转移反应是在常温下将生石灰加入水中搅拌得到生石灰粗浆液，所述生石灰粗浆液中钙元素浓度为0.4-0.8mol/L；然后向生石灰粗浆液中加入相转移剂，常温搅拌反应20-60min，过滤后得到钙离子溶液；

所述碳化反应是将所述钙离子溶液加热至20-90℃，加入分散剂，然后通入CO₂，反应至溶液pH为7-8时停止通入CO₂，于20-90℃下陈化1-3h，过滤、洗涤，滤饼于60℃干燥得轻质碳酸钙。

所述相转移剂选自葡萄糖酸、葡萄糖酸衍生的铵盐或钠盐、焦磷酸、焦磷酸衍生的铵盐或钠盐、乳酸、乳酸衍生的铵盐或钠盐、柠檬酸、柠檬酸衍生的铵盐或钠盐中的一种或几种。若为多种时，比例任意。

所述相转移剂添加的摩尔量为所述生石灰粗浆液中钙元素摩尔量的1-4倍。

所述分散剂选自异丙醇、六偏磷酸钠、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种。若为多种时，比例任意。

所述分散剂的添加量为以产率100%计时所得碳酸钙质量的1-3%。

本发明所用原料为石灰石经煅烧后的生石灰，在相转移反应工序可直接将生石灰粗浆液中的钙以离子的形式转入液相，从而实现钙离子与粗浆液中不溶性杂质的有效分离，因此，生石灰粗浆液中杂质的含量不会对最终碳酸钙产品的纯度产生影响。

本发明通过快速的相转移反应即可除去生石灰粗浆液中的其他杂质，包括氧化镁、二氧化硅、氧化铝等，可省去传统工艺中需消化、湿筛和旋液除杂制备石灰乳精浆液等的较复杂工艺过程。

本发明采用相转移-碳化法，钙离子以可溶性物质溶于体系中，碳酸钙的沉淀不再依赖于溶液中钙离子的过饱和度，大大提高体系中钙离子的浓度，进而可大大提高生产效率。

与现有的碳化反应生产轻质碳酸钙工艺相比，本方法的有益效果在于：