[发明专利]一种用煤矸石制备轻质碳酸钙的方法

说明书

【技术领域】

本发明属于煤矸石的应用领域，特别涉及一种用煤矸石制备轻质碳酸钙的方法。

【背景技术】

轻质碳酸钙是一种用途极为广泛的无机填料，目前全国轻质碳酸钙的生产量已经达到4 0万吨/年。随着国民经济的快速发展，其需求量仍处上升趋势，尤其是近几年建筑业按国家要求将门窗塑钢化，供排水管道的以塑代钢，同时造纸行业碱性施胶技术的推广及普及和外贸出口量的增加等，更扩大了轻质碳酸钙的应用市场。从全国市场看，轻质碳酸钙仍处于供不应求的状态，尤其是一些特殊优质材料所需要的轻质碳酸钙的需求量更是日益增长。分析表明，特别是橡胶、塑料、油墨、造纸加工制造业水平较高，对轻质碳酸钙的需求较大且质量要求高。

煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。煤矸石的主要成分是Al₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃、CaO、MgO、Na₂O、K₂O和P₂O₅等。目前煤矸石都是采用直接被废弃或者直接制备成混凝土或水泥，后续加工和利用的工业化程度较低，产物经济附加值较小。因此，研究一种用煤矸石制备轻质碳酸钙的方法，对于提升煤矸石的回收利用具有巨大的参考价值。

【发明内容】

本发明目的在于提供一种用煤矸石制备轻质碳酸钙的方法，本发明先对煤矸石进行预处理，将煤矸石中的二氧化硅、二氧化锰、氧化铁、氧化镁和氧化铝去除；然后将煤矸石进行焙烧，生成氧化钙；最后在多孔二氧化钛催化剂的催化作用下进行碳化，得到轻质碳酸钙。本发明中以来源广泛、价格低廉的煤矸石制备轻质碳酸钙，且制备的轻质碳酸钙的纯度高，可广泛应用于医药、建筑装潢领域。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种用煤矸石制备轻质碳酸钙的方法，包括以下步骤：

(1)煤矸石预处理：按重量份数计，将200份煤矸石和500份去离子水放入反应器中，搅拌均匀后加入10份浓盐酸，过滤，在滤液中加入4份浓硫酸进行沉淀，沉淀物中加入50份碳酸钠溶液和3份盐酸，过滤，所得滤渣即为碳酸钙粉末粗品；

(2)焙烧：将碳酸钙粉末粗品放入马弗炉中，先以10～30℃/min的速率缓慢升温至将400℃，恒温1h后，再以50～65℃/min的速率快速升温至将700～1000℃，焙烧2h，迅速放入3～6℃的环境中冷藏备用，得到氧化钙粉末；

(3)碳化：按重量份数计，将100份氧化钙粉末和5000份去离子水放入碳化反应器中，将袋装有多孔二氧化钛催化剂的袋子放入去离子水中，在超声波处理功率为1200～1700W、温度为40～55℃的条件下通入二氧化碳气体进行碳化，碳化的过程中保持反应体系的压力为2.5～4.5MPa，反应45min后，得到的沉淀物即为碳酸钙晶体，将碳酸钙晶体进行热风干燥处理和球磨处理后，得到轻质碳酸钙成品。

在本发明中，作为进一步说明，步骤(3)所述的多孔二氧化钛催化剂由下述方法制备：按重量份数计，将100份乙醇溶液、1份表面活性剂和2份硫酸铁放入反应器中，启动搅拌装置，在300～600r/min的速度进行搅拌，同时以2mL/min的速度加入10份钛酸四丁酯，继续反应2～3h，经过减压蒸馏后，用无水乙醇进行沉淀，收集沉淀物，并用纯净水冲洗25min，保持冲洗强度为25～40L/(m²·s)，将冲洗后的沉淀物放在马弗炉进行焙烧后，得到掺杂有铁离子的多孔二氧化钛催化剂。

在本发明中，作为进一步说明，所述的乙醇溶液的质量分数为60～73％。

在本发明中，作为进一步说明，步骤(1)所述的碳酸钠溶液的质量分数为10～15％。

在本发明中，作为进一步说明，步骤(3)所述的热风干燥处理的参数为：温度为110～125℃、干燥时间为4～6h。

在本发明中，作为进一步说明，步骤(3)所述的球磨处理的的参数为：球磨速度1000～2000r/min、时间为15～25min。

部分原料的功能介绍如下：

浓盐酸，在本发明中可形成盐酸，用于溶解氧化铝、氧化铁、氧化钙、氧化镁、氧化钠和氧化钾，进而达到去除二氧化硅和五氧化二磷的目的。

浓硫酸，在水中形成硫酸溶液，和氯化钙反应生成硫酸钙沉淀，进而达到去除铝离子、铁离子、钾离子、钠离子和镁离子的目的。

碳酸钠溶液，在本发明中用于和钙离子生成碳酸钙沉淀。