[发明专利]一种核-壳结构纳米沉淀碳酸钙的制备方法

说明书

本发明公开了一种核‑壳结构纳米沉淀碳酸钙的制备方法，包括以下步骤：(1)核‑纳米沉淀碳酸钙的制备：煅烧低品位石灰石得到生石灰，消化去渣，调节石灰浆A固含量；取石灰浆A送入碳酸化塔进行碳酸化反应，得到核‑纳米沉淀碳酸钙悬浮液；(2)壳层的包覆：煅烧高品位石灰石得到生石灰，消化去渣，调节石灰浆B固含量；壳层的包覆，将核‑纳米沉淀碳酸钙悬浮液和10‑30wt.％石灰浆B混合，采用碳酸化的方法或陈化的方法制备得到核‑壳结构纳米沉淀碳酸钙悬浮液；经后处理得核‑壳结构纳米沉淀碳酸钙。纳米沉淀碳酸钙的常规碳酸化产物呈类立方形貌，本发明制备方法控制好壳层包覆工艺，也可确保核‑壳结构纳米沉淀碳酸钙呈类立方形貌。

技术领域

本发明属于无机材料技术领域，涉及沉淀碳酸钙，更准确地说，涉及以石灰石为原料的核-壳结构纳米沉淀碳酸钙的制备方法。

背景技术

碳酸钙是重要的非金属无机矿物。碳酸钙原矿泛指石灰石、方解石和大理石等碳酸钙含量高的矿石。工业碳酸钙是以石灰石、方解石和大理石等矿石为原料，经过物理或化学方法制得的不同形貌、不同粒度的粉体产品。通过沉淀结晶方法制取的产品称为沉淀碳酸钙，其中平均粒径小于100nm的称为纳米沉淀碳酸钙。因成本低，白度高，晶粒形貌和大小可控等优点，纳米沉淀碳酸钙被广泛应用于密封胶、涂料及塑料等聚合物复合材料填充。不同领域应用对纳米沉淀碳酸钙的化学成分、形态特征、表面改性及白度(或亮度)等有不同的要求，如白/浅色密封胶和塑料制品等对填充纳米沉淀碳酸钙的白度要求极高。白度是评判纳米沉淀碳酸钙产品质量的重要指标。

目前，纳米沉淀碳酸钙普遍采用碳酸化法生产，原料是石灰石。一般情况下，石灰石品质直接影响产品白度。低品位石灰石中铁、锰及盐酸不溶物等杂质含量高，严重影响纳米沉淀碳酸钙产品色相。在石灰石矿藏中，优质石灰石并不多，绝大部分石灰石品位低，杂质含量高。在沉淀碳酸钙生产过程中，在石灰石中大多数以离子或氧化物形式存在的铁锰等杂质最后进入产品中，影响碳酸钙白度，进而影响填充制品的色相。因此，很多杂质含量较高的低品位石灰石矿被丢弃或作为建筑材料贱卖，造成资源浪费。

为了充分利用石灰石资源，实现对低品位石灰石高价值化利用，不少学者研究如何利用杂质含量高的低品位石灰石矿石制备优质纳米碳酸钙，提高产品白度，改善其应用效果。目前普遍采用的方法包括石灰分选和化学增白。石灰分选是指对低品位石灰石煅烧后得到的石灰进行分级筛选，分选出优质石灰用于生产。化学增白是通过在碳酸钙生产过程中加入强氧化剂，如次氯酸钠、过氧化氢、连二亚硫酸钠、亚硫酸钙、硫代硫酸钠等，将有色金属离子及其不溶于水的氧化物氧化成可溶于水的低价态化合物，经过滤脱水除去，达到增白的目的。强氧化剂在石灰消化、碳酸化过程中或碳酸化后加入。此外，化学增白还可采用络合物除去或掩蔽有色离子。

生产中常用于提高沉淀碳酸钙白度的方法主要是石灰筛选、漂白石灰浆或沉淀碳酸钙产品及物理除杂。以上方法用于对碳酸钙的增白均存在较大的局限性。对石灰石经煅烧后得到的石灰进行筛选的方法，由于石灰质量不易量化判断，难以实行自动化筛分，因此生产中可操作性低或需花费较高的人力成本。化学增白的方法，由于不同漂白剂适用的pH范围不同，若需通过调节碳酸钙pH值使其保持在较强酸性条件下进行还原反应进行漂白，碳酸钙的基本性质会被改变。