[发明专利]一种采用超临界二氧化碳制备沉淀碳酸钙的装置

说明书

本发明公开了一种采用超临界二氧化碳制备沉淀碳酸钙的装置，包括精浆入口，超临界CO₂输入喷管，碳化反应器，正反桨涡轮组合，晶型控制剂入口、拉瓦尔喷口及中心轴，超临界CO₂输入喷管设于精浆入口上，精浆入口设于碳化反应器的入口处，精浆入口是一个逐渐缩小的喇叭管，碳化反应器的入口是喇叭的小口，碳化反应器的出口连接拉瓦尔喷口。碳化反应器是一个入料口至出料端逐渐增大后又逐渐减小的密封罐体，碳化反应器的前端上部设有晶型控制剂入口，正反桨涡轮组合设在碳化反应器内部安装在中心轴上。本发明的装置碳化过程、长径比、晶型可控，成品粒度均匀且分布窄，可用于不同领域的多种晶型碳酸钙生成。

技术领域

本发明属于轻质和纳米碳酸钙的生产领域，具体是一种采用超临界二氧化碳制备沉淀碳酸钙的装置。

背景技术

PCC(Precipitated Calcium Carbonate)是沉淀碳酸钙的简称，碳酸钙是一种常见的无机化合物，是石灰岩石(简称石灰石)的主要成分，分子式为CaCO₃，相对分子量为100.09。碳酸钙按生产方法不同，将碳酸钙分为轻质碳酸钙、重质碳酸钙和活性碳酸钙。

1、轻质碳酸钙，又称为沉淀碳酸钙(简称轻钙)。是将石灰石等原料煅烧生成石灰和二氧化碳，再加水消化石灰生成石灰乳(主要成分为氢氧化钙)；然后再通入二氧化碳，碳化石灰乳，生成碳酸钙沉淀；经脱水干燥和粉碎制得。

2、重质碳酸钙(简称重钙)，是利用机械方法直接粉碎天然的石灰石、方解石、白垩、贝壳等而制成。因为重质碳酸钙的沉淀体积比轻质碳酸钙沉淀体积小，所以称之为重质碳酸钙。

3、活性碳酸钙、改性碳酸钙、表面处理碳酸钙、胶质碳酸钙或(简称活钙)，是用表面改性剂对轻质碳酸钙或重质碳酸钙进行表面改性而制得。由于经表面改性剂改性后的碳酸钙，通常都具有多种强化相关性能的作用，因此，习惯上把改性碳酸钙都称之为活性碳酸钙。

在1909年，日本人白石衡二发明了用石灰乳和石灰窑产窑气中的CO₂，反应生产出沉淀碳酸钙的方法，称为碳化法。用此法得到的纳米钙及轻钙粉体的主要特点有：粒度小，其平均粒径在微米级；粒度分布专一性高，可以视为单分散粉体；粉体晶型多样化。在碳化工艺中，可以根据不同需求，添加不同的晶型导向剂或表面活性剂，来获得不同品型和粒径的轻质碳酸钙。

在PCC生产工艺中，对产品质量影响最关键的工艺之一就是碳化工艺。碳化工艺是决定PCC晶体形状和粒径大小的关键控制操作。按碳化过程的不同，其生产工艺大致有以下四种：低温间歇鼓泡碳化法、连续喷雾碳化法、搅拌反应釜碳化法和超重力反应塔方法等。采用以上碳化工艺生产PCC在分散性和稳定性方面不理想，其原因与碳化工艺、CO₂的利用率和设备技术控制操作的差距有关，尤其是批次质量之间的差异尤为明显。

碳化法涉及的化学反应式如下：

石灰烧制：

消化反应(也称化灰反应)：CaO+H₂O→Ca(OH)₂+Q₂

碳化反应：Ca(OH)₂+CO₂→CaCO₃↓+Q₃

过碳化反应(也称为饱和碳化反应)：

CaCO₃+H₂O+CO₂→Ca(HCO₃)₂