[发明专利]制备沉淀碳酸钙的设备和方法

说明书

本发明涉及制备沉淀碳酸钙(PCC)的方法。

根据此方法，使用气体二氧化碳对氢氧化钙进行碳酸盐化。

本发明也涉及通过氢氧化钙碳酸盐化来制备碳酸钙的设备，该设备包括至少两个具有一个或多个可转动叶片环的串联针磨机。

另一方面，本发明涉及以沉淀碳酸钙为基础的颜料产物。

使用沉淀碳酸钙作为纸的填充剂或涂剂。其他可能的使用领域包括油漆、塑料、食品加工工业、制药工业等等。

可以利用苛化法和利用碳酸盐化反应制备PCC。在苛化方法中，氧化钙进行消化，借此形成氢氧化钙，然后氢氧化钙在液相中与碳酸钠反应。因此，得到了苛性钠(NaOH)和碳酸钙，当碳酸钙沉淀下来时，氢氧化钠仍处在溶解状态。回收两种产物，并送去进一步加工。

在碳酸盐化的方法中，由石灰消化获得的氢氧化钙淤浆与气体二氧化碳反应。该反应典型地是将由烟道气得到的含二氧化碳和其含量约20～40％的气体加入Ca(OH)₂混合物中进行的，该混合物的固体含量约是20％。这样CO₂气吹入Ca(OH)₂溶液中，借此二氧化碳气体分化成气泡，这些气泡中所含的二氧化碳溶解在包围的水中。形成了可与Ca²⁺离子反应的碳酸根，借此得到了从溶液中沉淀出来的碳酸钙。

为了提供更充分的考虑，可以提及不仅在制备PCC方面，而且也在其它方面，例如其中包括烟道气脱硫和烟道气洗涤器的涤气方面，均可利用氢氧化钙与二氧化碳的反应。

若干值得考虑的缺点都与制备PCC在先技术的方法有关。因此，PCC中残留的盐妨碍了常规的苛化法。另一方面，当用常规的二氧化碳碳酸盐化方法生产PCC时，缺点在于该反应所需要的碳酸盐化时间长，典型情况下需1-7小时。此外，PCC结晶产物具有不同的大小，它们的粒度在很广的范围内变化。难于达到快速成核和同时产生大量的然后成长为大量的小晶体的晶种的充分有效的传质条件，也妨碍了在先技术的解决方案。

本发明的目的是消除在先技术的缺点，获得由消石灰和二氧化碳气体制备沉淀碳酸钙的全新的解决方案。

本发明是以在湍流区进行经受强烈湍流扰动的碳酸盐化反应的构思为基础，其方法是利用无规小液滴的中介作用使二氧化碳气体与氢氧化钙颗粒进行反应。因此，在反应中，在强烈的湍流扰动和大的能量强度条件下，气体、液体和固体颗粒彼此同时相接触。气流吸收液体和颗粒，形成湍流的三相混合物。由于同时存在着三相，所以根据本发明的解决方案也可以叫做三相法，气相构成了反应介质。

更详细地说，根据本发明的方法的特征在于在气相中在包括至少两个具有一个或多个可转动叶片环的串联针磨机的设备中、在能量强度超过1,000千瓦/米³的湍流中、使氢氧化钙和液雾与二氧化碳气体接触进行碳酸盐化反应。

根据本发明的方法，其特征还在于二氧化碳和氢氧化钙经受约1,100-6,000千瓦/米³能量强度的作用。

根据本发明进一步的方法，其特征还在于该方法任选在改良碳酸钙的反应气体存在下进行，所述改良碳酸钙的反应气体含氟化氢气体、氯化铝、四氯化硅或四氟化硅、或四氯化钛。

根据本发明的设备包括至少两个具有一个或多个可转动叶片环的串联针磨机(pin mill)，藉助于转动叶片环可以使装入设备中的物料经受着很大的能量强度。第一个针磨机至少设有一个消石灰和二氧化碳的入口和一个反应产物的排料出口，第二个针磨机设有一个来自前面的针磨机产物的入口和反应产物的排出口。如果需要的话，气体或混合液可以在针磨机转动叶片环之间或转动叶环组之间送入。针磨机通过管道彼此相连，如果需要的话，针磨机可以装有混合液的入口。

更详细地说，根据本发明的设备的特征包括：

-至少两个具有一个或多个可转动叶片环的串联针磨机，利用转动叶片环将高能量强度作用于引入设备中的物料上，

-第一个针磨机，它装配有至少一个消石灰和二氧化碳的入口和一个反应产物的出口，

-第二个针磨机，它装配有第一个针磨机产物的入口和反应产物的出口，和

-针磨机之间互相连接的管线，如果需要的话，这些管线配置有混合液的入口。

通过本发明，可以得到具有壳状结构的全新的产物。沉淀的颗粒优选地具有30-100纳米的粒度，具有球形的，这样它们形成具有一个或几个壳层的沉淀颗粒。

产物的特征在于所述产品的沉淀颗粒是球形的，具有30-100纳米的粒度，由一个或几个壳层构成。