專利名稱：晶核預(yù)成納米碳酸鈣的制備方法及專用設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提出一種制備納米碳酸鈣的新技術(shù)，其創(chuàng)新點在于能夠使晶體成核與生長這兩個階段實現(xiàn)分離，使超細(xì)納米尺度的碳酸鈣制備成為可能。
背景技術(shù)：
目前，納米輕質(zhì)碳酸鈣主要由碳酸鈣礦石分解、石灰消化及熟石灰碳化三個主要的反應(yīng)結(jié)構(gòu)單元組成。在碳酸鈣的制備過程中，對于產(chǎn)品的晶體形狀及大小起主要影響作用的反應(yīng)結(jié)構(gòu)單元是熟石灰的碳化反應(yīng)，碳化過程也是納米級碳酸鈣的形成過程，碳酸鈣作為六方晶系，其晶體形成過程包括晶體的成核及晶體的長大過程。
長期以來，在理論界一直存在著晶體的形核與生長不可分離的觀念，這樣國內(nèi)碳酸鈣生產(chǎn)廠家采用在反應(yīng)釜中進(jìn)行碳化反應(yīng)，晶體形核與生長同時進(jìn)行，通過控制反應(yīng)溫度及碳化時間來控制納米碳酸鈣晶體的大小。但是，由于碳化反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)，導(dǎo)致反應(yīng)釜溫度的不可精確控制，再加上石灰煅燒爐中的二氧化碳?xì)怏w濃度的波動，還有生產(chǎn)過程中不可調(diào)控的因素，使得按照常規(guī)的工藝參數(shù)控制所得納米碳酸鈣的粒徑范圍較大，產(chǎn)品的性能波動給應(yīng)用帶來了一系列的問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的納米碳酸鈣晶體粒徑大、范圍寬的問題，本發(fā)明的目的之一在于提供一種納米碳酸鈣制備新技術(shù)，該技術(shù)能夠制備出粒徑小、分布窄的納米碳酸鈣；本發(fā)明的另一目的在于提供一種該制備工藝專用的晶核預(yù)成反應(yīng)器設(shè)備。
本發(fā)明的發(fā)明目的是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種晶核預(yù)成納米碳酸鈣的制備方法，依次包括如下步驟A、煅燒石灰石生成氧化鈣，把氧化鈣送入給料器，然后消化成Ca(OH)2溶液，經(jīng)分離后得Ca(OH)2精漿；B、Ca(OH)2精漿在14～16℃的預(yù)碳化溫度下，泵入晶核預(yù)成反應(yīng)器中，在晶核預(yù)成器中產(chǎn)生大量的晶核；C、將大量的晶核導(dǎo)入密閉的碳化反應(yīng)釜中，通入二氧化碳生成納米碳酸鈣的漿體；D、將納米碳酸鈣漿體經(jīng)過壓濾、干燥后形成晶核預(yù)成的納米碳酸鈣。
所述A步驟中的Ca(OH)2溶液的分離采用重力分離槽及旋液分離器進(jìn)行分離。
所述A步驟中的消化反應(yīng)是在連續(xù)式消化槽中進(jìn)行的。
所述二氧化碳?xì)怏w壓力根據(jù)碳化釜的高度折算，二氧化碳的溫度為18～25℃。
一種晶核預(yù)成納米碳酸鈣的制備方法的專用設(shè)備晶核預(yù)成器，外形呈圓柱狀體，分為上、下兩層，上下兩層的中間用帶孔的隔板分開，上部分填充球形多孔填料。
晶核預(yù)成器的工作原理Ca(OH)2漿體從晶核預(yù)成器的下部Ca(OH)2漿體入口28泵入晶核預(yù)成器中，同時CO2氣體通過CO2氣體入口27以高速注入晶核預(yù)成器中，形成Ca(OH)2漿體與高濃度CO2氣體最大程度的接觸，于是在瞬間開始碳酸鈣晶體的初步形核，然后初步形核后的漿體混和物(包括初步形核的碳酸鈣晶核、未反應(yīng)的Ca(OH)2漿體以及高濃度的CO2氣體)流入多孔填料26中，由于球形多孔填料所形成的巨大比表面積，使得未反應(yīng)的Ca(OH)2漿體與高濃度的CO2氣體產(chǎn)生較大的接觸，從而完成第二次形核，填料巨大的比表面積使得第二次形核能夠完成所有Ca(OH)2分子向CaCO3晶核的轉(zhuǎn)換，晶核從CaCO3晶核出口25流出，進(jìn)入晶體生長釜。
晶核預(yù)成反應(yīng)器所用填料為球型輕質(zhì)多孔填料(見圖2)，它以粉煤灰為主要原料，添加特制的發(fā)泡造孔劑，經(jīng)造粒成型、高溫?zé)Y(jié)，制備成表面粗糙、比表面積大、孔隙率高、外表堅硬的陶粒。本填料與傳統(tǒng)的球形塑料填料相比不僅具有耐高溫、化學(xué)穩(wěn)定性好、強度適宜，而且微孔發(fā)達(dá)，分布合理，平均微孔直徑為～200微米，非常適合作為晶核預(yù)成反應(yīng)器的反應(yīng)填料，具有良好的CO2氣體吸附能力，大大提高了CO2氣體與Ca(OH)2漿體的接觸面積，使晶核在微孔的表面大量產(chǎn)生。
本發(fā)明采用在納米碳酸鈣制備的碳化反應(yīng)階段，在碳化反應(yīng)釜前道工序增加一個晶核預(yù)成反應(yīng)器的方式，在晶核預(yù)成部分使二氧化碳?xì)怏w和氫氧化鈣漿體成高比例的混合形成高濃度的碳酸鈣離子產(chǎn)生大量碳酸鈣晶核，晶核的成長是在碳化反應(yīng)釜中進(jìn)行完成，整個過程是在密閉的容器中完成。采用晶核預(yù)成技術(shù)不僅可以大大提高碳化效率，使較小的碳化釜可完成較大的碳化量，而且能夠得到尺寸均勻、大小可控的碳酸鈣晶粒，具有提高生產(chǎn)效率，且可以制備出粒徑小、分布范圍窄的納米碳酸鈣等優(yōu)點。


圖1為本發(fā)明晶核預(yù)成納米碳酸鈣的制備工藝流程圖；圖2為本發(fā)明晶核預(yù)成反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明納米碳酸鈣晶體形貌TEM照片。
圖中標(biāo)號說明1-石灰提料斗 2-震動式定量給料機3-連續(xù)消化機 4-重力分離槽5-液化式排污泵6-旋液分離器
7-儲槽8-濃漿泵9-換熱器 10-調(diào)節(jié)槽11-濃漿泵 12-晶核預(yù)成反應(yīng)器13-添加劑槽 14-晶體生長釜15-濃漿泵 16-添加劑槽17-包覆塔 18-濃漿泵19-壓榨式壓濾機 20-螺旋輸送機21-干燥粉碎機 22-旋風(fēng)分離器23-脈沖除塵器 24-包裝機25-晶核出口 26-填料27-CO2氣體入口 28-Ca(OH)2溶液入口具體實施方式
下面結(jié)合附圖1-圖3進(jìn)一步說明本發(fā)明是如何實現(xiàn)的實施例本系統(tǒng)涉及到的化學(xué)反應(yīng)如下
首先，煅燒的石灰石生成氧化鈣，通過石灰提料斗1把氧化鈣送入震動式定量給料器2，然后在連續(xù)式消化槽3中消化成Ca(OH)2溶液，再通過重力分離槽4及1μm的旋液分離器6得到精漿進(jìn)入儲槽7，其中廢水由液化式排污泵5排至廢水處理中心，精漿通過濃漿泵打入熱交換器9得到合適的預(yù)碳化溫度后進(jìn)入調(diào)節(jié)槽10，經(jīng)濃漿泵11泵入晶核預(yù)成器12中，(如圖2所示)Ca(OH)2漿體從晶核預(yù)成器的下部Ca(OH)2漿體入口28泵入晶核預(yù)成器中，同時CO2氣體通過CO2氣體入口27以高速注入晶核預(yù)成器中，形成Ca(OH)2漿體與高濃度CO2氣體最大程度的接觸，于是在瞬間開始碳酸鈣晶體的初步形核，然后初步形核后的漿體混和物流入多孔填料26中，由于球形多孔填料所形成的巨大比表面積，使得未反應(yīng)的Ca(OH)2漿體與高濃度的CO2氣體產(chǎn)生較大的接觸，從而完成第二次形核，填料巨大的比表面積使得第二次形核能夠完成所有Ca(OH)2分子向CaCO3晶核的轉(zhuǎn)換，晶核從CaCO3晶核出口25流出，導(dǎo)入晶體生長釜14中，由添加劑槽13向晶體生長釜中添加添加劑(添加劑起晶形抑制的作用，抑制晶體的異常長大，能夠起到相應(yīng)作用的有蔗糖等添加劑)，在晶體生長釜14中形成了納米碳酸鈣的漿體后，然后根據(jù)實際需要通過濃漿泵15打入包覆塔17，然后在添加劑槽16中加入硬酯酸，注入包覆塔17中進(jìn)行包覆，經(jīng)過包覆后納米碳酸鈣的表面包覆了一層硬酯酸，使納米碳酸鈣的表面性質(zhì)變?yōu)橛H油性，以利于不同使用環(huán)境對于納米碳酸鈣的要求。然后漿體通過壓濾機19、經(jīng)輸送機20輸送到干燥粉碎機21中，經(jīng)旋風(fēng)分離器22分離、脈沖除塵器23除塵，最后形成了晶核預(yù)成的納米碳酸鈣，經(jīng)包裝機24包裝成成品。其晶體形貌如圖3所示。
權(quán)利要求
1.一種晶核預(yù)成納米碳酸鈣的制備方法，依次包括如下步驟A、煅燒石灰石生成氧化鈣，把氧化鈣送入給料器，然后消化成Ca(OH)2溶液，經(jīng)分離后得Ca(OH)2精漿；B、Ca(OH)2精漿在14～16℃的預(yù)碳化溫度下，泵入晶核預(yù)成反應(yīng)器中，在晶核預(yù)成器中產(chǎn)生大量的晶核；C、將大量的晶核導(dǎo)入密閉的碳化反應(yīng)釜中，通入二氧化碳生成納米碳酸鈣的漿體；D、將納米碳酸鈣漿體經(jīng)過壓濾、干燥后形成晶核預(yù)成的納米碳酸鈣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種晶核預(yù)成納米碳酸鈣的制備方法，其特征在于所述A步驟中的Ca(OH)2溶液的分離采用重力分離槽及旋液分離器進(jìn)行分離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種晶核預(yù)成納米碳酸鈣的制備方法，其特征在于所述A步驟中的消化反應(yīng)是在連續(xù)式消化槽中進(jìn)行的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種晶核預(yù)成納米碳酸鈣的制備方法，其特征在于所述二氧化碳的溫度為18～25℃。
5.權(quán)利要求1所述的一種晶核預(yù)成納米碳酸鈣的制備方法的專用設(shè)備晶核預(yù)成器，外形呈圓柱狀體，分為上、下兩層，其特征在于上下兩層的中間用帶孔的隔板分開，上部分填充球形多孔填料。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的晶核預(yù)成器，其特征在于所述球形多孔填料是以粉煤灰為主要原料，添加特制的發(fā)泡造孔劑，經(jīng)造粒成型、高溫?zé)Y(jié)而成的陶瓷。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種晶核預(yù)成納米碳酸鈣的制備方法及專用設(shè)備，該方法包括煅燒石灰石生成氧化鈣，消化成Ca(OH)
文檔編號C01F11/00GK1648051SQ20041008471
公開日2005年8月3日 申請日期2004年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月30日
發(fā)明者顏培剛, 黎紹北, 張華 , 王玉香 申請人:上海耀華納米科技有限公司