專利名稱：一種綜合制備納米碳酸鈣、電石、燃料氣體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種綜合制備納米碳酸鈣、電石、燃料氣體的方法。
背景技術(shù)：
碳酸鈣是重要的無機(jī)化工基本原料之一，由于原料石灰石資源豐富，具有生 產(chǎn)工藝簡單，能耗小，性能比較穩(wěn)定等特點(diǎn)，廣泛用于橡膠、塑料、油墨、造紙、 食品和醫(yī)藥等行業(yè)。近年來，隨著碳酸鈣的超細(xì)化，結(jié)構(gòu)復(fù)雜化及其表面改性技 術(shù)的發(fā)展，極大提高了它的應(yīng)用價值。不同形狀的碳酸鈣可應(yīng)用于不同的，如立 方形和球形的碳酸鈣可以用于橡膠、膠粘劑、涂料、油墨等行業(yè)；纖維狀、紡錘 形可用于橡膠、造紙等行業(yè)。因此，納米級和多種形態(tài)的碳酸鈣的制備和生產(chǎn)， 具有非常大的實(shí)際意義。
國內(nèi)外生產(chǎn)超細(xì)碳酸鈣的方法，通常采用將二氧化碳?xì)怏w通入盛有氫氧化鈣 乳液的反應(yīng)器，在碳化反應(yīng)的同時加入晶型生長控制劑，得到超細(xì)碳酸鈣。通過 控制不同的反應(yīng)條件，可以制得適合不同行業(yè)要求的球形、立方形、針狀、片狀、 鏈狀等多個品種。在具體操作中，各種形狀的碳酸鈣取決于嚴(yán)格的反應(yīng)條件，主 要的控制因素有晶形控制劑的種類和用量、控制劑的加入時間、Ca(0H)2濃度、 C02的加入方式和流量、攪拌速率、反應(yīng)溫度等。通過控制不同的條件，目前己 制備出單體粒徑(或短徑)大于10nm的多種納米碳酸鈣產(chǎn)品，晶體形狀有鏈狀、針 狀、球形、立方形、片狀等。
然而在現(xiàn)有技術(shù)中，文獻(xiàn)多為制備單一形狀碳酸鈣，基本上為一種制備方 法對應(yīng)一種碳酸藥形狀或者是無定形，鮮有在一種制備方法中分別獲得多種形態(tài)的的碳酸鈣。
本發(fā)明就是申請人在之前的中國專利申請(CN101195776A)的基礎(chǔ)上，對石 化氣制備過程中的各種原料和中間產(chǎn)物綜合利用而發(fā)展得到的，具體來說，是以 石灰石、焦炭為主要原料，綜合制備納米碳酸鈣、電石、燃料氣體，特別是制備 球狀和立方形的納米碳酸鈣顆粒，避免單一形狀所導(dǎo)致的一系列問題，因此，本 公司科研人員經(jīng)過大量的實(shí)驗和數(shù)據(jù)分析，摸索一種通過改變碳化工藝條件而獲 得多種形態(tài)的碳酸鈣的技術(shù)成果，為企業(yè)擁有核心競爭力提供了更強(qiáng)有力的支 撐，同時，也減小了企業(yè)成本，節(jié)約可用資源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種以石灰石、焦炭為主要原料，綜合制備立方形和 球狀納米碳酸鈣、電石、燃料氣體的方法，得到的立方形和球狀納米碳酸鈣產(chǎn)品 可以大量應(yīng)用于用于橡膠、膠粘劑、涂料、油墨等行業(yè)，避免了單一形狀所導(dǎo)致 應(yīng)用中所產(chǎn)生的一系列問題。具體步驟包括
a. 在高溫下煅燒石灰石，得到Ca0和C02;
b. 將C02分成兩部分C02 (I) 、 C02 (II);
c. 將步驟a中得到的CaO破碎至5-40mm以下，再過孔徑為2-4mm的篩，將 CaO分成兩部分，粗顆粒部分為CaO (I)，細(xì)顆粒部分為CaO (II);
d. 將C02 (I)和CaO (I)通入裝有濕焦炭或煤的反應(yīng)爐中，在900-1300°C 下反應(yīng)得到電石和包含CO、 H2、 CH4的燃料氣體；
e. 在CaO(II)中加入其質(zhì)量5倍的水，攪拌消化，反應(yīng)完成后過篩，濾去 粗顆粒，將過濾后的漿料加水稀釋至Ca(0H)2濃度為40wt%;
f. .攪拌步驟e中得到的漿料，通入C02(n)，加入晶型控制劑，所述晶型 控制劑包括第一種控制劑和第二種控制劑，其中，C02 (II)的通入工藝條件根 據(jù)第一控制劑和第二控制劑的加入而不同，在添加第一種控制劑時，C02的通入方式為鼓泡方式，流量為200L/h;在反應(yīng)1小時之后，添加第二種控制劑，此 時C02的通入方式為鼓泡間歇攪拌方式，流量為400L/h,攪拌速率在200轉(zhuǎn)/分 鐘和400轉(zhuǎn)/分鐘轉(zhuǎn)變，反應(yīng)2小時，所述的第一種晶型控制劑為A1C13，其總加 入量為漿料中Ca(0H)2質(zhì)量的0. 5%，所述的第二種晶型控制劑為Y-氨丙基三乙 氧基硅烷，其總加入量為漿料中Ca(0H)2質(zhì)量的0.8%;反應(yīng)溫度控制在30-40 'C之間。
g.對步驟f中得到的產(chǎn)物進(jìn)行固液分離，將固體產(chǎn)物干燥，得到主要由立方 形顆粒和球狀顆粒組成的納米碳酸鈣粉體，其中，顆粒平均粒徑范圍為30-40nm。
可選的，在步驟f中，收集排出的氣體，和C02 (I) —起通入步驟d中的反 應(yīng)爐中。
第二種晶型控制劑為Y-氨丙基三乙氧基硅烷，即為KH-550硅烷偶聯(lián)劑。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下的明顯的優(yōu)點(diǎn)-
1. 在通入C02方式上，在傳統(tǒng)的方式上進(jìn)行了大膽的創(chuàng)新，首次采用兩步通 入分別添加控制劑的方式，在首次添加A1C"后，由于水解生產(chǎn)的Al (OH) 3的 粘結(jié)作用把一個個碳酸鈣小顆粒連接成鏈狀，再次添加控制劑Y -氨丙基三乙氧 基硅垸后，以及進(jìn)行特定轉(zhuǎn)速下的間歇式攪拌，則將A1 (OH) 3粘結(jié)的碳酸鈣鏈 打開，由于攪拌的間歇方式以及晶型控制劑的作用下，當(dāng)攪拌速度大時，即可形 成球形，攪拌速度小時，即可形狀立方形，最后得到的產(chǎn)品即主要為立方形和球 狀的CaC03?？梢姡诔尚瓦^程中控制劑添加的時間、C02的通入量、方式等不同， 從而同時得到了立方形和球狀的CaC03，這是本發(fā)明的一大創(chuàng)新；
2. 由于納米粉體干燥后不可避免的存在一定的團(tuán)聚，因此，相比于單一形狀 混合的納米碳酸鈣，本方法由于直接在反應(yīng)過程中對納米碳酸藥進(jìn)行混合，能夠 得到更加均勻的混合效果，避免了在實(shí)際應(yīng)用中所產(chǎn)生的種種問題；
3. 對CaO進(jìn)行分級后用于不同的用途，能夠避免在傳統(tǒng)電石生產(chǎn)中的CaO 粒度過細(xì)帶來的熱效率低、棚料等缺點(diǎn)，還減少了納米碳酸鈣生產(chǎn)過程中的破粉
5碎工藝。
4. C02在制備電石和碳酸鈣的反應(yīng)器中相互循環(huán)利用，提高了燃料氣體產(chǎn)品 的純度和原料的利用率，最大化的利用可用資源，也就是節(jié)約了現(xiàn)有能源，具有 更好的技術(shù)效果，相比于現(xiàn)有技術(shù)而言，具有顯著的進(jìn)步。


圖l是本發(fā)明中所制備的納米碳酸鈣粒子的立方形TEM照片
圖2是本發(fā)明中所制備的納米碳酸鈣粒子的立方形向球形轉(zhuǎn)變TEM照片
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例l: 一種以石灰石、焦炭為主要原料，綜合制備納米碳酸鈣、電石、 燃料氣體的方法，包括如下步驟
a. 在高溫下煅燒石灰石，得到Ca0和C02;
b. 將C02分成兩部分C02 (I) 、 C02 (II);
c. 將步驟a中得到的CaO破碎至5-40mm以下，再過孔徑為2-4ram的篩，將 Ca0分成兩部分，粗顆粒部分為CaO (I)，細(xì)顆粒部分為Ca0 (II);
d. 將C02 (I)和CaO (I)通入裝有濕焦炭或煤的反應(yīng)爐中，在900-1300°C 下反應(yīng)得到電石和包含C0、 H2、 Qi的燃料氣體；
e. 在CaO(II)中加入其質(zhì)量5倍的水，攪拌消化，反應(yīng)完成后過篩，濾去 粗顆粒，將過濾后的漿料加水稀釋至Ca(0H)2濃度為40wt%;
f. 攪拌步驟e中得到的槳料，通入C02 (II)，加入晶型控制劑，所述晶型 控制劑包括第一種控制劑和第二種控制劑，其中，C02 (II)的通入工藝條件根 據(jù)第一控制劑和第二控制劑的加入而不同，在添加第一種控制劑時，C02的通入 方式為鼓泡方式，流量為200L/h;在反應(yīng)1小時之后，添加第二種控制劑，此 時C02的通入方式為鼓泡間歇攪拌方式，流量為400L/h,攪拌速率在200轉(zhuǎn)/分鐘和400轉(zhuǎn)/分鐘轉(zhuǎn)變，反應(yīng)2小時，所述的第一種晶型控制劑為A1C13，其總加 入量為漿料中Ca(0H)2質(zhì)量的0. 5%，所述的第二種晶型控制劑為氨丙基三乙 氧基硅垸，其總加入量為漿料中Ca(0H)2質(zhì)量的0.8%;反應(yīng)溫度控制在30-40 'C之間。最后，收集排出的氣體，和0)2 (I) —起通入步驟d中的反應(yīng)爐中。
g.對步驟f中得到的產(chǎn)物進(jìn)行固液分離，將固體產(chǎn)物干燥，得到主要由立方 形顆粒和球狀顆粒組成的納米碳酸鈣粉體，其中，顆粒平均粒徑范圍為30-40nm。
權(quán)利要求
1. 一種以石灰石、焦炭為主要原料，綜合制備納米碳酸鈣、電石、燃料氣體的方法，包括如下步驟a. 在高溫下煅燒石灰石，得到CaO和CO2；b. 將CO2分成兩部分CO2(I)、CO2(II)；c. 將步驟a中得到的CaO破碎至5-40mm以下，再過孔徑為2-4mm的篩，將CaO分成兩部分，粗顆粒部分為CaO(I)，細(xì)顆粒部分為CaO(II)；d. 將CO2(I)和CaO(I)通入裝有濕焦炭或煤的反應(yīng)爐中，在900-1300℃下反應(yīng)得到電石和包含CO、H2、CH4的燃料氣體；e. 在CaO(II)中加入其質(zhì)量5倍的水，攪拌消化，反應(yīng)完成后過篩，濾去粗顆粒，將過濾后的漿料加水稀釋至Ca(OH)2濃度為40wt％；f. 攪拌步驟e中得到的漿料，通入CO2(II)，加入晶型控制劑，所述晶型控制劑包括第一種控制劑和第二種控制劑，其中，CO2(II)的通入工藝條件根據(jù)第一控制劑和第二控制劑的加入而不同，在添加第一種控制劑時，CO2的通入方式為鼓泡方式，流量為200L/h；在反應(yīng)1小時之后，添加第二種控制劑，此時CO2的通入方式為鼓泡間歇攪拌方式，流量為400L/h，攪拌速率在200轉(zhuǎn)/分鐘和400轉(zhuǎn)/分鐘轉(zhuǎn)變，反應(yīng)2小時，所述的第一種晶型控制劑為AlCl3，其總加入量為漿料中Ca(OH)2質(zhì)量的0.5％，所述的第二種晶型控制劑為γ-氨丙基三乙氧基硅烷，其總加入量為漿料中Ca(OH)2質(zhì)量的0.8％；反應(yīng)溫度控制在30-40℃之間；g. 對步驟f中得到的產(chǎn)物進(jìn)行固液分離，將固體產(chǎn)物干燥，得到主要由立方形顆粒和球狀顆粒組成的納米碳酸鈣粉體，其中，顆粒平均粒徑范圍為30-40nm。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在步驟f中，收集排出的氣體， 和C02 (I) —起通入步驟d中的反應(yīng)爐中。
全文摘要
本發(fā)明提供一種以石灰石、焦炭為主要原料，綜合制備納米碳酸鈣、電石、燃料氣體的方法，主要包括石灰石煅燒；大顆粒CaO、CO₂、水反應(yīng)制備電石和包含CO、H₂、CH₄的燃料氣體；小顆粒CaO經(jīng)消化、在多種晶型控制劑存在下與石灰石煅燒時生成的CO₂發(fā)生碳化反應(yīng)得到碳酸鈣，通過控制工藝條件，可得到主要由立方形顆粒和球狀顆粒組成的納米碳酸鈣粉體。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所提供的方法，由于對CaO進(jìn)行粒度分級后用于不同的用途，能夠避免在傳統(tǒng)電石生產(chǎn)中的CaO粒度過細(xì)帶來的熱效率低、棚料等缺點(diǎn)；減少了納米碳酸鈣生產(chǎn)過程中的破粉碎工藝；制備過程中CO₂可在制備電石和碳酸鈣的反應(yīng)器中相互循環(huán)利用，提高了燃料氣體產(chǎn)品的純度和原料的利用率。
文檔編號C01B31/00GK101428840SQ20081018317
公開日2009年5月13日 申請日期2008年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月15日
發(fā)明者郝作成 申請人:郝作成