專利名稱：高純度沉淀碳酸鈣的制造技術(shù)
高純度沉淀碳酸鈣的制造本發(fā)明是關(guān)于制造高純度沉淀碳酸鈣的方法、由此方法所獲的高純度沉淀碳酸鈣以及其用途。碳酸鈣為造紙、涂料及塑料工業(yè)中最常用的添加劑之一。雖然天然存在的重質(zhì)碳酸鈣(GCC)通常在許多應(yīng)用中用作填料，但合成制造的沉淀碳酸鈣(PCC)可就其形態(tài)及粒度進(jìn)行定制以使此材料滿足其他功能。然而，通常已知的PCC制造方法包括煅燒粗碳酸鈣、用水將其熟化及隨后藉由使二氧化碳通過所得氫氧化鈣懸浮液來沉淀碳酸鈣的步驟，在此方法期間因?yàn)椴淮嬖诤侠淼淖栽牧戏蛛x雜質(zhì)的方法，所以需要高質(zhì)量的起始材料。在先前技術(shù)中存在許多制造具有某些特性(諸如高純度)的碳酸鈣的方法，然而，其中大多數(shù)僅關(guān)注此項(xiàng)特性，而該等方法并不允許完全控制其他特性(諸如晶體形狀、粒度等)，或該等已知方法常產(chǎn)生大量下腳料。在中國專利申請(qǐng)第1757597號(hào)中，描述一種制備多孔超細(xì)碳酸鈣的方法。此方法藉由以下步驟實(shí)現(xiàn):分別制 備氯化鈣水溶液以及碳酸氫銨與二氧化碳的水溶液，使此等溶液在碰撞反應(yīng)(實(shí)際中是相當(dāng)復(fù)雜的反應(yīng))中反應(yīng)，同時(shí)控制流量及溫度，形成具有較高比表面積的多孔超細(xì)沉淀碳酸鈣。重復(fù)使用含有氯化銨的母液用于溶解其中的氯化鈣，但氯化銨并非同樣用作反應(yīng)物。因此，CN1757597的方法以高質(zhì)量的起始材料開始，其中較高孔隙率及較高精細(xì)度尤其是由特定類型的碰撞反應(yīng)達(dá)成。下腳料(尤其氯化銨溶液)并非作為反應(yīng)物重復(fù)使用，而是僅作為溶劑，其不僅將在溶液中而且將在最終產(chǎn)物中引起碳酸銨的富集，直至將其分離。在此文件中并未提及獲得具有高純度及已確定晶體結(jié)構(gòu)的沉淀碳酸鈣。日本專利申請(qǐng)JP2007-161515是關(guān)于制造碳酸鈣的方法，其中雜質(zhì)含量(尤其鍶含量)降低。該方法包含以下步驟:(A)溶解步驟，其中將鹽酸、硝酸、氯化銨或硝酸銨的水溶液添加至水性懸浮液中，以便溶解氫氧化鈣；(B)沉淀步驟，其中將氨水添加至溶解階段所獲得的鈣鹽溶液中，且使液體之PH值增至大于12，以便沉淀雜質(zhì)以及沉淀氫氧化鈣；(C)固體-液體分離步驟，其中將沉淀雜質(zhì)與鈣鹽水溶液分離；(E)沉淀步驟，其中將二氧化碳?xì)怏w吹至經(jīng)分離的鈣鹽水溶液中，以便沉淀碳酸鈣；及斤)回收步驟，其中回收沉淀碳酸鈣。因此，JP2007-161515的方法為使用并不返回至反應(yīng)循環(huán)中的化合物(諸如鹽酸及硝酸及硝酸鹽)的一種相當(dāng)復(fù)雜且實(shí)際上并不利于環(huán)境的方法。此外，自氫氧化鈣中分離共沉淀的金屬氫氧化物基于高溫下氫氧化物的不同溶解行為來完成，其并不非常精確且需要消耗較高能量。此外，并未給出關(guān)于如何得到特定晶體結(jié)構(gòu)的沉淀碳酸鈣的信息。因此，存在對(duì)以下的持續(xù)需要:提供具有確定結(jié)構(gòu)的高純度PCC且允許控制PCC若干所需特性的方法，其中起始材料可為低質(zhì)量材料(其在其他方面因低質(zhì)量而被放置)，該方法尤其自環(huán)境觀點(diǎn)來看以及就對(duì)可持續(xù)性方法的不斷增加的需要而言有利。本發(fā)明的一個(gè)目的為一方面制造盡可能少的下腳料，另一方面重復(fù)使用盡可能多的下腳料(可將其再循環(huán)或進(jìn)料到其他應(yīng)用中)。令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，可利用本發(fā)明方法將低質(zhì)量碳酸鹽轉(zhuǎn)化成具有極佳亮度及確定結(jié)構(gòu)的極純的沉淀碳酸鈣。因此，根據(jù)本發(fā)明的方法，有可能在不考慮原材料質(zhì)量或類型的情況下自起始材料中分離出基本上所有雜質(zhì)。因此，藉由包含以下步驟的制備沉淀碳酸鈣的方法來實(shí)現(xiàn)以上目的:a)提供及煅燒含碳酸鈣的材料；b)用氯化銨水溶液將由步驟a)獲得的反應(yīng)產(chǎn)物熟化；c)從步驟b)獲得的氯化鈣溶液中分離出不溶性組分；d)將由步驟c)獲得的氯化鈣溶液碳酸化；e)分離由步驟d)獲得的沉淀碳酸鈣。本發(fā)明的方法提供高純度沉淀碳酸鈣，其中存在于進(jìn)料中的礦物雜質(zhì)易于分離且其中基本上不產(chǎn)生不當(dāng)副產(chǎn)物或廢料。構(gòu)成以上方法的基礎(chǔ)的化學(xué)反應(yīng)可概述如下，其中“Imp”意味著不當(dāng)(大部分著色)雜質(zhì)的量:
權(quán)利要求
1.制備沉淀碳酸鈣的方法，包括以下步驟: a)提供及煅燒含碳酸鈣的材料； b)用氯化銨水溶液將由步驟a)獲得的反應(yīng)產(chǎn)物熟化； c)從由步驟b)獲得的氯化鈣溶液中分離出不溶性組分； d)將由步驟c)獲得的氯化鈣溶液碳酸化； e)分離由步驟d)獲得的沉淀碳酸鈣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，步驟a)的含碳酸鈣材料選自包含以下的組:沉淀碳酸鈣；天然碳酸鈣礦物諸如大理石、石灰石及白堊；以及包含碳酸鈣的混合堿土金屬碳酸鹽礦物，諸如白云石。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，步驟a)的粗碳酸鈣材料具有以進(jìn)料的總重量計(jì)至少15wt%、更優(yōu)選至少50wt%、尤其至少75wt%及最優(yōu)選至少90wt%例如98wt%的最低碳酸鈣含量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1一 3中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，氯化銨與氧化鈣的摩爾比為1:1至8: 1、更優(yōu)選1.5:1至4:1、例如2:1至3:1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1一 4中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，在步驟c)中，藉由篩選、沉降及傾析和/或過濾進(jìn)行不溶性組分的分離。
6.根據(jù)權(quán)利要求1一 5中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，在步驟c)中，可以藉由添加高分子絮凝劑使不溶性組分絮凝 ，隨后將其除去，其中可使用陽離子絮凝劑、陰離子絮凝劑和/或非離子絮凝劑，優(yōu)選基于聚丙烯酸的共聚物。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于，在步驟c)中，以干燥CaO計(jì)，絮凝劑的添加量為Ippm至50ppm、優(yōu)選2ppm至40ppm、更優(yōu)選3ppm至25ppm及最優(yōu)選5ppm至15ppm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1一 7中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，在步驟d)中，藉由將純二氧化碳?xì)怏w或含有至少10體積％ 二氧化碳的工業(yè)級(jí)氣體進(jìn)給入堿性氯化鈣溶液進(jìn)行碳酸化。
9.根據(jù)權(quán)利要求1一 8中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，將晶種添加至由步驟c)獲得的氯化鈣溶液中，然后沉淀。
10.根據(jù)權(quán)利要求1一 9中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，在步驟e)中，藉由過濾從母液分離出步驟d)獲得的沉淀碳酸鈣。
11.根據(jù)權(quán)利要求1一 10中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，在步驟e)之后，用水洗滌沉淀碳酸鈣。
12.根據(jù)權(quán)利要求1一 11中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，在步驟e)之后，濃縮或干燥沉淀碳酸鈣。
13.根據(jù)權(quán)利要求1一 12中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，以再循環(huán)反應(yīng)物的封閉過程進(jìn)行。
14.根據(jù)權(quán)利要求1一 13中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，以分批或連續(xù)過程進(jìn)行。
15.根據(jù)權(quán)利要求1一 14中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，沉淀碳酸鈣含有小于0.5wt%雜質(zhì)、更優(yōu)選小于0.3wt%、尤其小于0.lwt%及最優(yōu)選小于0.05wt%雜質(zhì)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1一 15中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，沉淀碳酸鈣具有文石型、方解石型或六方方解石型晶體結(jié)構(gòu)或其混合物。
17.根據(jù)權(quán)利要求1一 16中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，沉淀碳酸鈣具有至少88、優(yōu)選至少90、更優(yōu)選至少92、例如95至99、諸如97的TAPPI亮度。
18.根據(jù)權(quán)利要求1一 17中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，沉淀碳酸鈣具有至少90、優(yōu)選至少92、更優(yōu)選至少95、例如96至99、諸如98的發(fā)光反射因子Ry。
19.根據(jù)權(quán)利要求1一 18中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，沉淀碳酸鈣具有0.5至6、更優(yōu)選0.7至3、最優(yōu)選I至2的黃色指數(shù)。
20.根據(jù)權(quán)利要求1一 19中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，沉淀碳酸鈣具有不超過20 μ m、優(yōu)選不超過10 μ m、更優(yōu)選不超過5 μ m、最優(yōu)選不超過2 μ m、例如不超過I μ m的重量中值直徑d50O
21.沉淀碳酸鈣，其是通過權(quán)利要求1一 20中任一項(xiàng)的方法獲得的。
22.通過權(quán)利要求1一 20中任一項(xiàng)的方法獲得的、根據(jù)權(quán)利要求21的沉淀碳酸鈣用于涂料、塑料或造紙應(yīng)用的用途。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的用 途，其特征在于，沉淀碳酸鈣用作填料和/或顏料。
全文摘要
本發(fā)明關(guān)于制備沉淀碳酸鈣的方法，包含以下步驟a)提供及煅燒含碳酸鈣的材料；b)用氯化銨水溶液將由步驟a)獲得的反應(yīng)產(chǎn)物熟化；c)自由步驟b)獲得的氯化鈣溶液中分離出不溶性組分；d)將由步驟c)獲得的氯化鈣溶液碳酸化；e)分離由步驟d)獲得的沉淀碳酸鈣；本發(fā)明亦關(guān)于由此方法獲得的沉淀碳酸鈣以及其用途。
文檔編號(hào)C01F11/18GK103189315SQ201180051718
公開日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2011年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月26日
發(fā)明者B·塔瓦克里, J·索特曼, M·波爾, T·施默爾策 申請(qǐng)人:Omya發(fā)展股份公司