專利名稱：一種微波制備玫瑰形碳酸鈣的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種微波制備玫瑰形碳酸鈣的方法。
背景技術：
碳酸鈣大致可以分為兩大類重質碳酸鈣(GCC)和沉淀碳酸鈣(PCC)。PCC是由氣態(tài)二氧化碳與膠狀懸浮消石灰的充分反應生成的一種碳酸鈣，通過針對性與可靠地控制化學反應，可以按照需要改變碳酸鈣的形態(tài)與晶形尺寸。PCC可作為低成本的填料，來擴充聚合物的使用范圍，同時又降低了聚合物的使用成本。全世界PCC使用市場預測是從2007年的1330萬噸，增加到2012年的1600萬噸，平均年增長率3. 7%。PCC 是一種新型的多功能性無機填料，主要應用于塑料、橡膠、粘膠劑、造紙、涂料等行業(yè)。沉淀碳酸鈣按晶體形態(tài)可分為紡錘形、立方形、玫瑰花團形、連鎖形、片狀、板狀、 針狀等。其中應用較好的晶體之一為玫瑰花團形，玫瑰花團形是由偏三角體聚集成菊花 #禾口^ : 的 PCC(sc￡ilenohedr￡il or rosette-shaped calcium carbonate), fsj^ PCC-S0它們聚成花瓣狀，有利于加填料的紙張?zhí)岣卟煌该鞫取⑺珊穸?、挺度、壓光紙平滑度和透氣性以及提高對油墨的吸收性。由于聚合體PCC空隙率較大，親油吸水性較高，用于涂料展現出較高的保水值。玫瑰形的PCC產品添加到紙纖維中，可以較大程度的增加紙張的體積和滲透性，具有較高的浸墨速度。目前，國內外各企業(yè)在制備碳酸鈣時，多采用加入化學藥劑來控制碳酸鈣的晶形， 如加糖產生立方體，加雙氧水產生鈁錘形，加硫酸鹽產生針形等。但是這些方法的生產成本較高，而且有些化學藥劑是生物不可降解的，對環(huán)境污染嚴重。因此，有必要開發(fā)新的環(huán)保型生產方法。微波是指頻率為300MHz-300GHz的電磁波，基本性質通常呈現為穿透、反射、吸收三個特性，在信息傳遞中有著廣泛的應用，近代應用中有將它擴展為一種新能源。微波具有似光性、穿透性、選擇性加熱、非電離性等特點，而且微波具有電效應、磁效應以及化學效應等。鑒于微波的以上特點，本發(fā)明將微波應用于碳酸鈣的生產當中，從而得到了具有花瓣形狀的碳酸鈣產品。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供了一種微波制備玫瑰形碳酸鈣的方法。本發(fā)明的沉淀碳酸鈣可作為一種優(yōu)質顏料和填料，應用于造紙、涂料、塑料、橡膠等行業(yè)。為了達成上述目的，本發(fā)明的解決方案是一種微波制備玫瑰形碳酸鈣的方法，包括如下步驟(1)將石灰石放入馬沸爐中煅燒得氧化鈣；(2)氧化鈣加水消化后篩去雜質，制得Ca(OH)2生漿，再經過篩、陳化得生精漿；(3)調節(jié)Ca(OH)2生精漿的溫度和濃度后進行鼓泡碳化，通過微波控制碳化反應的進行；在碳化過程中或者碳化到PH值為8 11時，加入分散劑，繼續(xù)碳化至漿液pH ( 7
3時，停止碳化得到熟漿；(4)熟漿經抽濾脫水至含水量30% -50%,將濾餅干燥、粉碎、分級、包裝制得玫瑰花晶形沉淀碳酸鈣。所述的步驟⑴中采用馬沸爐煅燒石灰石，煅燒溫度控制在950 1000°C之間，煅燒時間6 IOh。所述的步驟(2)中石灰消化所用水的溫度控制在20 70°C之間，水的用量為石灰質量的4 7倍；消化后漿液中氫氧化鈣濃度在10 15%之間，經過120目、250目篩除去未消化的石灰渣及其它雜質后得到生漿，生漿陳化16_24h后得到生精漿。所述的步驟(3)中調節(jié)生精漿溫度控制為20 50°C、濃度控制為6 15% ；在此范圍內當碳化反應溫度越高，生成的碳酸鈣粒子越大；當碳化反應溫度越低，生成的碳酸鈣粒子越小。當生精漿濃度越高，生成的碳酸鈣粒子越大；當生精漿濃度越低，生成的碳酸鈣粒子越小。碳化反應中(X)2氣體濃度為20 35%，通氣時間30 150min ；在上述范圍內，當(X)2氣體濃度越高，生成的碳酸鈣粒子越小；當(X)2氣體濃度越低，生成的碳酸鈣粒子越大。所述的微波處理頻率為2. 45GHz，功率為300W，時間為1 8min ；微波在Ca(OH)2與 CO2反應生成碳酸鈣晶體時能夠對晶形的生長起導向作用，生成的碳酸鈣單晶體結構聚集成束，且呈玫瑰花形。微波處理在上述時間范圍內，時間越短，生成的粒子越??；微波處理時間越長，生成的粒子越大。在碳化中期或者碳化后期加入分散劑；當碳化至漿液7時， 停止碳化，得到熟漿。所述的步驟C3)中分散劑的加入量為折算成產品碳酸鈣質量的0. 1 1. 0%，分散劑采用六偏磷酸鈉、焦磷酸鈉、三聚磷酸鈉、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酸酰胺中的一種或多種。在上述范圍內，當分散劑加入越多，物料越松散，分散性越好；當分散劑加入越少，物料越容易團聚。所述的分散劑優(yōu)選采用六偏磷酸鈉、聚丙烯酸鈉中的一種。本發(fā)明的有益效果為本發(fā)明的玫瑰形沉淀碳酸鈣，是在合成沉淀法里碳酸鈣的碳化工序中，利用微波對Ca(OH)2生精漿進行處理，并配合控制氫氧化鈣的溫度、濃度、以及二氧化碳的濃度和流量等工藝條件，調節(jié)碳酸鈣的晶形、粒徑等，改善分散性，制得晶體為偏三面體聚集的玫瑰花團，該晶形平均粒徑為0. 3 1 μ m，比常規(guī)方法制備的粒徑更小，比表面積更大。用于造紙、涂料等可改善涂層孔隙結構，提高壓光紙松厚度、透氣性、油墨吸收性等。應用于卷煙紙中，能降低卷煙紙的燃燒速度；用于塑膠時可提高拉伸強度、斷裂伸長率、彈性模量等。本發(fā)明的另一優(yōu)點在于微波作用下，不用加入晶型控制劑就能得到花形碳酸鈣，避免了晶型控制劑對環(huán)境造成的影響，降低生產成本，且微波作用時間短，所需能耗低。


圖1是本發(fā)明實施例1的玫瑰形碳酸鈣的TEM照片；圖2是本發(fā)明實施例2的玫瑰形碳酸鈣的TEM照片；圖3是本發(fā)明實施例3的玫瑰形碳酸鈣的TEM照片；圖4是本發(fā)明實施例4的玫瑰形碳酸鈣的TEM照片；圖5是本發(fā)明所述的碳化反應裝置的設備圖。
具體實施例方式以下通過實例對本發(fā)明具體的實施方式進行敘述，但實例并不限制本發(fā)明的保護范圍。特別是對于所述的分散劑可采用六偏磷酸鈉、焦磷酸鈉、三聚磷酸鈉、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酸酰胺中的一種或多種。實施例1本實施例的石灰石破碎至20 60mm大小，放入馬沸爐中煅燒，煅燒溫度950°C左右，煅燒時間10h。煅燒后的石灰加入30°C的水中消化，用水量為石灰質量的5倍。依次過 120目、250目篩除去未消化的石灰渣和其它雜質，得到的生精漿陳化16h。調節(jié)漿液使氫氧化鈣濃度為12%，溫度為40°C，調好后的漿液加入鼓泡碳化塔反應器中進行碳化。圖中1為微波控制器，2為微波發(fā)生器，3為碳化反應塔，4為CO2通入管， 5為碳化塔冷卻夾套。反應器的裝漿容積為2L，CO2氣體的濃度為25%，CO2氣體的流量為 4m3/h。通入CO2氣體的同時，開啟微波發(fā)生器，微波處理頻率為2. 45GHz，功率為300W，時間為5min ；然后，關閉微波發(fā)生器。碳化到40min時，按碳酸鈣固含量的0. 3%加入聚丙烯酸鈉，繼續(xù)碳化至PH彡7時，停止碳化，通氣時間為50min，得到輕質碳酸鈣熟漿。熟漿經抽濾脫水后，濾餅放入烘箱120°C，干燥至水分< 0. 5%，干燥后的碳酸鈣經萬能式粉碎機粉碎即得玫瑰形碳酸鈣。用日本電子株式會社(JEOL)冷場發(fā)射掃描電子顯微鏡，型號JSM-7500F，本實施例產品粒徑為0. 2-1. 0 μ m，其SEM如圖1所示，透氣比表面積為 3. 51m2/g。實施例2本實施例的石灰石破碎至20 60mm大小，放入馬沸爐中煅燒，煅燒溫度980°C左右，煅燒時間他。煅燒后的石灰加入60°C的水中消化，用水量為石灰質量的7倍。依次過 120目、250目篩除去未消化的石灰渣和其它雜質，得到的生精漿陳化10h。調節(jié)漿液使氫氧化鈣濃度為11%，溫度為30°C，調好后的漿液加入如圖5的鼓泡碳化塔反應器中進行碳化。反應器的裝漿容積為5L，CO2氣體的濃度為25%，CO2氣體的流量為10m3/h。通入(X)2氣體的同時，開啟微波發(fā)生器，微波處理頻率為2. 45GHz，功率為300W， 時間為5min ；然后，關閉微波發(fā)生器。碳化到40min時，按碳酸鈣固含量的0. 加入六偏磷酸鈉，繼續(xù)碳化至PH彡7時，停止碳化，通氣時間為60min，得到輕質碳酸鈣熟漿。熟漿經抽濾脫水后，濾餅放入烘箱120°C，干燥至水分< 0. 5%，干燥后的碳酸鈣經萬能式粉碎機粉碎即得玫瑰形碳酸鈣。用日本電子株式會社(JEOL)冷場發(fā)射掃描電子顯微鏡，型號JSM-7500F，本實施例產品平均粒徑為0. 2-1. 0 μ m，其SEM如圖2所示，透氣比表面積為3. 75m2/g。實施例3本實施例的石灰石破碎至20 60mm大小，放入馬沸爐中煅燒，煅燒溫度1000°C左右，煅燒時間他。煅燒后的石灰加入45°C的水中消化，用水量為石灰質量的6倍。依次過 120目、250目篩除去未消化的石灰渣和其它雜質，得到的生精漿陳化20h。調節(jié)漿液使氫氧化鈣濃度降到10%，溫度降到^°C，注入鼓泡碳化塔中進行碳化反應。反應器的裝漿容積為2. 5L，CO2氣體的濃度為25%，CO2氣體的流量為5m3/h。通入 CO2氣體的同時，開啟微波發(fā)生器，微波處理頻率為2. 45GHz，功率為300W，時間為^iin ；然后，關閉微波發(fā)生器。碳化到40min時，按碳酸鈣固含量的0. 2%加入聚丙烯酸鈉，繼續(xù)碳化至pH彡7時，停止碳化，通氣時間為55min，得到輕質碳酸鈣熟漿。熟漿經抽濾脫水后，濾餅放入烘箱120°C，干燥至水分< 0. 5%，干燥后的碳酸鈣經萬能式粉碎機粉碎即得玫瑰形碳酸鈣。用日本電子株式會社(J E0L)冷場發(fā)射掃描電子顯微鏡，型號JSM-7500F，本實施例產品平均粒徑為0. 1-1. 0 μ m，其SEM如圖3所示，透氣比表面積為3. 85m2/g。實施例4本實施例的石灰石破碎至20 60mm大小，放入馬沸爐中煅燒，煅燒溫度990°C左右，煅燒時間幾。煅燒后的石灰加入70°C的水中消化，用水量為石灰質量的4倍。依次過 120目、250目篩除去未消化的石灰渣和其它雜質，得到的生精漿陳化Mh。調節(jié)漿液使氫氧化鈣濃度降到8%，溫度降到25°C，注入鼓泡碳化塔中進行碳化反應。反應器的裝漿容積為2. 5L，CO2氣體的濃度為20%，CO2氣體的流量為4m3/h。通入 CO2氣體的同時，開啟微波發(fā)生器，微波處理頻率為2. 45GHz，功率為300W，時間為^iin ；然后，關閉微波發(fā)生器。碳化到50min時，按碳酸鈣固含量的0. 3%加入聚丙烯酸鈉，繼續(xù)碳化至pH彡7時，停止碳化，通氣時間為65min，得到輕質碳酸鈣熟漿。熟漿經抽濾脫水后，濾餅放入烘箱120°C，干燥至水分< 0. 5%，干燥后的碳酸鈣經萬能式粉碎機即得玫瑰形碳酸鈣。用日本電子株式會社(JEOL)冷場發(fā)射掃描電子顯微鏡，型號JSM-7500F，本實施例產品平均粒徑為0. 1-0. 8 μ m，其SEM如圖4所示，透氣比表面積為 4. 25m2/g。
權利要求
1.一種微波制備玫瑰形碳酸鈣的方法，其特征在于包括如下步驟(1)將石灰石放入馬沸爐中煅燒得氧化鈣；(2)氧化鈣加水消化后篩去雜質，制得Ca(OH)2生漿，再經過篩、陳化得生精漿；(3)調節(jié)Ca(OH)2生精漿的溫度和濃度后進行鼓泡碳化，通過微波控制碳化反應的進行；在碳化過程中或者碳化到pH值為8 11時，加入分散劑，繼續(xù)碳化至漿液pH ^ 7時， 停止碳化得到熟漿；(4)熟漿經抽濾脫水至含水量30%_50%，將濾餅干燥、粉碎、分級、包裝制得玫瑰花晶形沉淀碳酸鈣。
2.如權利要求1所述的一種微波制備玫瑰形碳酸鈣的方法，其特征在于所述的步驟 (1)中采用馬沸爐煅燒石灰石，煅燒溫度控制在950 1000°C之間，煅燒時間6 10h。
3.如權利要求1所述的一種微波制備玫瑰形碳酸鈣的方法，其特征在于所述的步驟 ⑵中石灰消化所用水的溫度控制在20 70°C之間，水的用量為石灰質量的4 7倍；消化后漿液中氫氧化鈣濃度在10 15%之間，經過120目、250目篩除去未消化的石灰渣及其它雜質后得到生漿，生漿陳化16_24h后得到生精漿。
4.如權利要求1所述的一種微波制備玫瑰形碳酸鈣的方法，其特征在于所述的步驟 (3)中調節(jié)生精漿溫度控制為20 50°C、濃度控制為6 15% ；所述的碳化反應中(X)2氣體濃度為20 35%，通氣時間30 150min ；所述的微波處理頻率為2. 45GHz，功率為300W， 時間為1 Smin ；在碳化中或者碳化后期加入分散劑；當碳化至漿液pH ( 7時，停止碳化， 得到熟漿。
5.如權利要求1所述的一種微波制備玫瑰形碳酸鈣的方法，其特征在于所述的步驟 (3)中分散劑的加入量為折算成產品碳酸鈣質量的0. 1 1. 0%，分散劑采用六偏磷酸鈉、 焦磷酸鈉、三聚磷酸鈉、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酸酰胺中的一種或多種。
6.如權利要求5所述的一種微波制備玫瑰形碳酸鈣的方法，其特征在于所述的分散劑采用六偏磷酸鈉、聚丙烯酸鈉中的一種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種微波制備玫瑰形碳酸鈣的方法，包括如下步驟(1)將石灰石放入馬沸爐中煅燒得氧化鈣；(2)氧化鈣加水消化后篩去雜質，制得Ca(OH)2生漿，再經陳化得生精漿；(3)調節(jié)Ca(OH)2生精漿的溫度和濃度后進行鼓泡碳化，通過微波控制碳化反應的進行；在碳化過程中或者碳化到pH值為8～11時，加入分散劑，繼續(xù)碳化至漿液pH≤7時，停止碳化得到熟漿；(4)熟漿經抽濾脫水至含水量30％-50％，將濾餅干燥、粉碎、分級、包裝制得玫瑰花晶形沉淀碳酸鈣。本發(fā)明的沉淀碳酸鈣可作為一種優(yōu)質顏料和填料，應用于造紙、涂料、塑料、橡膠等行業(yè)。
文檔編號C01F11/18GK102502748SQ20111032163
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月20日 優(yōu)先權日2011年10月20日
發(fā)明者劉亞雄, 林新仁, 蘇承炎, 謝文清, 鄭新煙, 韓艷敏 申請人:福建省萬旗非金屬材料有限公司