包含至少一種堿土金屬碳酸氫鹽的水溶液的制備方法及其用途
【專利摘要】本發(fā)明涉及包含至少一種堿土金屬碳酸氫鹽的水溶液的制備方法及其用途。該方法在反應(yīng)器系統(tǒng)中進(jìn)行，該反應(yīng)器系統(tǒng)包括配備有攪拌器(2)的槽(1)以及至少一個(gè)過(guò)濾裝置(4)。
【專利說(shuō)明】包含至少一種堿土金屬碳酸氫鹽的水溶液的制備方法及其用途

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于生產(chǎn)堿土金屬碳酸氫鹽水溶液的方法以及這種溶液的用途的領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]碳酸鈣廣泛用于造紙工業(yè)中作為紙中的填料組分。其是一種用于增加紙張白度及不透明度的低成本、高白度的填料。在過(guò)去的幾十年里，由于造紙廠由酸性造紙轉(zhuǎn)變?yōu)閴A性造紙，因此碳酸鈣的用途已顯著增加。天然及合成碳酸鈣均可用于造紙工業(yè)。天然碳酸鹽或者石灰石在其用于紙中之前被研磨至小顆粒尺寸，而合成碳酸鈣通過(guò)沉淀反應(yīng)制造且因此被稱為沉淀碳酸鈣(PCC)。
[0003]除了其在造紙工業(yè)中的用途之外，沉淀碳酸鈣也用于各種其它目的，例如在油漆工業(yè)中用作填料或顏料，以及作為功能性填料用于制造塑料材料、增塑溶膠、密封配混物、印刷墨水、橡I父、牙骨、化妝品、食品、藥物等。
[0004]沉淀碳酸鈣以三種初級(jí)晶形存在:方解石、霰石及球霰石，且對(duì)于這些晶形中的每一晶形而言存在許多不同的多形體(晶體慣態(tài))。方解石具有三角結(jié)構(gòu)，該三角結(jié)構(gòu)具有典型的晶體慣態(tài)如偏三角面體的(S-PCC)、斜方六面體的(R-PCC)、六角形棱柱的、軸面的、膠體的(C-PCC)、立方的及棱柱的(P-PCC)。霰石為正斜方晶結(jié)構(gòu)，該正斜方晶結(jié)構(gòu)具有成對(duì)六角形棱晶的典型晶體慣態(tài)，以及細(xì)長(zhǎng)棱柱的、彎曲葉片狀的、陡錐狀、鑿尖晶體、分叉樹及珊瑚或蠕蟲狀的形式的多種分類。
[0005]通常，PCC通過(guò)將CO2引入氫氧化鈣的水性懸浮液(所謂的石灰乳)中而制備:
[0006]Ca (OH) 2+C02 — CaC03+H20。
[0007]本領(lǐng)域技術(shù)人員已知有眾多的專利申請(qǐng)描述了沉淀碳酸鈣的制備。其中之一是EPI 966 092 BI，在該文獻(xiàn)中，所獲得的沉淀碳酸鈣僅是CO2螯合作用的副產(chǎn)物。另一個(gè)文獻(xiàn)是TO 2010/12691，此文獻(xiàn)公開了通過(guò)將堿土金屬氫氧化物添加到包含堿土金屬離子的水中來(lái)生產(chǎn)PCC。
[0008]國(guó)際專利申請(qǐng)WO 2006/008242A1例如描述了由含有含Ca-或Mg-混合金屬氧化物的原料生產(chǎn)高純度碳酸鈣或碳酸鎂，其中該原料與含CO2的氣體接觸以螯合CO2并且在進(jìn)一步的步驟中從由該原料與CO2的接觸所產(chǎn)生的水溶液中沉淀出高純度碳酸鈣或碳酸鎂。
[0009]除了上述領(lǐng)域之外，碳酸鈣還可用在水的處理和礦化的領(lǐng)域中。
[0010]飲用水已變得缺乏。甚至在富含水的國(guó)家中，并非所有水源及蓄水池均適合于生產(chǎn)飲用水，且現(xiàn)今許多水源受到水質(zhì)急劇惡化的威脅。最初用于飲用目的的供料水主要為地表水及地下水。然而，出于環(huán)境及經(jīng)濟(jì)的原因，處理海水、鹽水、微咸水、廢水及受污染的流出水變得越來(lái)越重要。
[0011] 為了從海水或微咸水回收水(用于飲用)，已知對(duì)于干旱地區(qū)、沿海地區(qū)及海島相當(dāng)重要的若干方法，且這些方法包括蒸餾、電解以及滲透或反滲透方法。由這些方法獲得的水非常軟且由于缺乏PH緩沖鹽而具有低pH值，并且因此由這些方法獲得的水傾向于具有高度反應(yīng)性，且除非進(jìn)行處理，否則該水可在其于傳統(tǒng)管線中輸送期間產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕的困難。此外，未經(jīng)處理的除鹽水無(wú)法直接用作飲用水源。為了防止不希望的物質(zhì)在管線系統(tǒng)中的溶解，為了避免諸如管和閥的給水設(shè)備腐蝕并且為了使水可口，有必要再礦化水。
[0012]主要用于礦化水的傳統(tǒng)方法是通過(guò)二氧化碳和石灰石床過(guò)濾的石灰溶解。其它較不常見的再礦化方法包括例如添加熟石灰和碳酸鈉、添加硫酸鈣和碳酸氫鈉或添加氯化鈣和碳酸氫鈉。
[0013]該石灰法涉及用CO2酸化水處理石灰溶液，其中涉及以下反應(yīng):
[0014]

【權(quán)利要求】
1.制備包含至少一種堿土金屬碳酸氫鹽的水溶液的方法，該方法包括以下步驟: a)提供水， b)提供至少一種物質(zhì)，該物質(zhì)包含至少一種堿土金屬碳酸鹽和相對(duì)于堿土金屬碳酸鹽占少量的任選的至少一種堿土金屬氫氧化物，該至少一種物質(zhì)是干燥形式或者含水形式的， c)提供CO2， d)將以下物質(zhì)合并: (i)步驟a)的水、步驟b)的至少一種包含至少一種堿土金屬碳酸鹽和任選的至少一種堿土金屬氫氧化物的物質(zhì)和步驟c)的CO2,或者 (ii)步驟a)的水和步驟b)的至少一種包含至少一種堿土金屬碳酸鹽和任選的至少一種堿土金屬氫氧化物的物質(zhì)，以獲得該至少一種包含至少一種堿土金屬碳酸鹽和任選的至少一種堿土金屬氫氧化物的物質(zhì)的堿性水性懸浮液，并且然后合并該堿性水性懸浮液和步驟c)的CO2, 以獲得具有6-9的pH值的所得懸浮液S，該所得懸浮液S包含顆粒， e)通過(guò)如下方式 過(guò)濾在步驟d)中獲得的所得懸浮液S的至少一部分:使所得懸浮液S經(jīng)過(guò)過(guò)濾裝置，以獲得包含至少一種堿土金屬碳酸氫鹽的水溶液， 其中在步驟d)中獲得的所得懸浮液S的顆粒具有>20000m2/噸所得懸浮液S的總顆粒表面積(SSA &)，并且 條件是，在添加步驟b)的至少一種包含至少一種堿土金屬碳酸鹽和任選的至少一種堿土金屬氫氧化物的物質(zhì)之前，不發(fā)生步驟c)的CO2的添加。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所得懸浮液S的顆粒具有總顆粒表面積(SSA總)為25000 - 5000000m2/噸所得懸浮液S，更優(yōu)選50000-2000000m2/噸所得懸浮液S，并且最優(yōu)選200000 - 600000m2/噸所得懸浮液S。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，步驟b)的至少一種包含至少一種堿土金屬碳酸鹽和任選的至少一種堿土金屬氫氧化物的物質(zhì)選自大理石、石灰石、白堊、半燒石灰、燒石灰、含白云石的石灰石、石灰質(zhì)白云石、半燒白云石、燒白云石、以及沉淀堿土金屬碳酸鹽如沉淀碳酸鈣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)的方法，其特征在于，步驟b)的至少一種包含至少一種堿土金屬碳酸鹽和任選的至少一種堿土金屬氫氧化物的物質(zhì)具有重量中值顆粒尺寸(d5(l)為0.1 μ m-50 μ m,優(yōu)選 0.5 μ m_5 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)的方法，其特征在于，步驟b)的至少一種包含至少一種堿土金屬碳酸鹽和任選的至少一種堿土金屬氫氧化物的物質(zhì)具有比表面積(SSA)為0.01-200m2/g，并且優(yōu)選 l-100m2/g。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)的方法，其特征在于，步驟b)的至少一種包含至少一種堿土金屬碳酸鹽和任選的至少一種堿土金屬氫氧化物的物質(zhì)具有HCl不溶內(nèi)容物為0.02-90%重量，優(yōu)選0.05-15%重量，基于干物質(zhì)的總重量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)的方法，其特征在于，在步驟d)中獲得的所得懸浮液S具有固含量為1-80 %重量，優(yōu)選為3-50 %重量，更優(yōu)選為5-35 %重量，基于所得懸浮液S的總重量。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)的方法，其特征在于，步驟a)的水選自蒸餾水、自來(lái)水、除鹽水、鹽水、處理的廢水或者天然水如地下水、地表水或雨水。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)的方法，其特征在于，步驟c)的CO2選自氣體二氧化碳、液體二氧化碳、固體二氧化碳或者二氧化碳與至少一種其它氣體的氣體混合物，并且優(yōu)選氣體二氧化碳。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)的方法，其特征在于，用于在水溶液中產(chǎn)生Imol的至少一種堿土金屬碳酸氫鹽所使用的以mol表不的CO2的量的范圍為0.5-4mol,優(yōu)選范圍為0.5-2.5mol，更優(yōu)選范圍為0.5-1.0mol，并且最優(yōu)選范圍為0.5-0.65mol。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10任一項(xiàng)的方法，其特征在于，在步驟e)中所獲得的包含至少一種堿土金屬碳酸氫鹽的水溶液具有硬度為5-130° dH，優(yōu)選10-60° dH，并且最優(yōu)選15-50° dH。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11任一項(xiàng)的方法，其特征在于，在步驟e)中獲得的包含至少一種堿土金屬碳酸氫鹽的水溶液在20°C下具有pH值為6.5-9，優(yōu)選為6.7-7.9，并且最優(yōu)選為6.9-7.7。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-12任一項(xiàng)的方法，其特征在于，在步驟e)中獲得的包含至少一種堿土金屬碳酸氫鹽的水溶液具有以碳酸鈣表示的鈣濃度為l-700mg/l,優(yōu)選50-650mg/l,并且最優(yōu)選70_630mg/l。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-13任一項(xiàng)的方法，其特征在于，在步驟e)中獲得的包含至少一種堿土金屬碳酸氫鹽的水溶 液具有以碳酸鎂表示的鎂濃度為l_200mg/l，優(yōu)選2-150mg/l，并且最優(yōu)選3_125mg/l。
15.根據(jù)權(quán)利要求1-14任一項(xiàng)的方法，其特征在于，在步驟e)中獲得的包含至少一種堿土金屬碳酸氫鹽的水溶液具有池度值為小于1.0NTU,優(yōu)選小于0.5NTU,并且最優(yōu)選小于0.3NTU。
16.根據(jù)權(quán)利要求1-15任一項(xiàng)的方法，其特征在于，至少步驟d)在5-55°C，優(yōu)選20-45 °C的溫度下進(jìn)行。
17.根據(jù)權(quán)利要求1-16任一項(xiàng)的方法，其特征在于，在步驟e)中獲得的水溶液包含: (x)碳酸氫鈣，優(yōu)選具有以碳酸鈣表示的鈣濃度為25-150mg/l，或者 (xx)碳酸氫鎂，優(yōu)選具有鎂濃度為>0至50mg/l，或者 (xxx)碳酸氫鈣和碳酸氫鎂的混合物，優(yōu)選以碳酸鈣和碳酸鎂表示的總鈣和鎂濃度為25_200mg/l。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其特征在于，在步驟e)中獲得的水溶液包含: 碳酸氫鈣，具有以碳酸鈣表示的鈣濃度為45mg/l，或者 碳酸氫鈣和碳酸氫鎂的混合物，具有以碳酸鈣表示的鈣濃度為80-120mg/l，以及以碳酸鎂表示的鎂濃度為20-30mg/l。
19.根據(jù)權(quán)利要求1-18任一項(xiàng)的方法，其特征在于，該方法是連續(xù)方法。
20.根據(jù)權(quán)利要求1-19任一項(xiàng)的方法，其特征在于，步驟e)的過(guò)濾裝置是膜過(guò)濾器。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其特征在于，該過(guò)濾裝置是孔尺寸為0.02 μ m-0.5 μ m，優(yōu)選0.05 μ m-0.2 μ m的管式膜過(guò)濾器。
22.通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1-21任一項(xiàng)的方法獲得的包含至少一種堿土金屬碳酸氫鹽的水溶液用于生產(chǎn)沉淀堿土金屬碳酸鹽和/或水菱鎂礦并且尤其用于生產(chǎn)沉淀碳酸鈣和/或水菱鎂礦的用途。
23.通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1-21任一項(xiàng)的方法獲得的包含至少一種堿土金屬碳酸氫鹽的水溶液用于礦化水的用途。
24.用于礦化水的方法，包括以下步驟: I)提供供料水， II)提供包含至少一種堿土金屬碳酸氫鹽的水溶液，并且 III)合并步驟I)的供料水和步驟II)的包含至少一種堿土金屬碳酸氫鹽的水溶液，以獲得經(jīng)礦化的水。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其特征在于，步驟II)的包含至少一種堿土金屬碳酸氫鹽的水溶液所具有的硬度高于步驟I)的供料水的硬度至少3° dH并且優(yōu)選至少5° dH。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其特征在于，步驟II)的包含至少一種堿土金屬碳酸氫鹽的水溶液具有至少15dH的硬度。
27.生產(chǎn)沉淀堿土金屬碳酸鹽的方法，該方法包括以下步驟: IV)提供包含至少一種堿土金屬碳酸氫鹽的水溶液，并且 V)加熱步驟IV)的包含至少一種堿土金屬碳酸氫鹽的水溶液以獲得沉淀堿土金屬碳酸鹽，和/或 VI)添加至少一種堿土金屬氫氧化物或堿土金屬氧化物到步驟IV)的溶液中以獲得沉淀堿土金屬碳酸鹽。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其特征在于該沉淀堿土金屬碳酸鹽選自無(wú)定形堿土金屬碳酸鹽如無(wú)定形碳酸鈣或碳酸鎂，方解石型、霰石型或球霰石型形式的結(jié)晶碳酸鈣，菱鎂礦和水菱鎂礦，或者上述物質(zhì)的混合物。
【文檔編號(hào)】C02F1/44GK104080740SQ201380007681
【公開日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2013年1月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月3日
【發(fā)明者】M·布里, S·潤(rùn)特施, P·A·C·加內(nèi), R·V·布魯姆, M·普夫特 申請(qǐng)人:Omya國(guó)際股份公司