專利名稱：一種納米碳酸鈣的碳酸化反應(yīng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化學(xué)工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種納米碳酸鈣的碳酸化反應(yīng)方法。
背景技術(shù)：
碳酸鈣是一種白色、無毒的重要無機粉體材料。隨著碳酸鈣微細化及表面處理的進步，使碳酸鈣產(chǎn)品由單一填充型向?qū)Ｓ没?、精細化、功能化方向發(fā)展，人們對微細化碳酸鈣的需求量也越來越大。納米碳酸鈣由于其較小的粒徑、較高的比表面積及特殊的表面處理，具有普通碳酸鈣無法比擬的優(yōu)越性能。納米碳酸鈣廣泛應(yīng)用于塑料、橡膠、黏膠、涂料和油墨等領(lǐng)域，既能起到增量填充、降低加工成本的作用，還可以對填充對象進行功能化改性。目前，國內(nèi)外制備納米級碳酸鈣的方法主要為為碳化法。其以優(yōu)質(zhì)石灰石為原料，通過煅燒得到氧化鈣和含二氧化碳的窯氣。將氧化鈣與水按一定比例進行消化，生成氫氧化鈣懸浮液，然后通入凈化處理后的窯氣，反應(yīng)(碳化)生成碳酸鈣沉淀物，經(jīng)過脫水、干燥、粉碎得到納米碳酸鈣產(chǎn)品。用于沉淀碳酸鈣化學(xué)合成的碳酸化合成方法主要有以下幾種
(I)鼓泡碳化法
鼓泡碳化法采用的是圓柱形反應(yīng)釜，其柱體高徑比很大，不帶攪拌等任何附屬裝置，反應(yīng)時含二氧化碳氣體由反應(yīng)器底部引入，氣體借助和漿液較大的密度差由下至上流動，并與漿液中的氫氧化鈣不斷發(fā)生碳酸化反應(yīng)，直至反應(yīng)結(jié)束。這種方法設(shè)備投資小，操作簡易，但因沒有攪拌等分散裝置，用這種方法反應(yīng)制得的沉淀碳酸鈣的粒徑和形貌均難以控制，不同批次產(chǎn)品間質(zhì)量差異較大，而且能耗較高。( 2 )間歇式攪拌碳化法
間歇式攪拌碳化法，由于在反應(yīng)過程中增加了攪拌，使溶液中微晶顆粒碰撞能增加，容易使一些吸附不很牢固的微晶因碰撞而散開，從而不易形成大顆粒的晶體，有利于超細粒子的產(chǎn)生。加強攪拌的同時也有利于二氧化碳氣體在反應(yīng)器中的分布，隨著攪拌功率的加強，液相中的氣泡直徑逐漸減小，二氧化碳氣體與氫氧化鈣懸浮液接觸面積增加，提高了二氧化碳的溶解度。該方法制得的納米碳酸鈣質(zhì)量較好，但該碳化塔極易結(jié)垢，設(shè)備維修、清洗均很困難，而且能耗較高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性有待進一步提高。(3)噴霧碳化法
噴霧碳化法是目前比較先進的碳化反應(yīng)器，其以液體作為分散相進行氣液傳質(zhì)反應(yīng)，大大增加了氣液接觸面積，反應(yīng)較為劇烈，可在較高溫度的環(huán)境下合成納米碳酸鈣。但該設(shè)備工藝在國內(nèi)僅有幾家使用，主要由于噴嘴霧化問題難以解決，液滴直徑較大，影響了氣液接觸面積，同時造成液滴下落速度較快，液滴在塔內(nèi)停留時間太短，使二氧化碳利用率降低，生產(chǎn)能力難以提高。加之塔壁上液滴附著后流速緩慢，易使晶體粒徑增大，并有部分在塔壁上結(jié)垢，另一部分則進入產(chǎn)品中，從而造成粒徑分布不均勻。要想提高噴嘴霧化效果，就必須縮小噴嘴孔徑，而孔徑過小易造成堵塞，這一矛盾尚未找到很好的解決辦法。(4)超重力法
該技術(shù)為北京化工大學(xué)超重力工程研究中心近年來研制開發(fā)的一種新的碳化反應(yīng)器，其主要特點是采用在高速離心力作用下形成的超重力環(huán)境，在分子尺度上有效地控制化學(xué)反應(yīng)、成核生長過程，從而獲得粒度小、分布均勻的高質(zhì)量納米粉體產(chǎn)品，克服了常規(guī)反應(yīng)沉淀法固有的技術(shù)缺點。但超重力合成器有設(shè)計復(fù)雜，設(shè)備投資大，運行成本高，反應(yīng)氣體利用率等缺點，這大大限制了它的工業(yè)應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的為克服現(xiàn)有納米碳酸鈣碳酸化反應(yīng)方法之不足，提供一種軸向流量大，上下翻騰效果好，體積循環(huán)能力強，功率消耗小，有利于二氧化碳氣體和氫氧化鈣漿液完成宏觀與微觀混合的納米碳酸鈣碳酸化反應(yīng)方法。本發(fā)明的是這樣實現(xiàn)的
一種納米碳酸鈣的碳酸化反應(yīng)方法，采用本發(fā)明人設(shè)計在反應(yīng)釜的中心軸上設(shè)置兩種獨立、不同類型的多層推進式攪拌器和圓盤鋸齒式攪拌器的碳鋼或不銹鋼結(jié)構(gòu)高徑比為2. 5 — 4. 5 I的反應(yīng)釜，在進行納米碳酸鈣碳酸化反應(yīng)時，關(guān)閉出料閥，打開進料閥，將Ca(OH)2固含量8. 5±0. 5%，溫度20°C的漿液加入反應(yīng)釜中；開動多層推進式攪拌器和圓盤鋸齒式攪拌器，打開進氣閥，通入含二氧化碳氣體的窯氣，至反應(yīng)體系PH〈7. O制得納米碳酸鈣漿液。以上所述的窯氣CO2體積濃度為30 土 2%。以上所述的多層推進式攪拌器轉(zhuǎn)速控制在120— 300r/min。以上所述的圓盤鋸齒式攪拌器轉(zhuǎn)速控制在300— 600r/min。本發(fā)明具有以下突出特點
I、采用本納米碳酸鈣的碳酸化反應(yīng)方法，反應(yīng)釜的圓形鋸齒攪拌器和二氧化碳氣體同時參與漿料的攪拌，為反應(yīng)釜內(nèi)漿液和氣體提供高剪切力，起到均化布氣，減小氣泡直徑，增大氣液接觸面積，充分分散和加強傳質(zhì)作用。2、采用本納米碳酸鈣的碳酸化反應(yīng)方法，在多層推進式攪拌器的作用下，漿液易于形成由上至下的漩渦并形成宏觀循環(huán)，從而減少了含二氧化碳氣體的逸出，提高了二氧化碳氣利用率；攪拌轉(zhuǎn)速可通過變頻調(diào)，減小無用功率。3、采用本發(fā)明人設(shè)計的反應(yīng)釜，投資小，能耗低，容易操作控制，在微觀混合與宏觀混合的充分作用下，保證了體系反應(yīng)的均勻性，所生產(chǎn)的納米碳酸鈣反應(yīng)時間短，產(chǎn)品質(zhì)
量穩(wěn)定。具體實施例
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明具體實施方式
進行詳細描述。旨在幫助讀者理解，不能構(gòu)成對本發(fā)明實施范圍的限定。實施例I
本實施例采用高徑比為3 I不銹鋼結(jié)構(gòu)反應(yīng)釜，碳酸鈣碳酸化反應(yīng)時，關(guān)閉出料閥，打開進料閥，將Ca(OH)2固含量8. 5±0. 5%，溫度20°C的漿液加入反應(yīng)釜中；開動多層推進式攪拌器和圓盤鋸齒式攪拌器，打開進氣閥，通入含二氧化碳體積濃度為30±2%的窯氣，碳化初期控制多層推進式攪拌器轉(zhuǎn)速為200r/min,圓盤鋸齒式攪拌器轉(zhuǎn)速為400r/min,碳化反應(yīng)進行20%后，控制多層推進式攪拌器轉(zhuǎn)速為150r/min，圓盤鋸齒式攪拌器轉(zhuǎn)速為350r/min。當(dāng)反應(yīng)體系pH達到〈7. O制得納米碳酸I丐楽;液。本發(fā)明實施例所制得的納米碳酸鈣比表面積為26. 2m2/g，粒徑約78nm，呈類立方規(guī)則形貌，粉體分散良好。與傳統(tǒng)鼓泡碳酸化反應(yīng)方法制備納米碳酸鈣相比，應(yīng)用本發(fā)明反應(yīng)釜可縮短碳酸化反應(yīng)時間25%，所得產(chǎn)品更均勻。與普通帶攪拌碳酸化方法相比，應(yīng)用本發(fā)明反應(yīng)釜可縮短碳酸化反應(yīng)時間14%，攪拌能耗降低25%，產(chǎn)品穩(wěn)定性較好。實施例2
本實施例采用高徑比為4 I不銹鋼結(jié)構(gòu)反應(yīng)釜，碳酸鈣碳酸化反應(yīng)時，關(guān)閉出料閥，打開進料閥，將Ca(OH)2固含量9. 0±0. 5%，溫度22°C的漿液加入反應(yīng)釜中；開動多層推進式攪拌器和圓盤鋸齒式攪拌器，打開進氣閥，通入含二氧化碳體積濃度為30±2%的窯氣，碳化初期控制多層推進式攪拌器轉(zhuǎn)速為250r/min,圓盤鋸齒式攪拌器轉(zhuǎn)速為500r/min,碳化反應(yīng)進行20%后，控制多層推進式攪拌器轉(zhuǎn)速為180r/min，圓盤鋸齒式攪拌器轉(zhuǎn)速為 400r/min。當(dāng)反應(yīng)體系pH達到〈7. O制得納米碳酸I丐楽;液。本發(fā)明實施例所制得的納米碳酸鈣比表面積為35. 6m2/g，粒徑約60nm，呈類立方規(guī)則形貌，粉體分散良好。與傳統(tǒng)鼓泡碳酸化反應(yīng)方法制備納米碳酸鈣相比，應(yīng)用本發(fā)明反應(yīng)釜可縮短碳酸化反應(yīng)時間30%，所得產(chǎn)品更均勻。與普通帶攪拌碳酸化方法相比，應(yīng)用本發(fā)明反應(yīng)釜可縮短碳酸化反應(yīng)時間18%，攪拌能耗降低17%，產(chǎn)品穩(wěn)定性較好。
權(quán)利要求
1.一種納米碳酸鈣的碳酸化反應(yīng)方法，其特征在于采用本發(fā)明人設(shè)計的多層推進式攪拌器和圓盤鋸齒式攪拌器的高徑比為2. 5—4. 5 I的反應(yīng)釜，在進行納米碳酸鈣碳酸化反應(yīng)時，關(guān)閉出料閥，打開進料閥，將Ca(OH)2固含量8. 5±0. 5%，溫度20°C的漿液加入反應(yīng)釜中；開動多層推進式攪拌器和圓盤鋸齒式攪拌器，打開進氣閥，通入含二氧化碳氣體的窯氣，至反應(yīng)體系pH〈7. 0制得納米碳酸鈣漿液。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種納米碳酸鈣的碳酸化反應(yīng)方法，其特征在于所述的窯氣CO2體積濃度為30 ±2%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種納米碳酸鈣的碳酸化反應(yīng)方法，其特征在于所述的多層推進式攪拌器轉(zhuǎn)速控制在120—300r/min。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種納米碳酸鈣碳的酸化反應(yīng)方法，其特征在于所述的圓盤鋸齒式攪拌器轉(zhuǎn)速控制在300— 600r/min。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種納米碳酸鈣的碳酸化反應(yīng)方法，采用設(shè)置多層推進式攪拌器和圓盤鋸齒式攪拌器的高徑比為2.5—4.5∶1的反應(yīng)釜，在進行納米碳酸鈣碳酸化反應(yīng)時，關(guān)閉出料閥，打開進料閥，將Ca(OH)2固含量8.5±0.5%，溫度20℃的漿液加入反應(yīng)釜中；開動多層推進式攪拌器和圓盤鋸齒式攪拌器，打開進氣閥，通入含二氧化碳氣體的窯氣，至反應(yīng)體系pH<7.0制得納米碳酸鈣漿液。本由于反應(yīng)釜的圓形鋸齒攪拌器和二氧化碳氣體同時參與漿料的攪拌，加強傳質(zhì)作用，漿液易于形成宏觀循環(huán)，提高了二氧化碳氣利用率；設(shè)備投資小，能耗低，容易操作控制，在微觀混合與宏觀混合的充分作用下，保證了體系反應(yīng)的均勻性，所生產(chǎn)的納米碳酸鈣反應(yīng)時間短，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。
文檔編號B82Y30/00GK102963918SQ20121044274
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月8日
發(fā)明者朱勇, 王權(quán)廣, 顏干才, 龍小娥, 韋官文 申請人:廣西華納新材料科技有限公司