納米碳酸鈣的主要工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)
發(fā)布時間:2016-11-30
納米級超細碳酸鈣的粒徑很?。ㄒ话銥? nm~100 nm),用物理方法生產(chǎn)納米級超細碳酸鈣很困難,特別是物理方法不能制備高活性晶形。因此,國內(nèi)外都在研究化學(xué)方法,其中碳化法是生產(chǎn)納米級超細碳酸鈣的主要方法。納米碳酸鈣的工業(yè)化生產(chǎn)工藝主要有:間歇鼓泡碳化法、連續(xù)噴霧碳化法、超重力反應(yīng)結(jié)晶法等。
1.1 間歇鼓泡碳化法
間歇鼓泡碳化法是目前國內(nèi)外大多數(shù)廠家所采用的工藝。根據(jù)碳化塔中是否有攪拌裝置,該法又可分為普通間歇鼓泡碳化法和攪拌式間歇鼓泡碳化法。該法是在錐底圓柱體碳化塔中加入精制氫氧化鈣懸濁液和適當(dāng)?shù)奶砑觿?,然后從塔底通入二氧化碳進行“碳化”,得到所要求的碳酸鈣產(chǎn)品。在反應(yīng)過程中需要嚴(yán)格控制反應(yīng)條件,如碳化溫度、二氧化碳流量、石灰乳濃度及攪拌速度,并加入適當(dāng)?shù)奶砑觿?br style="margin: 0px; padding: 0px;" />
1.2 連續(xù)噴霧碳化法
連續(xù)噴霧碳化法是將石灰乳用噴頭噴成霧狀,從塔頂噴下,將一定濃度的CO2以某一速度從塔底上升,與霧狀石灰乳發(fā)生反應(yīng)。一般采用三級串聯(lián)碳化工藝。精制石灰乳從第一級碳化塔頂部噴霧成0.01 nm~0.1 mm的液滴加入,二氧化碳從塔底通入,二者逆流接觸發(fā)生碳化反應(yīng)。反應(yīng)混合液從塔底流出,進入漿液槽,添加適當(dāng)?shù)姆稚┨幚砗螅瑖婌F進入第二級碳化塔繼續(xù)碳化;然后再經(jīng)表面活性處理、噴霧進入三級碳化塔碳化制得粒徑可達40~80 nm的最終產(chǎn)品。
1.3 超重力反應(yīng)結(jié)晶法
超重力反應(yīng)結(jié)晶法技術(shù)的特征是以強化氣液傳質(zhì)過程為基本出發(fā)點。其核心在于碳化反應(yīng)是在超重力離心反應(yīng)器(旋轉(zhuǎn)螺旋或填充床反應(yīng)器)中進行,利用填充床高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的幾十到幾百倍重力加速度,可獲得超重力場環(huán)境。通過CO2和Ca(OH)2懸濁液在超重力專用設(shè)備中逆流接觸,使相間傳質(zhì)和微觀混合得到極大強化,為CaCO3均勻快速成核創(chuàng)造了理想環(huán)境。在超重力場中,各種傳遞過程得到極大強化,相界面迅速更新,體積傳質(zhì)系數(shù)可提高到常重力填充床的10~1 000倍,從而可大大提高Ca(OH)2溶解和CO2吸收速率,使體系中Ca2+和CO2-3的濃度增加,過飽和度提高,同時添加適當(dāng)?shù)姆稚刂凭w生長,最終得到平均粒徑達15~30 nm的納米級碳酸鈣。
1.4 非冷凍法制備工藝
非冷凍法納米碳酸鈣制備工藝的主要特點有:(1)碳化在常溫常壓下進行,不需冷凍,能耗低,投資少。以新建10 000噸/年規(guī)模的納米碳酸鈣裝置為例,建設(shè)投資(不包括流動資金)在1 200萬元左右,噸產(chǎn)品成本1 000元以下。(2)產(chǎn)品粒徑通過調(diào)整助劑配方調(diào)控,可根據(jù)需要在10~100 nm范圍內(nèi)調(diào)整,粒度分布窄,且操作簡單。我國碳酸鈣資源豐富。目前,中國碳酸鈣年產(chǎn)量僅次于美國,占世界第二位,已成為碳酸鈣生產(chǎn)大國,但還不是碳酸鈣生產(chǎn)強國。在我國碳酸鈣行業(yè)中,具有一定技術(shù)附加值的沉淀碳酸鈣在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中僅占10%,具有高附加值的品種如納米級碳酸鈣不足總產(chǎn)量的1%;同時,產(chǎn)品的分散度較大,性能穩(wěn)定性差,遠遠不能滿足市場需求,每年仍需進口十幾萬噸。國外納米級超細碳酸鈣己形成大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。我們所采用燃料主要是煤,而國外,既有用煤作燃料,也有用油和用氣。
納米碳酸鈣是20世紀(jì)80年代運用納米技術(shù)加工發(fā)展而成的一種新型輕質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品,粒徑通常在20~100 nm之間。由于碳酸鈣粒子的超細化,其晶體結(jié)構(gòu)和表面電子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,產(chǎn)生了普通碳酸鈣所不具有的量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和宏觀量子效應(yīng),且粒徑細而均勻、分布窄、比表面積大、表面活性及分散性好、表面能高,使其在實際使用中體現(xiàn)了很多普通碳酸鈣材料所不具備的更加優(yōu)異的性能,用途更為廣泛。如可廣泛大量應(yīng)用于注塑、擠出、PVC型材、管材、汽車涂料、密封膠、粘結(jié)劑涂料、油墨、橡膠等行業(yè),碳酸鈣產(chǎn)品的附加值得到很大提高,很快引起了世界各國的普遍關(guān)注,現(xiàn)已成為無機非金屬材料研究和企業(yè)競爭投資的熱點。