一种生产纳米碳酸钙的碳化活化一体化装置及方法
【专利摘要】本发明涉及一种生产纳米碳酸钙碳化活化一体化装置及方法，包括导热油夹套、制冷盘管、酸度计、热电偶、气体分布器、变频调速搅拌机、二氧化碳缓冲罐等部件，将质量百分浓度为6～15％的氢氧化钙精浆打入碳化活化一体化装置，搅拌，冷却，通入变浓度的二氧化碳?空气混合气进行碳化，碳化温度10～50℃，当pH降至6～7，终止碳化，再开启夹套导热油加热，增大搅拌转速，加入相当于氢氧化钙干基质量1～5％的添加剂，控制活化温度为60～90℃，活化改性20～40分钟后，停止加热与搅拌，结束活化改性。将碳化活化后的料浆移出一体化装置，压滤脱水，在110～130℃充分干燥后，即可得到不同晶型的纳米碳酸钙产品。
【专利说明】
一种生产纳米碳酸钙的碳化活化一体化装置及方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种生产纳米碳酸钙碳化活化一体化装置及方法，属于无机化工粉体材料领域。
【背景技术】
[0002]碳酸钙是一种用量大、用途广的无机粉体材料，由于其原料广、价格低、无毒性、白度高等特点，广泛用作橡胶、塑料、造纸、涂料、油漆、电线、电缆、油墨、食品、日化、饲料等行业的填料或添加剂。纳米碳酸妈作为一种新型高档功能性无机粉体材料得到了越来越广泛的应用，但还存在一些产品晶型一致性、完整性、产品分散性和质量稳定性较差的问题，产品粒度分布不够均匀，产品沉降体积可控性不佳，包裹返碱现象时有发生。现在生产纳米碳酸钙通常的做法是在碳化釜内进行碳化反应，传统碳化过程的气体分布器气体分布效果不理想，存在碳化死角，造成产品返碱，碳化反应完成后所得熟浆需要进行静置、陈化、冷却、增浓等工序处理，再转移到湿法活化釜中进行活化处理，活化改性需要加热，但这时碳酸钙熟浆已经冷却到常温，加热需要消耗较多的能量，这不仅需要花费长时间24小时以上、降低了生产效率，也多消耗了能量，增加了生产成本。
[0003]为克服上述碳化釜及其生产纳米碳酸钙工艺的缺陷，本发明一种生产纳米碳酸钙的碳化活化一体化装置及方法，简化了生产纳米碳酸钙的装置与流程，避免了浆液的静置、陈化、冷却、增浓等工艺环节，提高了工艺的连续性，有效利用了碳化反应过程部分反应热，有利于节能和提尚广品质量稳定性。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种生产纳米碳酸钙的碳化活化一体化装置及方法。
[0005]本发明的技术方案是:
[0006]1.—种生产纳米碳酸钙的碳化活化一体化装置，由导热油夹套、冷却盘管、二氧化碳气体分布器、变频调速搅拌机、外桶器壁构成，内装有酸度计和热电偶，冷却盘管通冷却剂用于控制碳化反应温度，导热油夹套用于活化改性时加热，这样构成碳化活化的一体化装置；
[0007]所述的碳化活化一体化装置还与二氧化碳-空气混合缓冲罐系统相连接，该缓冲罐系统可以调节二氧化碳与空气的混合比例以及二氧化碳-空气混合气的流量与压力；
[0008]所述的二氧化碳气体分布器是由一个空心圆圈和与其相连通的空心中心十字架组成，空心圆圈和与其相连通的空心中心十字架上开有通气孔，为避免气体分布器下方空间出现气体不能到达的死角和避免沉淀物堵塞通气孔，空心圆圈上相邻通气孔向里向外相向错位15?30度斜开口朝下，空心中心十字架上相邻通气孔向两边相向错位15?30度斜开口朝下，通气孔直径为3?9mm，通气孔间距为5?10cm，通气孔呈对称分布，且圆周分布较密而中心分布较稀，以满足二氧化碳气体在碳化活化一体化装置中均匀分布的需要。
[0009]2.根据I所述碳化活化一体化装置生产纳米碳酸钙的方法，是将经除渣精制处理的质量百分浓度6?15%的氢氧化钙料浆，用上浆栗打入碳化活化一体化装置，慢速搅拌、冷却盘管中通入冷却水冷却，控制碳化反应温度为1?50 °C，通入含二氧化碳体积百分浓度30?100 %的二氧化碳-空气混合气进行碳化，当碳化液pH值达到6?7时，停止通入二氧化碳-空气混合气，停止制冷，结束碳化反应，再启动导热油加热，快速搅拌，当料浆温度达到60?90°C，加入相当于氢氧化钙干基质量I?5%的添加剂，活化改性20?40分钟后，停止加热与搅拌，结束活化改性，将料浆移出一体化装置，压滤脱水，在110?130 °C充分干燥后，即得到纳米碳酸钙产品；
[0010]所述碳化过程慢速搅拌的转速为每分钟100?300转，所述碳化过程通入二氧化碳气体体积百分浓度从100 %到30 %逐渐降低，与氢氧化钙水桨浓度逐渐降低同步变化，而碳化温度则从10°C到50°C逐渐升高，这样既实现二氧化碳与氢氧化钙碳化反应浓度的适配，又保证二氧化碳气体得到充分分散和利用，并且维持一定的停留时间，以实现高效碳化；[0011 ]所述活化过程快速搅拌的转速为每分钟310?600转，利用快速搅拌动能带来的粒子碰撞，在表面活性剂作用下进行活化改性；
[0012]所述添加剂为硫酸锌、聚乙二醇、硬酯酸、硬酯酸钠、聚丙烯酸钠的至少一种或一种以上。
[0013]3.根据2所述碳化活化一体化装置生产纳米碳酸钙的方法，当氢氧化钙料浆质量百分浓度为6?10%时，控制通入二氧化碳-空气混合气中二氧化碳体积百分浓度从80%逐渐降低到30%，控制碳化最终温度为30?40°C，在碳酸钙活化阶段所加表面活性剂为硬酯酸钠，硬酯酸钠加入量为氢氧化钙干基质量的I?3.5%，所得纳米碳酸钙产品形貌为纺缍体，产品粒度为40?60纳米。
[0014]4.根据权利要求2所述碳化活化一体化装置生产纳米碳酸钙的方法，当氢氧化钙浆液浓度为11?15 %时，加入相当于氢氧化钙干基质量的0.3?0.5 %的硫酸锌，控制通入含二氧化碳-空气混合气中二氧化碳体积百分浓度从100%逐渐降低到50%，控制碳化最终温度40?50°C，在碳酸钙活化阶段所加表面活性剂为聚乙二醇和硬酯酸复合表面活化剂，聚乙二醇和硬酯酸二者的质量加入量分别为氢氧化钙干基质量的1.5?2.5 %和0.5?I %，所得纳米碳酸钙产品形貌为立方体，产品粒度为70?90纳米。
[0015]5.根据权利要求2所述碳化活化一体化装置生产纳米碳酸钙的方法，所得纳米碳酸钙产品的碱度控制在pH 9?10，产品活化度2 98%。
[0016]本发明具有如下技术优势与有益效果:
[0017]1.本发明生产纳米碳酸钙的装置，集碳化、活化一体化，结构简单，能量利用合理，操作方便，成本低，实用性强，产品质量可控，可生产不同晶型结构的纳米碳酸钙产品。
[0018]2.通过特制的气体分布器、通入可调节的二氧化碳气体浓度与调速机械搅拌，来改善二氧化碳气体分布效果、避免碳化死角和产品包裹返碱现象，加入少量添加剂，控制碳酸钙产品晶型和产品粒度，保证产品的一致性和完整性，提高产品质量的稳定性。
【附图说明】
[0019]图1为生产纳米碳酸钙的碳化活化一体化装置:1-添加剂入口兼排气口； 2-酸度计;3-热电偶;4-冷却水进口 ；5-器壁;6-冷却盘管;7-搅拌轴;8-气体分布器;9-变频调速搅拌机；1-CO2入口 ； 11-氢氧化钙料浆入口 ； 12-冷却水出口 ； 13-导热油出口 ； 14-搅拌桨；15-导热油夹套;16-导热油进口； 17-放料口。
[0020]图2为气体分布器。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
[0022]实施例1
[0023]常温下，将经除渣精制处理的质量百分浓度8%的氢氧化钙料浆，用上浆栗打入碳化活化一体化装置，开启搅拌，搅拌速度为每分钟150转，冷却盘管中通入冷却水冷却，控制碳化反应温度不超过40°C，通入二氧化碳-空气混合气进行碳化反应，通过热电偶测温、通过酸度计检测PH来表征碳化反应进程，随着碳化反应的进行，调节所通入二氧化碳体积百分浓度由最初的80%逐渐降低至30%，当碳化液pH值达到6时，停止通入二氧化碳-空气混合气，停止制冷，结束碳化反应，再启动导热油加热，快速搅拌，搅拌速度为每分钟350转，当料浆温度达到70°C时，加入相当于氢氧化钙干基质量2%的硬酯酸钠，活化改性30分钟后，停止加热与搅拌，结束活化改性，将碳化活化后的料浆移出一体化装置，压滤脱水，在120°C充分干燥后，即得到纳米碳酸钙产品，纳米碳酸钙晶型呈纺缍体，长径比约为3?4:1，平均粒径45nm，所得纳米碳酸|丐产品的碱度为pH 9，产品活化度为98.5%。
[0024]实施例2
[0025]常温下，将经除渣精制处理的质量百分浓度13%的氢氧化钙料浆，用上浆栗打入碳化活化一体化装置，加入相当于氢氧化钙干基质量的0.5%的硫酸锌，开启搅拌，搅拌速度为每分钟250转，冷却盘管中通入冷却水冷却，控制碳化反应温度不超过50°C，通入含二氧化碳-空气混合气体进行碳化反应，通过热电偶测温、通过酸度计检测来表征碳化反应进程，随着碳化反应的进行，调节所通入二氧化碳体积百分浓度由最初的100%逐渐降低至50 %，当碳化溶液pH值达到7时，停止通入二氧化碳-空气混合气，停止制冷，结束碳化反应，再启动导热油加热，快速搅拌，搅拌速度为每分钟400转，当料浆温度达到800C时，加入相当于氢氧化钙干基质量2%的聚乙二醇和相当于氢氧化钙干基质量1%的硬酯酸组成的复合表面活化剂，进行活化改性40分钟后，停止加热与搅拌，结束活化改性，再将碳化活化后的料浆移出一体化装置，压滤脱水，在130°C充分干燥后，即得到纳米碳酸钙产品，纳米碳酸钙晶型呈立方体，平均粒径在75nm，所得纳米碳酸钙产品的碱度为pH 9.5，产品活化度为99%。
【主权项】
1.一种生产纳米碳酸钙的碳化活化一体化装置，其特征在于由导热油夹套、冷却盘管、二氧化碳气体分布器、变频调速搅拌机、外桶器壁构成，内装有酸度计和热电偶，冷却盘管通冷却剂用于控制碳化反应温度，导热油夹套用于活化改性时加热，这样构成碳化活化的一体化装置； 所述的碳化活化一体化装置还与二氧化碳-空气混合缓冲罐系统相连接，该缓冲罐系统可以调节二氧化碳与空气的混合比例以及二氧化碳-空气混合气的流量与压力； 所述的二氧化碳气体分布器是由一个空心圆圈和与其相连通的空心中心十字架组成，空心圆圈和与其相连通的空心中心十字架上开有通气孔，为避免气体分布器下方空间出现气体不能到达的死角和避免沉淀物堵塞通气孔，空心圆圈上相邻通气孔向里向外相向错位15?30度斜开口朝下，空心中心十字架上相邻通气孔向两边相向错位15?30度斜开口朝下，通气孔直径为3?9mm，通气孔间距为5?10cm，通气孔呈对称分布，且圆周分布较密而中心分布较稀，以满足二氧化碳气体在碳化活化一体化装置中均匀分布的需要。2.根据权利要求1所述碳化活化一体化装置生产纳米碳酸钙的方法，其特征在于:将经除渣精制处理的质量百分浓度6?15%的氢氧化钙料浆，用上浆栗打入碳化活化一体化装置，慢速搅拌、冷却盘管中通入冷却水冷却，控制碳化反应温度10?50°C，通入含二氧化碳体积百分浓度30?100%的二氧化碳-空气混合气进行碳化，当碳化液pH值达到67时，停止通入二氧化碳-空气混合气，停止制冷，结束碳化反应，再启动导热油加热，快速搅拌，当料浆温度达到60?90°C，加入相当于氢氧化钙干基质量I?5%的添加剂，活化改性20?40分钟后，停止加热与搅拌，结束活化改性，将碳化活化后的料浆移出一体化装置，压滤脱水，在110?130°C充分干燥后，即得到纳米碳酸钙产品； 所述碳化过程慢速搅拌的转速为每分钟100?300转，所述碳化过程通入二氧化碳气体体积百分浓度从100%到30%逐渐降低，与氢氧化钙水桨浓度逐渐降低同步变化，而碳化温度则从10°C到50°C逐渐升高，这样既实现二氧化碳与氢氧化钙碳化反应浓度的适配，又保证二氧化碳气体得到充分分散和利用，并且维持一定的停留时间，以实现高效碳化； 所述活化过程快速搅拌的转速为每分钟310?600转，利用快速搅拌动能带来的粒子碰撞，在表面活性剂作用下进行活化改性； 所述添加剂为硫酸锌、聚乙二醇、硬酯酸、硬酯酸钠、聚丙烯酸钠的至少一种或一种以上。3.根据权利要求2所述碳化活化一体化装置生产纳米碳酸钙的方法，其特征在于:当氢氧化钙料浆质量百分浓度为6?10 %时，控制通入二氧化碳-空气混合气中二氧化碳体积百分浓度从80%逐渐降低到30%，控制碳化最终温度为30?400C，在碳酸钙活化阶段所加表面活性剂为硬酯酸钠，硬酯酸钠加入量为氢氧化钙干基质量的I?3.5%，所得纳米碳酸钙产品形貌为纺缍体，产品粒度为40?60纳米。4.根据权利要求2所述碳化活化一体化装置生产纳米碳酸钙的方法，其特征在于:当氢氧化钙浆液浓度为11?15 %时，加入相当于氢氧化钙干基质量的0.3?0.5 %的硫酸锌，控制通入含二氧化碳-空气混合气中二氧化碳体积百分浓度从100%逐渐降低到50%，控制碳化最终温度40?50°C，在碳酸钙活化阶段所加表面活性剂为聚乙二醇和硬酯酸复合表面活化剂，聚乙二醇和硬酯酸二者的质量加入量分别为氢氧化钙干基质量的1.5?2.5 %和0.5?I %，所得纳米碳酸钙产品形貌为立方体，产品粒度为70?90纳米。5.根据权利要求2所述碳化活化一体化装置生产纳米碳酸钙的方法，其特征在于:所得纳米碳酸钙产品的碱度控制在PH 9?10，产品活化度2 98%。
【文档编号】C01F11/18GK105836781SQ201610409055
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年6月2日
【发明人】颜鑫, 卢云峰, 刘跃进
【申请人】湖南化工职业技术学院