本发明属于碳酸钙制造技术领域，具体涉及一种纳米碳酸钙的生产方法。
背景技术：
caco3是一种重要的无机化工产品。由于价格低、原料广、无毒性，广泛用于橡胶、塑料、纸张、涂料、牙膏等的填料。普通caco3用作填料仅起增容降低成品价格作用，而纳米碳酸钙不仅可以起到增容降低成本的作用，用于塑料、橡胶和纸张中，还具有补强作用。
间歇鼓泡式碳化法是国内外生产纳米碳酸钙广泛采用的方法，具有设备投资小，操作简单的优点，但是由于碳化过程中没有搅拌，产品粒径分布较宽。间歇搅拌式碳化法是生产纳米碳酸钙的另一种常用方法，由于碳化过程中有搅拌，气-液接触面积大，反应较均匀，产品粒径分布较窄，但是该方法设备投资大，操作较复杂。
传统的纳米碳酸钙制作工艺中，厂家一般采用煅烧工艺中排放的窑气作为碳化工艺的气源，但是窑气中co2的体积浓度通常为30％左右，相对较低，所有碳化反应的时间很长，产品的生产周期长，产能低，设备利用率低。
传统的纳米碳酸钙制作工艺中，碳化反应结束后，需要进行常温陈化，常温陈化至少需要72小时，导致生产周期过长。
技术实现要素：
本发明的发明目的是提供一种纳米碳酸钙的生产方法，用以解决传统的纳米碳酸钙制作工艺中产品粒径分布较宽以及生产周期长的问题。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种纳米碳酸钙的生产方法，包括以下步骤：
(1)煅烧：取天然石灰石，并在煅烧窑中进行高温煅烧，获得cao和窑气；将所述窑气中的c02气体分离，并液化装罐，获得c02输出罐；
(2)消化：将步骤(1)中的cao除杂后加水消化，水温80-100℃，获得ca(oh)2悬浮液；
(3)调浆：将步骤(2)获得的ca(oh)2悬浮液的温度控制在18-22℃，含固量控制在9-13％，并加入晶形控制剂，获得精浆液；
(4)碳化：碳化过程在碳化反应装置中进行，所述碳化反应装置包括：
第一碳化缸，其包括第一缸体、第一循环管路、第一出浆管以及第一缠绕管；所述第一缸体具有第一内腔；所述第一出浆管设于所述第一缸体的底部，并与所述第一内腔连通，所述第一出浆管上设有第一出浆阀；所述第一循环管路的一端连通所述第一内腔的底部，另一端连通所述第一内腔的顶部；所述第一缠绕管螺旋缠绕于所述第一碳化缸的外周面；所述第一碳化缸的底部通过第一气管连通所述c02输出罐；
输送装置，其包括中转缸、震动筛以及输送泵；所述中转缸设于所述第一碳化缸的正下方，所述震动筛设于所述中转缸的上部，所述输送泵的输入端通过第一输送管连通所述中转缸；以及，
第二碳化缸，其结构与所述第一碳化缸相同，包括第二缸体、第二循环管路、第二出浆管以及第二缠绕管；所述第二出浆管上设有第二出浆阀；所述第二碳化缸通过第二输送管连通所述输送泵的输出端；所述第二碳化缸的底部通过第二气管连通所述c02输出罐；
其中，所述碳化过程包括以下步骤:
a1.一次碳化：首先，将步骤(3)中获得的所述精浆液加入所述第一内腔；然后，通过所述c02输出罐向所述第一内腔输送c02；最后，开启所述第一循环管路，将所述第一内腔底部的精浆液循环输送至顶部，使得所述第一内腔内的精浆液与c02充分接触，并向所述第一缠绕管中循环注入冷冻水，对所述第一缸体进行冷却处理，将所述精浆液的温度控制在19-25℃；反应30-40分钟后，获得一次反应浆液；
a2.过筛：将步骤a1获得的所述一次反应浆液通过所述第一出浆管导入所述震动筛进行过筛处理，筛出大颗粒浆渣；过筛后的一次反应浆液进入所述中转缸；
a3.二次碳化：首先，将所述中转缸内的一次反应浆液通过所述输送泵输送至所述第二碳化缸；然后，向所述第二缠绕管中循环注入热油，对所述第二缸体进行加热处理，并将所述一次反应浆液的温度控制在86-88℃；接着，向所述第二碳化缸内的一次反应浆液中加入陈化剂；接着，通过所述c02输出罐向所述第二碳化缸内输送c02；最后，开启所述第二循环管路，使所述第二缸体内的一次反应浆液、陈化剂以及c02充分融合；反应10-12小时后，获得二次反应浆液；
(5)包覆、过滤以及干燥：将步骤a3中获得的二次反应浆液静置10-12小时后，通过所述第二出浆管进行排浆；接着，进行包覆、过滤以及干燥处理，获得碳酸钙结块；最后，将所述碳酸钙结块粉碎后即可得到所需的纳米碳酸钙产品。
优选地，所述第一碳化缸上设有第一液位计，用于监测所述第一内腔内的液体的液位；相应的，所述第二碳化缸上设有第二液位计。所述第一液位计的设置，便于在步骤a1中控制向所述第一内腔加入所述精浆液的量；所述第二液位计的设置，便于在步骤a3中控制向所述第二碳化缸内输入一次反应浆液的量，提高生产效率。
优选地，所述第一碳化缸上设有第一导电率检测装置，用于检测所述第一内腔内液体的导电率；相应的，所述第二碳化缸设有第二导电率检测装置。所述第一导电率检测装置，用于检测所述一次反应浆液的导电率，并根据测量的导电率值判断反应是否完成；所述第二导电率检测装置的设置，用于检测所述二次反应浆液的导电率，并根据测量的导电率值判断反应是否完成。
优选地，所述第一循环管路包括第一循环输送管、第一循环泵以及第二循环输送管；所述第一循环泵的输入端通过所述第一循环输送管连通所述第一内腔的底部，所述第一循环泵的输出端通过所述第二循环输送管连通所述第一内腔的顶部；相应的，所述第二循环管路包括第三循环输送管、第二循环泵以及第四循环输送管。这样设置，结构简单、使用方便，且具有良好的循环传输效果。
优选地，所述第一循环泵和所述第二循环泵均采用三级高剪切乳化泵，使得互不相容的气、液、固三种物料瞬间均匀精细化分散乳化。这样设置，使得最终获得的产品具有超细化、结构稳定以及高品质的优点，提高生产效率。
优选地，所述第四循环输送管上设有加热装置，用以加热流经所述第四循环输送管的液体。所述加热装置的设置，进一步确保二次碳化反应需要的最佳温度，避免循环传输过程中，热量的流失，导致第二缸体内的反应温度过低。
优选地，所述晶形控制剂为三乙醇胺、酒石酸、柠檬酸、乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二钠中的一种或多种。
由于采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：
1.本发明在煅烧过程将窑气中的c02分离，并液化装罐，获得c02输出罐；在一次碳化过程以及二次碳化过程中，c02输出罐分别向第一缸体和第二缸体输入高浓度的c02气体，大大提高了c02气体的体积浓度；相比传统生产工艺中通过输入窑气，本发明的输入的c02气体的浓度更高；因此，碳化反应速率更快，产品的生产周期更短；第一碳化缸中的第一循环管路的设置，使得第一内腔内的精浆液与c02充分接触，以及第二碳化缸中的第二循环管路的设置，使得一次反应浆液与陈化剂以及c02充分接触，进一步缩短了反应周期；同时，起到搅拌的作用，使获得产品具有粒径分布较窄的优点；缩短生产周期的同时，还提高了产品的品质。
2.本发明将传统工艺中的次碳化与陈化过程进行合并，传统工艺中，碳化反应完成后，需要进行至少72小时的常温陈化反应，浪费了大量的时间；本发明将陈化反应与二次碳化反应同时进行，大大缩短了生产周期，而且减少了设备的投资以及中间环节的投入，提高了经济效益。
附图说明
图1是本发明的碳化反应装置的结构示意图；
图中主要元件符号说明如下：
附图中，1-c02输出罐、2-第一碳化缸、3-第一缸体、4-第一液位计、5-第一循环管路、6-第一循环输送管、7-第一循环泵、8-第二循环输送管、9-第一出浆管、10-第一出浆阀、11-第一缠绕管、12-第一气管、13-中转缸、14-震动筛、15-输送泵、16-第一输送管、17-第二碳化缸、18-第二缸体、19-第二循环管路、20-第三循环输送管、21-第二循环泵、22-第四循环输送管、23-第二出浆管、24-第二出浆阀、25-第二缠绕管、26-第二输送管、27-第二气管、28-第二液位计、29-第一导电率检测装置、30-第二导电率检测装置、31-加热装置。
具体实施方式
以下结合附图对发明的具体实施进一步说明。
一种纳米碳酸钙的生产方法，包括以下步骤：
(1)煅烧：取天然石灰石，并在煅烧窑中进行高温煅烧，获得cao和窑气；将所述窑气中的c02气体分离，并液化装罐，获得c02输出罐1。
(2)消化：将步骤(1)中的cao除杂后加水消化，水温80-100℃，获得ca(oh)2悬浮液。本实施例中，水温为90℃。
(3)调浆：将步骤(2)获得的ca(oh)2悬浮液的温度控制在18-22℃，含固量控制在9-13％，并加入晶形控制剂，获得精浆液。晶形控制剂为三乙醇胺、酒石酸、柠檬酸、乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二钠中的一种或多种。本实施例中，ca(oh)2悬浮液的温度控制在20℃，含固量控制在11％，晶形控制剂为三乙醇胺。
(4)碳化：碳化过程在碳化反应装置中进行。
如图1所示，所述碳化反应装置包括：第一碳化缸2、输送装置以及第二碳化缸17。第一碳化缸2包括第一缸体3、第一循环管路5、第一出浆管9以及第一缠绕管11。所述第一缸体3具有第一内腔，所述第一出浆管9设于所述第一缸体3的底部，并与所述第一内腔连通，所述第一出浆管9上设有第一出浆阀10。所述第一循环管路5的一端连通所述第一内腔的底部，另一端连通所述第一内腔的顶部。优选地，所述第一循环管路5包括第一循环输送管6、第一循环泵7以及第二循环输送管8。所述第一循环泵7的输入端通过所述第一循环输送管6连通所述第一内腔的底部，所述第一循环泵7的输出端通过所述第二循环输送管8连通所述第一内腔的顶部；这样设置，结构简单、使用方便，且具有良好的循环传输效果。所述第一缠绕管11螺旋缠绕于所述第一碳化缸2的外周面。所述第一碳化缸2的底部通过第一气管12连通所述c02输出罐1。所述第一碳化缸2上设有第一液位计4，用于监测所述第一内腔内的液体的液位；所述第一碳化缸2上设有第一导电率检测装置29，用于检测所述第一内腔内液体的导电率。
输送装置包括中转缸13、震动筛14以及输送泵15。所述中转缸13设于所述第一碳化缸2的正下方，所述震动筛14设于所述中转缸13的上部，所述输送泵15的输入端通过第一输送管16连通所述中转缸13。
第二碳化缸17的结构与所述第一碳化缸2相同，包括第二缸体18、第二循环管路19、第二出浆管23以及第二缠绕管25。所述第二循环管路19包括第三循环输送管20、第二循环泵21以及第四循环输送管22，所述第二循环泵21的输入端通过所述第三循环输送管20连通所述第二缸体18内腔的底部，所述第二循环泵21的输出端通过所述第四循环输送管22连通所述第二缸体18内腔的顶部。所述第四循环输送管22上设有加热装置31，用以加热流经所述第四循环输送管22的液体。所述第一循环泵7和所述第二循环泵21均采用三级高剪切乳化泵，使得互不相容的气、液、固三种物料瞬间均匀精细化分散乳化。
所述第二出浆管23上设有第二出浆阀24。所述第二碳化缸17通过第二输送管26连通所述输送泵15的输出端，所述第二碳化缸17的底部通过第二气管27连通所述c02输出罐1。所述第二碳化缸17上设有第二液位计28以及第二导电率检测装置30。
其中，所述碳化过程包括以下步骤:
a1.一次碳化：首先，将步骤(3)中获得的所述精浆液加入所述第一内腔；然后，通过所述c02输出罐1向所述第一内腔输送c02；最后，开启所述第一循环管路5，将所述第一内腔底部的精浆液循环输送至顶部，使得所述第一内腔内的精浆液与c02充分接触，并向所述第一缠绕管11中循环注入冷冻水，对所述第一缸体3进行冷却处理，将所述精浆液的温度控制在19-25℃；反应30-40分钟后，获得一次反应浆液；本实施例中，将所述精浆液的温度控制在22℃；反应36分钟后，获得一次反应浆液。
a2.过筛：将步骤a1获得的所述一次反应浆液通过所述第一出浆管9导入所述震动筛14进行过筛处理，筛出大颗粒浆渣；过筛后的一次反应浆液进入所述中转缸13。
a3.二次碳化：首先，将所述中转缸13内的一次反应浆液通过所述输送泵15输送至所述第二碳化缸17；然后，向所述第二缠绕管25中循环注入热油，对所述第二缸体18进行加热处理，并将所述一次反应浆液的温度控制在86-88℃；本实施例中，将所述一次反应浆液的温度控制在87℃；接着，向所述第二碳化缸17内的一次反应浆液中加入陈化剂；接着，通过所述c02输出罐1向所述第二碳化缸17内输送c02；最后，开启所述第二循环管路19，使所述第二缸体18内的一次反应浆液、陈化剂以及c02充分融合；反应10-12小时后，获得二次反应浆液；本实施例中，反应10.8小时后，，获得二次反应浆液。
(5)包覆、过滤以及干燥：将步骤a3中获得的二次反应浆液静置10-12小时后，通过所述第二出浆管23进行排浆；本实施例中，二次反应浆液静置11小时后进行排浆；接着，进行包覆、过滤以及干燥处理，获得碳酸钙结块；最后，将所述碳酸钙结块粉碎后即可得到所需的纳米碳酸钙产品。
本发明在煅烧过程将窑气中的c02分离，并液化装罐，获得c02输出罐1；在一次碳化过程以及二次碳化过程中，c02输出罐1分别向第一缸体3和第二缸体18输入高浓度的c02气体，大大提高了c02气体的体积浓度，使得碳化反应速率更快，产品的生产周期更短；第一碳化缸2中的第一循环管路5的设置，使得第一内腔内的精浆液与c02充分接触，以及第二碳化缸17中的第二循环管路19的设置，使得一次反应浆液与陈化剂以及c02充分接触，进一步缩短了反应周期；同时，起到搅拌的作用，使获得产品具有粒径分布较窄的优点；缩短生产周期的同时，还提高了产品的品质。本发明将陈化反应与二次碳化反应同时进行，大大缩短了生产周期，而且减少了设备的投资以及中间环节的投入，提高了经济效益。
上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。