高分散微纳级球形方解石型碳酸钙粉体及生产方法、系统

本发明涉及碳酸钙制备领域，具体来讲，涉及一种高分散微纳级球形方解石型碳酸钙粉体及生产方法、系统。

背景技术：

1、碳酸钙因其独特的物理化学属性被广泛应用于塑料、橡胶、化妆品、造纸、医药和环保等领域，是目前应用最为广泛的非金属矿物材料之一。这其中，球形碳酸钙与普通碳酸钙相比具有表面积大、分散性好、密度小、溶解性好、良好的平滑性和流动性等特殊性能，能够提升材料的遮盖率，白度，附着力，耐洗刷，耐沾污能力等；而粒径在1-20μm的超微细球形碳酸钙其补强效果可与白炭黑相当。

2、无水碳酸钙粉体有方解石、文石和球霰石三种晶型，方解石的特征形貌为菱面体型，文石的特征形貌为纤维状，球霰石的特征形貌为球形；其热力学稳定性依次降低，即纤维状的文石型碳酸钙和球形的球霰石型碳酸钙最终都会转化菱面体形的方解石型碳酸钙。传统的球形碳酸钙都以球霰石晶型存在，其热力学稳定性较差，作为填料应用于复合材料时，不利于复合材料的长期使用。

3、传统的碳酸钙主要以大理石、石灰石等天然矿产资源为原料，经破碎和球磨制得重质碳酸钙；或者经破碎、焙烧、消化和碳化制得轻质碳酸钙。随着环保制度的逐步加强以及绿色矿山建设的逐步深入，传统以消耗大理石和石灰石等天然矿产资源生产碳酸钙的成本将不断升高，且天然矿产资源属于不可再生资源。

4、钙基固废是一种富含钙离子的固体废弃物，包括工业副产石膏、电解锰渣、电石渣、黄磷渣、钢渣等。其钙离子含量较高，适合用于碳酸钙的生产。以钙基固废为原料制备球形方解石型碳酸钙既可以实现钙基固废的高值化利用，同时也可以固化co2，节约大理石和石灰石等天然矿产资源。

5、到目前为止，尚未有利用钙基固废为原料，盐溶液、氨水为助剂，无需添加晶型控制剂制备高纯、高白度、高分散微纳级球形方解石型碳酸钙的相关报道。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。

2、为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种高分散微纳级球形方解石型碳酸钙的生产系统。

3、所述系统可包括：储料单元、浸出单元、第一分离单元、矿化单元、第二分离单元和后处理单元；其中，储料单元包括固体料罐、第一储液罐、第二储液罐和气源，固体罐用来存储钙基原料，第一储液罐用来存储氯化铵溶液，第二储液罐用来存储氨水，气源用来提供co2；浸出单元包括浸出反应舱、摇晃机构和第一温度调整机构，其中，浸出反应舱用来接收来自固体料罐中的钙基原料和来自第一液体罐中的氯化铵溶液，钙基原料和氯化铵溶液能够在浸出反应舱内发生浸出反应，摇晃机构能够使浸出反应舱摇晃转动，从而使固体物料充分与氯化铵溶液接触，强化浸出反应；第一温度调整机构能够调节浸出反应的温度；第一分离单元能够将浸出反应舱内反应后的产物进行固液分离，以得到浸出液；矿化单元包括矿化反应室和第二温度调整机构，矿化反应室能够接收第一分离单元分离出的浸出液，矿化反应室还与第二储液罐和气源连接以接收氨水和co2，浸出液、氨水和co2能够在矿化反应室内发生矿化反应；第二温度调整机构能够调节矿化反应的温度；第二分离单元能够将矿化反应室内反应后的产物进行固液分离，以得到矿化滤饼；后处理单元包括能对矿化滤饼进行清洗和烘干，并得到所述高分散微纳级球形方解石型碳酸钙粉体。

4、可选择地，所述系统还可包括相连接的浸出液缓存单元和浓度调剂单元；其中，浸出液缓存单元分别与所述第一分离单元和所述矿化反应室连接，用于存储从所述第一分离单元中分出的浸出液；浓度调节单元包括氯化钙供给机构和去离子水供给机构，在所述浸出液中钙离子浓度不在0.1～0.4g/100ml的情况下，通过氯化钙供给机构和/或去离子水供给机构能够调整浸出液缓存单元中浸出液的钙离子浓度。

5、可选择地，所述第一分离单进行固液分离后还得到了浸出渣；所述后处理单元还能够对每批次浸出渣中的至少一部分进行清洗和烘干；所述系统还包括第一传输机构，在清洗和烘干后的浸出渣中钙离子的含量≥0.5％得到情况下，第一传输机构能够将已清洗、烘干的浸出渣和/或未进行清洗、烘干的浸出渣输送至所述浸出反应舱，以将其作为原料进入浸出反应。

6、可选择地，所述第二分离单元进行固液分离后还得到了矿化滤液；所述系统还包括第二传输机构，第二传输机构能够将矿化滤液输送至所述浸出反应舱，以将其作为浸出助剂进入浸出反应。

7、可选择地，所述固体料罐、第一储液罐、第二储液罐都可以为计量罐。

8、可选择地，所述系统能够用来实现如下所述的方法。

9、可选择地，所述生产系统的原料以及各原料之间的用量关系可以与下述生产方法中的相同。

10、可选择地，所述生产系统涉及的工艺控制条件(例如温度、时间等)可以与下述生产方法中的相同。

11、本发明另一方面提供了一种高分散微纳级球形方解石型碳酸钙粉体的生产方法。

12、所述方法可包括以下步骤：使钙基原料与氯化铵溶液按照固液比1：30～60g/ml混合并发生浸出反应，反应后分离出浸出液；其中，氯化铵溶液的浓度为2～5mol/l；向浸出液中加入氨水并通入co2气体，发生矿化反应，反应后分离出矿化滤饼；其中，浸出液与氨水的体积比为400：5～30，co2气体的通入速率为30～300ml/min；将矿化滤饼进行清洗和烘干，得到所述方解石型碳酸钙粉体。

13、可选择地，所述方法可基于如上所述的生产系统来实现。

14、可选择地，所述钙基原料包括：天然石膏、天然硬石膏和固废中的至少一种，固废包括工业副产石膏、电解锰渣、天然石膏尾矿、天然硬石膏尾矿、钢渣、电石渣和黄磷渣中的至少一种。

15、可选择地，在分离出所述浸出液时，还得到了浸出渣；所述方法还可包括：将浸出渣进行清洗和烘干，然后检测钙离子的含量，在含量≥0.5％的情况下，将浸出渣作为原料进入浸出反应。

16、可选择地，在分离出所述矿化滤饼时，还得到了矿化滤液，所述方法还包括：将矿化滤液作为浸出助剂进入所述浸出反应，直至所述浸出液中钙离子的浓度低于0.05g/100ml。

17、可选择地，所述浸出反应的温度可以为室温～60℃，时间为5～60min，在所述浸出反应时进行转动摇晃，转速为60～240转/min；所述矿化反应的温度为25～60℃，时间为2～120min。

18、本发明再一方面提供了一种高分散微纳级球形方解石型碳酸钙粉体。

19、所述粉体由如上所述的方法或系统制备得到，所述碳酸钙粉体的形貌为由尺寸10～500nm的菱面体颗粒组成的直径3～20μm的球，晶型为方解石型，白度99.5％以上，纯度99.5％以上。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果包括以下内容中的至少一项：

21、(1)本发明成功制备出具有微纳结构的高纯、高白度球形的方解石型碳酸钙，相较于传统的球形球霰石型碳酸钙，该粉体具有最稳定的热力学属性，可以其为基体开发其他球形碳酸钙基功能粉体，不用担心球形结构的坍塌。

22、(2)本发明的整个制备工艺和系统可以以天然矿产资源或富含钙离子的工业固废为原料，无需添加晶型控制剂，反应条件低温常压，整个制备工艺经济成本较低。

23、(3)本发明在生产过程中可实现助剂的循环利用与回收。

24、(4)本发明所制备的碳酸钙粉体分散性好，具有超强的流动性、自粉化能力。