專利名稱：一種造紙涂布用片狀晶形輕質(zhì)碳酸鈣的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無機(jī)合成技術(shù)領(lǐng)域，更進(jìn)一步說是一種造紙涂布用片狀晶形輕質(zhì)碳酸鈣的制備方法。
背景技術(shù)：
碳酸鈣是一種用量非常大的無機(jī)填料，廣泛應(yīng)用于造紙、塑料、橡膠、油墨、醫(yī)藥等行業(yè)。目前，全國生產(chǎn)廠300余家，年生產(chǎn)能力達(dá)530萬噸，實(shí)際產(chǎn)量約420萬噸。然而，大部分是普通輕質(zhì)碳酸鈣和低檔次的重質(zhì)碳酸鈣，它們只能用于塑料、橡膠及造紙工業(yè)作一般的填料，產(chǎn)品附加值不高。近年來，隨著納米材料的興起，納米碳酸鈣的研究也十分活躍，并取得了不錯(cuò)的成績。而作為擁有巨大市場潛力的造紙專用碳酸鈣，以亞微米級粒徑的片狀晶形碳酸鈣為較好品種，但由于制備相對較難，故研究者少有突破。
以前，在造紙用的無機(jī)填料和涂布顏料中，使用較多的是高嶺土，其取得了歷史性的成就，但隨著造紙工業(yè)酸性施膠向中性或堿性施膠的轉(zhuǎn)變，碳酸鈣具有比高嶺土更大的填充系數(shù)，更低的生產(chǎn)成本，尤其在涂布紙、高級印刷紙中優(yōu)質(zhì)碳酸鈣更具有高嶺土無可比擬的性能，而且在我國高嶺土礦品位低，而碳酸鈣礦質(zhì)優(yōu)、儲量大，所以在造紙工業(yè)中，碳酸鈣正在逐漸取代高嶺土成為主要填充成分。在造紙用碳酸鈣中包括FGCC(微細(xì)重質(zhì)碳酸鈣)和PCC(輕質(zhì)碳酸鈣)，它們用于造紙工業(yè)主要作填料和涂布顏料，作為涂布顏料，F(xiàn)GCC一般采用Pd60級用于底涂、Pd90級用于面涂，其優(yōu)點(diǎn)是流變性好，缺點(diǎn)是原料要求高、對絲網(wǎng)磨損嚴(yán)重等；而PCC則根據(jù)國外應(yīng)用表明選用均勻的一定粒徑的片狀晶形的輕質(zhì)碳酸鈣，可以取得非常良好的紙張涂布效果，它不僅克服了FGCC的缺點(diǎn)，而且具有高白度、高不透明度、高平滑度及良好的吸墨性和光澤、涂料流動性好等優(yōu)點(diǎn)。因此，研究開發(fā)造紙專用一定粒徑的片狀碳酸鈣是十分必要和迫切的。
現(xiàn)有造紙片狀沉淀碳酸鈣的制備方法一般分為乳液法和碳化法。乳液法是指在某種乳液介質(zhì)中，加入某種鈣鹽和某種碳酸鹽，在一定的條件下，利用乳液對于結(jié)晶空間的限制來制備出片狀碳酸鈣，該方法制備成本較高，在工業(yè)化方面受到限制；而碳化法是指采用傳統(tǒng)的輕質(zhì)碳酸鈣制備工藝，在碳化過程中加入晶形控制劑、分散劑等來制備出片狀碳酸鈣，該方法報(bào)道有采用有機(jī)瞵化物作控制劑的，也有采用硼化物作控制劑的，前者由于有機(jī)瞵價(jià)格昂貴、且毒性大不宜采用，后者根據(jù)報(bào)道取得了一定的效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明同現(xiàn)有的乳液法和碳化法均不相同。本發(fā)明是先用可溶性的鈣鹽和可溶性的碳酸鹽用特定的沉淀反應(yīng)條件制得分散于其母液的碳酸鈣微細(xì)晶種，然后再將晶種及其母液按特定的比例加入石灰乳后在特定的條件下通入二氧化碳，通過嚴(yán)格碳化條件來制得造紙涂布用片狀晶形碳酸鈣。
本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)關(guān)鍵一是要通過嚴(yán)格地控制沉淀反應(yīng)條件來制備微細(xì)的且高度分散的碳酸鈣晶種，二是要通過嚴(yán)格地控制碳化反應(yīng)條件來制備具有粒度要求的片狀晶形碳酸鈣粉體。
本發(fā)明為一種造紙涂布用片狀晶形輕質(zhì)碳酸鈣的制備方法，其特征在于工藝過程包括先將包括硝酸鈣、氯化鈣、醋酸鈣等在內(nèi)的一種或多種可溶性的鈣鹽，配成5～20％的溶液，再將所用的包括碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸銨、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀、碳酸氫銨等在內(nèi)的一種或多種可溶性碳酸鹽配成10～30％的溶液，然后在溫度為10～50℃范圍內(nèi)，將鈣鹽溶液緩慢加入到碳酸鹽溶液或?qū)⑻妓猁}溶液緩慢加入到鈣鹽溶液，通過反應(yīng)來制備碳酸鈣微細(xì)晶種；另按劑量配比，將氧化鈣進(jìn)行消化、精制制得1％-15％濃度的石灰乳；將碳酸鈣微細(xì)晶種連同其母液按3％～60％的比例加入到石灰乳中，混勻，控制溫度在10～70℃范圍下，通入流量為5-50L/min.kgCa(OH)2的二氧化碳，碳化至終點(diǎn)；料漿經(jīng)過過濾、干燥得到平均粒徑0.2～0.7μm的片狀晶形造紙涂布用輕質(zhì)碳酸鈣。其產(chǎn)品母液可再回收，用以溶解鈣鹽或碳酸鹽。
作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，其進(jìn)一步特征在于工藝過程包括先將包括硝酸鈣、氯化鈣、醋酸鈣等在內(nèi)的一種或多種可溶性的鈣鹽，配成10～20％的溶液，再將所用的包括碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸銨等在內(nèi)的一種或多種可溶性碳酸鹽配成20-30％的溶液，然后在溫度為30～40℃范圍內(nèi)，將鈣鹽溶液緩慢加入到碳酸鹽溶液或?qū)⑻妓猁}溶液緩慢加入到鈣鹽溶液，通過反應(yīng)來制備碳酸鈣微細(xì)晶種；另按劑量配比，將氧化鈣進(jìn)行消化、精制制得4％-12％濃度的石灰乳；將碳酸鈣微細(xì)晶種連同其母液按3％～40％的比例加入到石灰乳中，混勻，控制溫度在10～30℃范圍下，通入流量為30-40L/min.kgCa(OH)2的二氧化碳，碳化至終點(diǎn)。
作為更為優(yōu)化的技術(shù)方案，本發(fā)明的進(jìn)一步特征的條件范圍在于
在通過沉淀反應(yīng)來制備碳酸鈣微細(xì)晶種的過程中，可溶性的鈣鹽以氯化鈣為好，所用的可溶性碳酸鹽以碳酸銨、碳酸鈉為好。加入的順序?yàn)殁}鹽溶液加入到碳酸鹽溶液或碳酸鹽溶液加入到鈣鹽溶液均可，而以鈣鹽溶液加入到碳酸鹽溶液中為好。
可溶性的鈣鹽，配成10～15％的溶液，所用的可溶性碳酸鹽配成20～25％的溶液。
沉淀反應(yīng)溫度范圍為30-35℃。
將氧化鈣進(jìn)行消化、精制制得5％-8％濃度的石灰乳。
碳化條件溫度范圍為25-30℃。
將碳酸鈣微細(xì)晶種連同其母液加入到石灰乳中的比例為3％-8％。
碳化時(shí)，通入的流量為30-35L/min.kgCa(OH)2的二氧化碳。
本發(fā)明的特點(diǎn)和積極效果本發(fā)明采用引入晶種的方法，在一定的條件下碳化石灰乳制備平均粒徑0.2~0.7μm的片狀晶形造紙涂布用輕質(zhì)碳酸鈣。本發(fā)明中關(guān)鍵的晶種制備操作簡單。本發(fā)明除了晶種的制備外，其余設(shè)備和生產(chǎn)普通輕質(zhì)碳酸基本相同，易于工業(yè)化。通過本發(fā)明制備的平均粒徑0.2~0.7μm的片狀晶形輕質(zhì)碳酸鈣適應(yīng)造紙涂布用碳酸鈣的要求。
實(shí)施方式實(shí)施例一稱取11g氯化鈣配成6％水溶液，再稱取10.4g碳酸鉀配成10％溶液，調(diào)溫到15℃，將碳酸鉀溶液緩慢加入到氯化鈣溶液制得7.5g碳酸鈣晶種，將制備好的晶種連同其母液加入到2716mL5％的石灰乳中，調(diào)溫至12℃，控制CO2的流量為0.38m3/h，進(jìn)行碳化反應(yīng)，碳化到終點(diǎn)后，產(chǎn)品經(jīng)過過濾、干燥得成品。成品用透射電子顯微鏡觀察，其晶體的平均粒徑為0.4μm，晶形為片狀。
實(shí)施例二稱取120g硝酸鈣配成10％水溶液，再稱取60g碳酸氫銨配成15％溶液，調(diào)溫到25℃，將硝酸鈣溶液緩慢加入到碳酸氫銨溶液制得50g碳酸鈣晶種，將制備好的晶種連同其母液加入到934mL12％的石灰乳中，調(diào)溫至30℃，控制CO2的流量為0.13m3/h，進(jìn)行碳化反應(yīng)，碳化到終點(diǎn)后，產(chǎn)品經(jīng)過過濾、干燥得成品。成品用透射電子顯微鏡觀察，其晶體的平均粒徑為0.6μm，晶形為片狀。
實(shí)施例三稱取105.6g醋酸鈣和95.6g氯化鈣各配成20％水溶液，再稱取80g碳酸氫鈉和30g碳酸氫鉀各配成30％溶液，調(diào)溫到30℃，將醋酸鈣和氯化鈣混合溶液緩慢加入到碳酸氫鈉碳酸氫鉀混合溶液中，制得125g碳酸鈣晶種，將制備好的晶種連同其母液加入到875mL8％的石灰乳中，調(diào)溫至45℃，控制CO2的流量為0.27m3/h，進(jìn)行碳化反應(yīng)，碳化到終點(diǎn)后，產(chǎn)品經(jīng)過過濾、干燥得成品。成品用透射電子顯微鏡觀察，其晶體的平均粒徑為0.5μm，晶形為片狀。
權(quán)利要求
1.一種造紙涂布用片狀晶形輕質(zhì)碳酸鈣的制備方法，其特征在于工藝過程包括先將包括硝酸鈣、氯化鈣、醋酸鈣等在內(nèi)的一種或多種可溶性的鈣鹽，配成5～20％的溶液，再將所用的包括碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸銨、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀、碳酸氫銨等在內(nèi)的一種或多種可溶性碳酸鹽配成10～30％的溶液，然后在溫度為10～50℃范圍內(nèi)，將鈣鹽溶液緩慢加入到碳酸鹽溶液或?qū)⑻妓猁}溶液緩慢加入到鈣鹽溶液，通過反應(yīng)來制備碳酸鈣微細(xì)晶種；另按劑量配比，將氧化鈣進(jìn)行消化、精制制得1％-15％濃度的石灰乳；將碳酸鈣微細(xì)晶種連同其母液按3％～60％的比例加入到石灰乳中，混勻，控制溫度在10～70℃范圍下，通入流量為5-50L/min.kgCa(OH)2的二氧化碳，碳化至終點(diǎn)；料漿經(jīng)過過濾、干燥得到平均粒徑0.2～0.7μm的片狀晶形造紙涂布用輕質(zhì)碳酸鈣，其產(chǎn)品母液可再回收，用以溶解鈣鹽或碳酸鹽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步特征在于工藝過程包括先將包括硝酸鈣、氯化鈣、醋酸鈣等在內(nèi)的一種或多種可溶性的鈣鹽，配成10～20％％的溶液，再將所用的包括碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸銨等在內(nèi)的一種或多種可溶性碳酸鹽配成20-30％的溶液，然后在溫度為30～40℃范圍內(nèi)，將鈣鹽溶液緩慢加入到碳酸鹽溶液或?qū)⑻妓猁}溶液緩慢加入到鈣鹽溶液，通過反應(yīng)來制備碳酸鈣微細(xì)晶種；另按劑量配比，將氧化鈣進(jìn)行消化、精制制得4％-12％濃度的石灰乳；將碳酸鈣微細(xì)晶種連同其母液按3％～40％的比例加入到石灰乳中，混勻，控制溫度在10～25℃范圍下，通入流量為30-40L/min.kgCa(OH)2的二氧化碳，碳化至終點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其進(jìn)一步特征在于在通過沉淀反應(yīng)來制備碳酸鈣微細(xì)晶種的過程中，可溶性的鈣鹽以氯化鈣為好，所用的可溶性碳酸鹽以碳酸銨、碳酸鈉為好，加入的順序?yàn)殁}鹽溶液加入到碳酸鹽溶液或碳酸鹽溶液加入到鈣鹽溶液均可，而以鈣鹽溶液加入到碳酸鹽溶液中為好。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其進(jìn)一步特征在于可溶性的鈣鹽，配成10～15％的溶液，所用的可溶性碳酸鹽配成20～25％的溶液。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其進(jìn)一步特征在于沉淀反應(yīng)溫度范圍為30-35℃。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其進(jìn)一步特征在于將氧化鈣進(jìn)行消化、精制制得5％-8％濃度的石灰乳。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其進(jìn)一步特征在于碳化條件溫度范圍為25-30℃。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其進(jìn)一步特征在于將碳酸鈣微細(xì)晶種連同其母液加入到石灰乳中的比例為3％-8％。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其進(jìn)一步特征在于碳化時(shí)，通入的流量為30-35L/min.kgCa(OH)2的二氧化碳。
全文摘要
本發(fā)明屬于無機(jī)合成技術(shù)領(lǐng)域。為一種造紙涂布用片狀晶形輕質(zhì)碳酸鈣的制備方法，其特征在于先將可溶性的鈣鹽，配成的溶液，再將可溶性碳酸鹽配成溶液，然后在一定溫度為范圍內(nèi)，將一種溶液緩慢加入到另一種溶液，通過反應(yīng)來制備碳酸鈣微細(xì)晶種；后將碳酸鈣微細(xì)晶種連同其母液按比例加入到精制制得的石灰乳中，混勻，控制溫度范圍，通入一定流量的二氧化碳，碳化至終點(diǎn)；料漿經(jīng)過過濾、干燥得到平均粒徑0.2～0.7μm的片狀晶形造紙涂布用輕質(zhì)碳酸鈣。其產(chǎn)品母液可再回收，用以溶解鈣鹽或碳酸鹽。
文檔編號C01F11/00GK1657413SQ200410093828
公開日2005年8月24日 申請日期2004年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月3日
發(fā)明者蔣凌云, 章蘇, 張永惠, 楊振祥 申請人:天津化工研究設(shè)計(jì)院