專利名稱：制備纖維狀輕質(zhì)碳酸鈣的方法及反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種纖維狀輕質(zhì)碳酸鈣的制備方法及裝置，尤其涉及一種用于塑料增強(qiáng)和造紙?zhí)盍系睦w維狀輕質(zhì)碳酸鈣及裝置。
背景技術(shù)：
晶須是在受控條件下生長的纖細(xì)單晶材料，即具有一定長徑比(一般大于10)。其晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較完整，內(nèi)部缺陷較少，機(jī)械強(qiáng)度近似等于原子間鍵力的理論強(qiáng)度，不含有晶粒界、亞晶界、空洞等晶體缺陷，因此晶須的強(qiáng)度和模量均接近其完整晶體材料的理論值，是一種力學(xué)性能十分優(yōu)異的新型復(fù)合材料增強(qiáng)補(bǔ)韌劑。長度較長、長徑比較大的晶須我們稱之為纖維。這種纖維用于造紙?zhí)盍峡梢蕴岣咛盍系牧糁什⒔档蛯?duì)紙張強(qiáng)度的影響。
在已經(jīng)研究出的晶須中，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的有SiC、Si3N4、Al2O3、ZnO、鈦酸鉀、莫來石、硼酸鋁等，但其昂貴的價(jià)格使其難以大量應(yīng)用。近年來，一種造價(jià)較低，性價(jià)比相應(yīng)較高的新型晶須材料----纖維狀輕質(zhì)碳酸鈣(簡稱輕鈣，下同)的問世，將有可能極大地促進(jìn)晶須材料在工業(yè)上的大規(guī)模應(yīng)用。
纖維狀輕鈣的制造一般采用來源廣泛、價(jià)格低廉的石灰石為原料，在較低的溫度(＜100℃)及水相體系下反應(yīng)制得。在生產(chǎn)過程中沒有環(huán)境污染，制備工藝簡單，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，相比其它需要高溫和較為復(fù)雜的工藝制得的晶須材料，纖維狀輕鈣具有很低的制造成本，而且作為一種晶須材料，纖維狀輕鈣不僅具有一般晶須材料所具有的性能，還可改進(jìn)復(fù)合材料的可加工性與制件的表面光潔性。大大提高了增強(qiáng)體系的綜合性能。因此，作為一種質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的新型晶須材料，其有望取代鈦酸鉀等晶須材料而成為日常塑料、橡膠、造紙等工業(yè)中大量使用的增強(qiáng)填料。
日本專利JP63-256514、JP63-260815采用磷酸及可溶性磷酸鹽制備纖維狀輕鈣的方法，但得到的纖維狀輕鈣的長度一般小于10μm。而日本專利JP4-321515、JP4-224110和美國專利US5164172中描述了在含有文石相碳酸鈣晶種的條件下，加入磷酸及可溶性磷酸鹽制備纖維狀輕鈣的方法，可以制備得到長度大于20μm的纖維狀輕鈣。日本專利JP2001-354416中描述了在含有Mg2+的高濃度Ca(OH)2漿料中通入含有CO2的氣體碳化得到文石相纖維狀輕鈣，纖維狀輕鈣的長度10--20μm。中國專利CN1641077A也公開了以MgCl2為添加劑制備纖維狀輕鈣的方法，在反應(yīng)過程中不斷補(bǔ)充MgCl2添加劑。
以上這些專利制備纖維狀輕鈣尺寸分布不均勻，長度和直徑分布都比較寬，出現(xiàn)這種情況的原因是這些專利制備纖維狀輕鈣采用的都是釜式反應(yīng)器，反應(yīng)產(chǎn)物從生成到出反應(yīng)器，其在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間差別很大。產(chǎn)物形成早的其在反應(yīng)器內(nèi)停留時(shí)間長，外形尺寸大，而產(chǎn)物形成晚的其在反應(yīng)器內(nèi)停留時(shí)間短，外形尺寸小，所以造成纖維狀輕鈣長度和直徑都呈現(xiàn)出一定的分布，均勻性不好。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是公開一種制備纖維狀輕質(zhì)碳酸鈣的方法及反應(yīng)器，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷。
制備纖維狀輕質(zhì)碳酸鈣的反應(yīng)器，包括長條形殼體；設(shè)置在長條形殼體內(nèi)底部的氣體分布構(gòu)件；設(shè)置在長條形殼體一端的料漿入口；設(shè)置在長條形殼體另一端的料漿出口；設(shè)置在長條形殼體底部的CO2入口。
本發(fā)明的方法包括如下步驟將重量濃度為1～5％的Ca(OH)2水漿料與相當(dāng)于Ca(OH)2絕干重量的2～4倍的MgCl26H2O的混合物，加熱至80～95℃；再將上述的混合漿料連續(xù)的從一端送入水平放置的長條形反應(yīng)器中，含有CO2的氣體通過設(shè)置在反應(yīng)器底部的氣體分布構(gòu)件后變成小氣泡進(jìn)入漿料，漿料在水平流過所說的反應(yīng)器時(shí)，與CO2氣體連續(xù)錯(cuò)流接觸進(jìn)行碳化反應(yīng)，漿料中的Ca(OH)2碳化成纖維狀輕鈣，然后從反應(yīng)器出口流出，過濾、洗滌，即獲得所說的纖維狀輕鈣；Ca(OH)2漿料的流動(dòng)速度為0.01-1m/s，在反應(yīng)器中的停留時(shí)間為1～10小時(shí)；所述的CO2氣體的體積濃度為10-99％，CO2氣體的體積流量為Ca(OH)2漿料流量的1.5～4倍。
本發(fā)明采用的方法，Ca(OH)2漿料與CO2氣體連續(xù)錯(cuò)流接觸進(jìn)行碳化反應(yīng)，纖維狀輕鈣從形成到出料，其在反應(yīng)器內(nèi)停留時(shí)間基本一致，從而保證了纖維的長度和直徑基本一致，外形尺寸均勻。又因?yàn)镃a(OH)2漿料在反應(yīng)器內(nèi)的流動(dòng)速度較慢，接近平推流，而CO2氣體與Ca(OH)2漿料是錯(cuò)流接觸，CO2氣體通過氣體分布構(gòu)件形成細(xì)小的CO2氣泡進(jìn)入Ca(OH)2漿料。細(xì)小的CO2氣泡有利于CO2在漿料中的溶解，同時(shí)細(xì)小的CO2氣泡對(duì)Ca(OH)2漿料流動(dòng)速度擾動(dòng)較小，有利于Ca(OH)2漿料反應(yīng)器內(nèi)停留時(shí)間一致性，同時(shí)也有利于纖維狀輕鈣的生長。所以本技術(shù)制備的纖維狀輕鈣外形尺寸分布均勻。


圖1為截面形狀為圓形的長條形反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
參見圖1，制備纖維狀輕質(zhì)碳酸鈣的反應(yīng)器，包括
長條形殼體1；設(shè)置在長條形殼體1內(nèi)底部的氣體分布構(gòu)件2；設(shè)置在長條形殼體1一端的料漿入口3；設(shè)置在長條形殼體1另一端的料漿出口4；設(shè)置在長條形殼體1底部的CO2入口5。
所說的長條形反應(yīng)器的截面形狀包括圓形、橢圓形或規(guī)則或不規(guī)則的多邊形，圖1為截面形狀為圓形長條形反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
反應(yīng)器頂部可以是敞開式或封閉式；所說的氣體分布構(gòu)件2優(yōu)選絲網(wǎng)，絲網(wǎng)的材質(zhì)包括金屬、合成高分子材料、天然棉、毛、麻或絲，目數(shù)為100～800目。
實(shí)施例1往15立方米帶夾套的反應(yīng)釜中加入重量濃度為10％的Ca(OH)2水漿料3噸，再加入水7噸稀釋成重量濃度為3.0％的Ca(OH)2漿料，往其中在加入900kgMgCl26H2O，攪拌使其完全溶解，往反應(yīng)釜夾套中通蒸汽，將漿料加熱至82℃，兩只15立方米反應(yīng)釜輪流向反應(yīng)器連續(xù)供料。
將加熱后的漿料用泵送入長50米，直徑40cm的管式反應(yīng)器中，管式反應(yīng)器中液面高度為26cm，Ca(OH)2漿料的送入流量為100升/分鐘，反應(yīng)器底部絲網(wǎng)面積為5平方米，絲網(wǎng)為200目不銹鋼絲網(wǎng)。
CO2的混合氣體流量為250升/分鐘，CO2的混合氣體中含有25％CO2，反應(yīng)器出口漿料pH為6.9，出反應(yīng)器的漿料送入真空轉(zhuǎn)鼓過濾器中進(jìn)行過濾、洗滌，過濾器的轉(zhuǎn)鼓直徑為3米，寬為2.5米，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速為0.5轉(zhuǎn)/分鐘。出料濾餅含固量為58％，出料速度為398kg/hr。
用掃描電子顯微鏡觀察纖維狀輕鈣最長為41μm、最短為39μm，直徑最大為1.0μm、最小為0.9μm。
對(duì)比實(shí)施例1
往15立方米帶夾套的反應(yīng)釜中加入重量濃度為10％的Ca(OH)2漿料3噸，再加入水7噸稀釋成重量濃度為3.0％的Ca(OH)2漿料，往其中在加入900kgMgCl26H2O，攪拌使其完全溶解，往反應(yīng)釜夾套中通蒸汽，將漿料加熱至82℃。直接往反應(yīng)釜中通入CO2的混合氣體，CO2的混合氣體流量為250升/分鐘，CO2的混合氣體中含有25％CO2，碳化至漿料pH為6.9，過濾、洗滌獲得產(chǎn)品。
用掃描電子顯微鏡觀察纖維狀輕鈣最長為43μm、最短為17μm，直徑最大為1.2μm、最小為0.7μm。
實(shí)施例2往15立方米帶夾套的反應(yīng)釜中加入重量濃度為10％的Ca(OH)2漿料3噸，再加入水7噸稀釋成重量濃度為3.0％的Ca(OH)2漿料，往其中在加入1200kgMgCl26H2O，攪拌使其完全溶解，往反應(yīng)釜夾套中通蒸汽，將漿料加熱至90℃。兩只15立方米反應(yīng)釜輪流向反應(yīng)器連續(xù)供料。
將加熱后的漿料用泵送入長80米，截面為50×50cm的槽形反應(yīng)器中，管式反應(yīng)器中液面高度為40cm，Ca(OH)2漿料的送入流量為150升/分鐘，反應(yīng)器底部絲網(wǎng)面積為8平方米，絲網(wǎng)為325目不銹鋼絲網(wǎng)。CO2的混合氣體流量為320升/分鐘，CO2的混合氣體中含有22％CO2，反應(yīng)器出口漿料pH為7.0，出反應(yīng)器的漿料送入真空轉(zhuǎn)鼓過濾器中進(jìn)行過濾、洗滌，過濾器的轉(zhuǎn)鼓直徑為3米，寬為2.5米，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速為0.5轉(zhuǎn)/分鐘。出料濾餅含固量為60％，出料速度為574kg/hr。
用掃描電子顯微鏡觀察纖維狀輕鈣最長為39μm、最短為37μm，直徑最大為0.9μm、最小為0.8μm。
對(duì)比實(shí)施例2往15立方米帶夾套的反應(yīng)釜中加入重量濃度為10％的Ca(OH)2漿料3噸，再加入水7噸稀釋成重量濃度為3.0％的Ca(OH)2漿料，往其中在加入1200kgMgCl26H2O，攪拌使其完全溶解，往反應(yīng)釜夾套中通蒸汽，將漿料加熱至90℃。直接往反應(yīng)釜中通入CO2的混合氣體，CO2的混合氣體流量為320升/分鐘，CO2的混合氣體中含有22％CO2，碳化至漿料pH為7.0。進(jìn)行過濾、洗滌，獲得產(chǎn)品。
用掃描電子顯微鏡觀察纖維狀輕鈣最長為41μm、最短為15μm，直徑最大為1.1μm、最小為0.6μm。
實(shí)施例3往15立方米帶夾套的反應(yīng)釜中加入重量濃度為10％的Ca(OH)2漿料1噸，再加入水10噸稀釋成重量濃度為1.0％的Ca(OH)2漿料，往其中在加入300kgMgCl26H2O，攪拌使其完全溶解，往反應(yīng)釜夾套中通蒸汽，將漿料加熱至95℃。兩只15立方米反應(yīng)釜輪流向反應(yīng)器連續(xù)供料。
將加熱后的漿料用泵送入長100米橢圓形反應(yīng)器中，橢圓的長軸為80cm短軸為40cm，橢圓形反應(yīng)器中液面高度為55cm，Ca(OH)2漿料的送入流量為210升/分鐘，反應(yīng)器底部絲網(wǎng)面積為7.5平方米，絲網(wǎng)為800目不銹鋼絲網(wǎng)。CO2的混合氣體流量為500升/分鐘，CO2的混合氣體中含有24％CO2，反應(yīng)器出口漿料pH為7.0，出反應(yīng)器的漿料送入真空轉(zhuǎn)鼓過濾器中進(jìn)行過濾、洗滌，過濾器的轉(zhuǎn)鼓直徑為3米，寬為2.5米，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速為0.5轉(zhuǎn)/分鐘。出料濾餅含固量為56％，出料速度為295kg/hr。用掃描電子顯微鏡觀察纖維狀輕鈣最長為43μm、最短為41μm，直徑最大為1.2μm、最小為1.1μm。
對(duì)比實(shí)施例3往15立方米帶夾套的反應(yīng)釜中加入重量濃度為10％的Ca(OH)2漿料1噸，再加入水10噸稀釋成重量濃度為1.0％的Ca(OH)2漿料，往其中在加入300kgMgCl26H2O，攪拌使其完全溶解，往反應(yīng)釜夾套中通蒸汽，將漿料加熱至95℃。直接往反應(yīng)釜中通入CO2的混合氣體，CO2的混合氣體流量為500升/分鐘，CO2的混合氣體中含有24％CO2，碳化至漿料pH為7.0。進(jìn)行過濾、洗滌，獲得產(chǎn)品。
用掃描電子顯微鏡觀察纖維狀輕鈣最長為46μm、最短為18μm，直徑最大為1.3μm、最小為0.9μm。
實(shí)施例4往15立方米帶夾套的反應(yīng)釜中加入重量濃度為10％的Ca(OH)2漿料2噸，再加入水8噸稀釋成重量濃度為2.0％的Ca(OH)2漿料，往其中在加入400kgMgCl26H2O，攪拌使其完全溶解，往反應(yīng)釜夾套中通蒸汽，將漿料加熱至85℃。兩只15立方米反應(yīng)釜輪流向反應(yīng)器連續(xù)供料。
將加熱后的漿料用泵送入長35米，直徑100cm的管式反應(yīng)器中，管式反應(yīng)器中液面高度為70cm，Ca(OH)2漿料的送入流量為250升/分鐘，反應(yīng)器底部絲網(wǎng)面積為15平方米，絲網(wǎng)為100目尼龍絲網(wǎng)。CO2的混合氣體流量為500升/分鐘，CO2的混合氣體中含有21％CO2，反應(yīng)器出口漿料pH為7.1，出反應(yīng)器的漿料送入真空轉(zhuǎn)鼓過濾器中進(jìn)行過濾、洗滌，過濾器的轉(zhuǎn)鼓直徑為3米，寬為2.5米，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速為0.7轉(zhuǎn)/分鐘。出料濾餅含固量為55％，出料速度為710kg/hr。
用掃描電子顯微鏡觀察纖維狀輕鈣最長為36μm、最短為34μm，直徑最大為1.1μm、最小為1.0μm。
對(duì)比實(shí)施例4往15立方米帶夾套的反應(yīng)釜中加入重量濃度為10％的Ca(OH)2漿料2噸，再加入水8噸稀釋成重量濃度為2.0％的Ca(OH)2漿料，往其中在加入400kgMgCl26H2O，攪拌使其完全溶解，往反應(yīng)釜夾套中通蒸汽，將漿料加熱至85℃。直接往反應(yīng)釜中通入CO2的混合氣體，CO2的混合氣體流量為500升/分鐘，CO2的混合氣體中含有21％CO2，碳化至漿料pH為7.1。進(jìn)行過濾、洗滌，獲得產(chǎn)品。
用掃描電子顯微鏡觀察纖維狀輕鈣最長為38μm、最短為11μm，直徑最大為1.3μm、最小為0.8μm。
實(shí)施例5往15立方米帶夾套的反應(yīng)釜中加入重量濃度為10％的Ca(OH)2漿料1.5噸，再加入水8.5噸稀釋成重量濃度為1.5％的Ca(OH)2漿料，往其中在加入450kgMgCl26H2O，攪拌使其完全溶解，往反應(yīng)釜夾套中通蒸汽，將漿料加熱至80℃。兩只15立方米反應(yīng)釜輪流向反應(yīng)器連續(xù)供料。
將加熱后的漿料用泵送入長60米，截面為正六邊形的管式反應(yīng)器中，正六邊形的邊長為50cm，反應(yīng)器中液面高度為62cm，Ca(OH)2漿料的送入流量為500升/分鐘，反應(yīng)器底部絲網(wǎng)面積為10平方米，絲網(wǎng)為200目的銅網(wǎng)。CO2的混合氣體流量為800升/分鐘，CO2的混合氣體中含有20％CO2，反應(yīng)器出口漿料pH為7.2，出反應(yīng)器的漿料送入真空轉(zhuǎn)鼓過濾器中進(jìn)行過濾、洗滌，過濾器的轉(zhuǎn)鼓直徑為3米，寬為2.5米，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速為0.7轉(zhuǎn)/分鐘。出料濾餅含固量為60％，出料速度為980kg/hr。
用掃描電子顯微鏡觀察纖維狀輕鈣最長為44μm、最短為42μm，直徑最大為0.8μm、最小為0.7μm。
對(duì)比實(shí)施例5往15立方米帶夾套的反應(yīng)釜中加入重量濃度為10％的Ca(OH)2漿料1.5噸，再加入水8.5噸稀釋成重量濃度為1.5％的Ca(OH)2漿料，往其中在加入450kgMgCl26H2O，攪拌使其完全溶解，往反應(yīng)釜夾套中通蒸汽，將漿料加熱至80℃。直接往反應(yīng)釜中通入CO2的混合氣體，CO2的混合氣體流量為800升/分鐘，CO2的混合氣體中含有20％CO2，碳化至漿料pH為7.2。進(jìn)行過濾、洗滌，用掃描電子顯微鏡觀察纖維狀輕鈣最長為47μm、最短為19μm，直徑最大為1.0μm、最小為0.5μm。
權(quán)利要求
1.制備纖維狀輕質(zhì)碳酸鈣的方法，其特征在于，包括如下步驟將重量濃度為1～5％的Ca(OH)2水漿料與相當(dāng)于Ca(OH)2絕干重量的2～4倍的MgCl26H2O的混合物，加熱至80～95℃；再將上述的混合漿料連續(xù)的從一端送入水平放置的長條形反應(yīng)器中，含有CO2的氣體通過設(shè)置在反應(yīng)器中的氣體分布構(gòu)件后與CO2氣體連續(xù)錯(cuò)流接觸進(jìn)行碳化反應(yīng)，漿料中的Ca(OH)2碳化成纖維狀輕鈣，然后從反應(yīng)器出口流出，過濾、洗滌，即獲得所說的纖維狀輕鈣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，Ca(OH)2漿料的流動(dòng)速度為0.01-1m/s。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，Ca(OH)2漿料在反應(yīng)器中的停留時(shí)間為1～10小時(shí)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，CO2氣體的體積流量為Ca(OH)2漿料流量的1.5～4倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述的CO2氣體的體積濃度為10-99％。
6.實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1～5任一項(xiàng)所述方法的反應(yīng)器，其特征在于，包括長條形殼體(1)；設(shè)置在長條形殼體(1)內(nèi)底部的氣體分布構(gòu)件(2)；設(shè)置在長條形殼體(1)一端的料漿入口(3)；設(shè)置在長條形殼體(1)另一端的料漿出口(4)；設(shè)置在長條形殼體(1)底部的CO2入口(5)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的反應(yīng)器，其特征在于，所說的長條形反應(yīng)器的截面形狀包括圓形、橢圓形或規(guī)則或不規(guī)則的多邊形。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的反應(yīng)器，其特征在于，反應(yīng)器頂部是敞開式或封閉式。
9.根據(jù)權(quán)利要求6～8任一項(xiàng)所述的反應(yīng)器，其特征在于，所說的氣體分布構(gòu)件(2)為絲網(wǎng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的反應(yīng)器，其特征在于，絲網(wǎng)的材質(zhì)包括金屬、合成高分子材料、天然棉、毛、麻或絲，目數(shù)為100～800目。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制備纖維狀輕質(zhì)碳酸鈣的方法及反應(yīng)器，包括如下步驟將重量濃度為1～5％的Ca(OH)
文檔編號(hào)C01F11/18GK1944263SQ20061011702
公開日2007年4月11日 申請日期2006年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月11日
發(fā)明者施曉旦, 王彥華 申請人:上海東升新材料有限公司