[发明专利]一种棒状沉淀碳酸钙的制备方法

说明书

本发明公开了一种棒状沉淀碳酸钙的制备方法，包括以下步骤：(1)制备石灰浆；(2)碳酸化反应：将石灰浆置入碳酸化反应塔中，开启搅拌，控制反应体系温度为40‑80℃，反应前期0‑30min内通入混合气体中二氧化碳的浓度为5‑15vol％，流量为2‑4m³/h，碳酸化反应后期内通入混合气体中二氧化碳的浓度为25‑40vol％，流量为4‑6m³/h，当反应体系pH值达到7.5时停止通气，终止碳酸化反应，得到沉淀碳酸钙悬浮液；(3)脱水干燥：将沉淀碳酸钙悬浮液经脱水，干燥得到棒状沉淀碳酸钙。本发明制备方法，在制备过程中不需要添加晶型控制剂和/或晶种，通过工艺的控制即可制备棒状沉淀碳酸钙，解决使用晶型控制剂导致的成本高和产品质量差的问题，晶种法中晶种制备困难，工艺流程长等问题。

技术领域

本发明属于无机材料技术领域，涉及沉淀碳酸钙，更准确地说，涉及以石灰石为原料的棒状沉淀碳酸钙的制备方法。

背景技术

碳酸钙是一种重要的无机填料，广泛应用于塑料、橡胶、造纸和涂料等领域。根据碳酸钙生产方法的不同，可以将碳酸钙分为重质碳酸钙和沉淀碳酸钙。重质碳酸钙经机械的方法直接粉碎天然的大理石或石灰石制得。沉淀碳酸钙经化学沉淀结晶制备。根据不同的反应条件，可获得多种形貌的沉淀碳酸钙，如米粒状、纺锤状、类立方状、链状、片状、球状和棒状等。碳酸钙的晶相有三种：方解石、文石和球霰石。棒状沉淀碳酸钙一般为文石晶相。

因为晶粒长径比较大，棒状沉淀碳钙具有一些特殊的应用性能。相对于应用最为广泛的纺锤形沉淀碳酸钙，棒状沉淀碳酸钙用作纸张填料时，具有较高的留着率，改善纸张松厚度和印刷适应性。因棒状沉淀碳酸钙易于和造纸纤维产生搭桥作用，填充纸张强度降低率较小。棒状沉淀碳酸钙(文石结构)比其他方解石碳酸钙具有更高的折光率，用作造纸涂料时可赋予纸张更高的遮盖率和印刷显色光密度。棒状碳酸钙还可应用于塑料填充，与比表面积相近的其他碳酸钙相比，棒状沉淀碳酸钙可赋予制品更好的加工流动性、热稳定性、表面光泽、拉伸/弯曲弹性模量和抗冲击强度。

用作纸张涂料时，棒状沉淀碳酸钙可在涂料中形成均匀的空隙，加快纸张的油墨吸收速度，有利于高速印刷，也可提高纸张厚度和光泽度，有望取代价格较高的高岭土。专利CN 105484099A公开了一种用于纸张涂料的文石型轻钙组合物及其应用方法，优选粒子大小分布为0.5～2.3um，长径比8～13的文石型轻钙，可替代或减少纸张中的高岭土，提高铜版纸和白卡纸表面强度和光泽度，在不影响涂布纸质量的情况下降低纸张涂料成本。专利WO 2009/009553A1公开了一种用于纸张涂布材料的文石型沉淀碳酸钙，文石含量不小于30％，且粒径大于等于2um的碳酸钙含量小于4％，小于等于0.25um的碳酸钙含量小于10％，用于纸张涂布有效改善纸张的透明度，光泽，打印光泽和亮度。

碳酸化法是最重要和最成熟的沉淀碳酸钙工业生产方法，即在石灰浆(氢氧化钙料浆)中通入含二氧化碳气体进行沉淀结晶反应。采用碳酸化法制备棒状沉淀碳酸钙，通常需要在结晶反应混合物中加入晶型控制剂和/或晶种。晶型控制剂主要以无机化合物为主，应用较多的包括镁、锶化合物及磷酸/盐等。

碳酸化法制备棒状(文石型)沉淀碳酸钙，氯化镁是有效的晶型控制剂，且镁盐价格较低。但以氯化镁作晶型控制剂时普遍存在氯化镁用量过大的问题，在产物中难以除去成为杂质。若以针状氢氧化镁和碳酸镁作晶型控制剂，晶型控制剂本身不易得到。

含锶化合物也是碳酸化法制备棒状(文石型)沉淀碳酸钙常用的晶型控制剂，往往可得到高文石含量产物。但含锶化合物晶型控制剂作用机理复杂，对碳酸化反应工艺条件要求高，应用不同的含锶化合物需要不同的碳酸化工艺。含锶化合物价格较高，出于成本考虑，通常以含锶化合物作晶型控制剂制备高文石含量沉淀碳酸钙，再以此作晶种批量制备棒状沉淀碳酸钙。

磷酸/盐也是碳酸化法制备棒状沉淀碳酸钙常用的晶型控制剂。其它用于碳酸化法制备棒状碳酸钙的单一晶型控制剂还有含铝化合物。大多数添加剂单独使用时难以起晶型控制的作用，或效果较差，因此采用两种或两种以上晶型控制剂复合使用是常用办法。