[发明专利]一种使用低二氧化碳浓度窑气生产纳米碳酸钙的方法

说明书

本发明属于纳米碳酸钙制备技术领域，公开了一种使用低二氧化碳浓度窑气生产纳米碳酸钙的方法，包括以下步骤：步骤一、向浓度1‑1.5mol/L的氢氧化钙悬浮液中加入添加剂1和添加剂2；步骤二、调节悬浮液温度并混合均匀后，向悬浮液中通入二氧化碳体积浓度为10‑25％的气体进行碳化反应；步骤三、当悬浮液pH降至6.5‑7.0时继续通气15‑30分钟后停止通气，向悬浮液中加入表面处理剂对碳酸钙进行表面处理。通过本发明公开的生产方法，能够得到一次粒径小于100nm、各项指标符合GB/T 19590‑2011《纳米碳酸钙》要求的纳米碳酸钙产品，克服了低二氧化碳浓度窑气在碳化时过饱和度较低、难以得到纳米级碳酸钙产品的缺陷。

技术领域

本发明涉及纳米碳酸钙制备技术领域，具体为一种使用低二氧化碳浓度窑气生产纳米碳酸钙的方法。

背景技术

纳米碳酸钙是指原生粒径在0-100nm范围内的沉淀碳酸钙，应用于胶粘剂、油墨、塑料、橡胶、汽车底涂等领域，与普通碳酸钙相比具有显著的增强、增韧、调控触变性能等功能，是沉淀碳酸钙中的高端产品。

纳米碳酸钙生产以高品位石灰石为原料，经过石灰石煅烧、生石灰消化、氢氧化钙碳化、纳米碳酸钙表面包覆、过滤、干燥、解聚等步骤制得。目前，纳米碳酸钙生产所采用的石灰窑主要是立窑，大多数以无烟煤或焦炭作为燃料，石灰窑烟气(简称“窑气”)经净化处理后，其中的二氧化碳的体积浓度能够达到30％以上，工业上以该气体作为反应物与氢氧化钙悬浮液反应生产纳米碳酸钙。

窑气中的二氧化碳浓度对纳米碳酸钙的生产具有重要影响，如果二氧化碳浓度偏低，会导致：1)碳化初期过饱度偏低，碳酸钙成核速度降低，颗粒容易长大，难以得到纳米级颗粒；2)碳化反应速度偏慢，导致生产效率降低和成本的升高；3)二氧化碳在氢氧化钙浆液中的吸收效率降低，即大量二氧化碳无法被浆液吸收、反应，导致窑气中的二氧化碳量无法满足碳化反应需求，严重影响生产过程的物料平衡。因此，在纳米碳酸钙的生产实际中，要求窑气中二氧化碳的体积浓度至少应达到25％以上。

随着“蓝天保卫战”等环保行动的开展，“气代煤”已成为新上沉淀碳酸钙项目的基本要求，也即新上石灰窑不能再使用无烟煤、焦炭等作为燃料，而应使用天然气等清洁能源作为燃料。目前，能够以天然气为燃料的窑炉包括回转窑、双膛窑、套筒窑和双梁窑等。这些窑炉的普遍特点是窑气中二氧化碳浓度偏低，一般不超过20％。以这些窑炉的窑气作为碳化气源生产纳米碳酸钙，会因为窑气中二氧化碳浓度偏低而无法套用现有的纳米碳酸钙生产工艺，或者利用现有的碳酸钙生产工艺虽然可以生产出纳米级的产品，但因为反应速度降低等问题导致生产成本偏高，不具有经济性。

在中国专利CN105819481A中公开了一种低二氧化碳浓度窑气生产沉淀碳酸钙的方法，但该方法只能生产普通轻质碳酸钙，无法生产纳米级碳酸钙。在中国专利CN101967001A中公开了一种用低二氧化碳浓度气体生产沉淀碳酸钙的方法，但该方法采用传统的沉淀碳酸钙工艺生产纳米碳酸钙，没有反映出能够提高二氧化碳吸收效率、缩短反应时间和降低成本的技术手段。

在中国专利CN112174183A中公开了一种使用回转窑产生的低CO₂浓度窑气生产纳米碳酸钙的方法。该发明首先利用富集浓缩装置将烟气中的CO₂浓度提高到20％以上，然后在碳化时，会加入CO₂捕捉剂，所述的捕捉剂包括乙醇胺、二乙醇胺以及IV-甲基二乙醇胺等。这些捕捉剂主要通过提高溶液碱性来提高CO2的吸收率。该发明的方法主要存在CO₂富集能耗高、加入碱类助剂可能会造成纳米碳酸钙成品pH值偏高等问题。

在目前的生产实践中，有的企业为了能够使用低二氧化碳浓度窑气生产纳米碳酸钙，通过化学吸附-脱附工艺对窑气进行预处理，将窑气中的二氧化碳浓度提高到40％以上，然后再使用该气体生产纳米碳酸钙。这种方法虽然可以套用现有的纳米碳酸钙生产工艺，但大幅增加了生产线的投资和生产成本，导致产品的市场竞争力下降。

发明内容

(一)解决的技术问题