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工业上制备碳酸钙的相关知识 [复制链接]

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碳酸钙,俗称灰石、石灰石、石粉、大理石等。它是地球上常见物质之一,存在于方解石、文石、白垩、石灰石、大理石、石灰华等岩石内,也可为动物骨骼或外壳的主要成分。

从化学组成角度解释,C、O、Ca三种化学元素结合可成为CaCO,因此碳酸钙是一种无机化合物。它的相对分子质量为.09,其中氧化钙(CaO)占56.03%,二氧化碳(CO2)占43.97%。

碳酸钙粉

01碳酸钙制备技术

化学方法

分为碳化法、苏尔维法、联钙法、苛碱法和氯化钙-苏打法,五种方法。其中应用最多的是碳化法,其次是氯化钙-苏打法,其它三种方法应用很少。

(1)碳化法生产碳酸钙,其基本方法如下:

碳化法

(2)苏尔维法(Solvay),即在生产纯碱的过程中联产碳酸钙。

其化学反应过程如下:

(3)其它方法

苛化法

氯化钙—苏打法

物理方法

也称研磨法,即由天然矿物直接经机械粉碎所得产品,因其比重大于轻钙,故名重质碳酸钙(简称重钙,GCC)。

其加工过程又分为干法和湿法两种研磨工艺,产品分普通型,如双飞粉目、三飞粉(目、45~μm)、细粉(~0目、10~45μm),超细型(0目、2~10μm),超细活性型(经表面活化处理)三种。

机械粉碎磨粉加工重质碳酸钙可选用的磨粉机有:球磨机、雷蒙磨粉机、超细磨,并且这三款设备在生产细度上可调可控,其使用范围也比较广,是目前重质碳酸钙粉加工应用非常好的设备。当然不同类型的磨粉机设备各有各的特点,具体介绍如下,客户您可以根据自己的实际生产需求来进行选择。

桂林鸿程碳酸钙磨粉机

A.球磨机

球磨机分为干磨和湿磨两种,是工业磨粉重常见的磨粉设备之一。球磨的时产在1-多吨,成品细度在20-目左右。

球磨机有湿磨和干磨两种研磨方式,是工业中常见的磨粉设备之一。相较于其他磨粉设备,球磨机的产量比较大,一般每小时产量可以达到0.65-t左右,但是出料粒度较小,正常情况下只在20-目左右,不过可以满足生产-目白云石粉的需求!且能耗、维护成本较大。

B.HC摆式雷蒙磨粉机

雷蒙磨适用于莫氏硬度在9以下,湿度在6%以下的物料,成品粒度可以在80-目之间调节,部分情况下细度可达目,日产1-吨,主要优点是它的粉碎强度比较大,结构简单,性价比高,是目前使用率比较高的一款矿石磨粉设备。

C.HLMX超细磨

从它的名字可以看出来,是用来生产高细度产品的设备。它的出料成品0.18-0.mm,也就是80-目之间。与雷蒙磨不同,它的选粉机模块设计,可适应不同细度需求,变频调速、产品精细分级,另外,在产量和细度相同的情况下,这款超细磨它的系统能耗仅为气流磨的三分之一,是当下细磨深加工常选研磨机设备。

02碳酸钙用途分类

橡胶专用钙(CalciumCarbonate,Rubber)

塑料专用钙(CalciumCarbonate,Plastic):GCC,可细分为PVC专用PCC、GCC,PE专用PCC、GCC和PP专用PCC、GCC等。

涂料专用钙(DopeCalciumCarbonate):还可进一步细分为油漆专用钙、涂料专用钙。

油墨专用钙,也称透明钙(CalciumCarbonate,Printing)。

造纸专用钙(CalciumCarbonate,Paper):造纸专用PCC、GCC。

食品专用钙(EdibleCalciumCarbonate):葡萄糖酸钙、乳酸钙等。

药典专用钙(MedicinalCalciumCarbonate),如:发酵专用碳酸钙用于生产抗生素。

生物专用钙(BiologicCalciumCarbonate),如:胶囊专用钙、生物钙片等。

03碳酸钙晶型和形貌分类

对纳米碳酸钙来说,晶型是一个很重要的技术指标。因为不同晶型的产品适用于不同应用领域,只有依据具体的用途来确定合适的产品晶型,才能生产出适销对路的产品。

碳酸钙的晶型有三种:方解石、文石、球霰石,分别属于三方、正交和六方晶系,但其形貌有几十种,常见的形貌只有数种。

(1)无规则形碳酸钙

即以天然的方解石、石灰石、大理石、白垩等为原料,由机械粉碎或气流粉碎到一定的细度标准,因其相对比沉淀碳酸钙重,故名重质碳酸钙、重质微细碳酸钙等都是无规则体。

在电子显微镜下可观察其颗粒大小差异较大,而且颗粒外有一定棱角,GCC的比表面积小,约为1m2/g左右,吸油值为20~27ml/g左右。

FGCC平均粒径可达3μm以下,比表面积为1.45~2.1m2/g,吸油值为48ml/g左右。

总之,GCC具有形状不规则、粒径分布宽、密度大、比表面积小、吸油值较低等特点。

(2)纺锤形碳酸钙

普通轻钙产品,无需添加任何晶型导向剂,晶型为两头尖,如纺锤。其长径为5~12μm,短径为1~3μm。

如果加入的结晶控制剂为H2O2和螯合剂等还可得到短径为0.1~1μm的小纺锤,其粒径为~0nm,长径比为3~4,在干燥过程中不产生二次凝聚,分散性非常好。

(3)立方形碳酸钙

碳化反应前期,在氢氧化钙浆液中添加硫酸、或硫酸铝、硫酸锌等硫酸盐、或多聚磷酸钠等晶型导向剂,可生产出立方体形的超细碳酸钙产品,其粒径为5-nm,且粒度均匀、分散性好、吸油值较低。

日本白石工业株式会社以Al2(SO4)3或ZnSO4为晶型导向剂,采用两段喷雾碳化法制得了平均粒径为5-20nm的立方体形纳米碳酸钙。郑岚等以硫酸为晶型导向剂,采用间歇鼓泡碳化制备了平均粒径为45nm的立方体形纳米碳酸钙。

(4)针状形碳酸钙

也称为晶须状碳酸钙,以焦磷酸钠溶液、或氯化锶、或硫酸钠溶液作为晶型导向剂,可得到超细针状碳酸钙晶体。福建师范大学许兢等利用尿素水解法,在蒸汽压力锅中、恒定高温高压下,无须加入晶型导向剂,就能制备出高纯度的晶须碳酸钙。

针状纳米碳酸钙具有白度高、生产成本低、强度高、填充性能好等优点,有望取代玻璃、石绵等纤维材料和昂贵的钛酸钾、碳化钛(TiC)等晶须材料,在造纸、塑料、橡胶和涂料等工业领域大量使用。

(5)链锁形碳酸钙

通过在碳化反应前期,添加六偏磷酸钠、乙二胺四乙酸与氯化铝、或者顺丁稀二酸等添加剂,或在碳化过程中加入三氯化铝等都可得到纳米级链锁形超细碳酸钙,其平均粒径能达到10-nm,长径比为1:5-50左右。

(6)球形碳酸钙

球形碳酸钙在多数情况下是由球霰石生长而成的,但球霰石属于热力学最不稳定的晶型,极易向文石和方解石型转化。因此,球形碳酸钙主要通过人工合成的方式获得。

目前,人工合成球形碳酸钙的方法主要有碳化法、复分解法、生物仿生合成法、微乳液法等。黎声鹏等以高浓度的氢氧化钙作为原料,乙醇-水作为溶剂,L-天冬氨酸作为晶型控制剂制备出球形度高、分散性好、粒径分布窄的球形碳酸钙。

04碳酸钙粒径分类

微粒碳酸钙,粒径nm;

微粉碳酸钙,粒径范围为0~nm;

微细碳酸钙,粒径范围为~0nm;

超细碳酸钙,粒径范围为20~nm;

超微细碳酸钙,粒径20nm。

通常把超细碳酸钙和超微细碳酸钙又合称纳米级碳酸钙。

05部分关键属性

(1)沉降体积

沉降体积(SedmentationBulk)是单位质量的产品碳酸钙在ml水中震荡并静置3h后所具有的体积(ml)。沉降体积越大,说明产品粒度越小、密度越轻、产品档次越高。轻质碳酸钙的沉降体积(2.4-2.8ml/g)比重质碳酸钙的沉降体积(1.1-1.4mL/g)大,纳米碳酸钙的沉降体积(3.0~4.0ml/g)又要大于轻质碳酸钙。

(2)吸油值

碳酸钙的吸油值(OilAbsorptionNumber)与其颗粒间的空隙及其表面性能、比表面积有关。颗粒大、粒度分布均匀、表面光洁的产品,比表面积小,吸油值低;反之,颗粒微细、粒度分布不均匀、晶体结构复杂或者有缺陷,比表面积大,则吸油值高。

对于活性钙来说,其吸油值远小于普通碳酸钙,并随碳酸钙表面吸附的活性含量的增加,吸油值呈下降趋势。

(3)亲水性

普通碳酸钙未经活化处理,呈亲水性(HydropHilicity),与水可以按不同比例混合,经搅拌之后,静置几小时皆沉淀在水中;经活化处理后的沉淀碳酸钙一般呈疏水性(HydropHobicity),与水不相溶,再三搅拌之后,碳酸钙始终悬浮在水面上。

(4)pH值

重钙pH值为8~9;轻钙pH值为9~10

碳酸钙水溶液的pH值为9.5~10.2;空气饱和碳酸钙水溶液的pH值为8.0~8.6

总结

准确的认识碳酸钙有助于企业生产出更好的产品,能让下游企业在进行不同配方设计时选取适合自己的碳酸钙,科学生产,按需要选材,既能达到补强效果又能降低成本。

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