一种利用碳化白炭黑母液制备不同晶型的轻质碳酸钙的方法与流程

本发明属于粉体制备，具体涉及一种利用碳化白炭黑母液制备不同晶型的轻质碳酸钙的方法。

背景技术：

1、碳酸钙是一种白色、无味、无毒的无机化合物，具有三种晶相，分别是：方解石（calcite）、文石（aragonite）、球霰石（vaterite）。自然界中，热力学最稳定的是方解石型，亚稳定型是文石型，球霰石型不稳定。在一定条件下，球霰石、文石易转化为方解石。因此，方解石在合成中最常见。球霰石、无定形碳酸钙等不稳定的碳酸钙晶体则一般从珍珠、鱼耳石、海鞘骨、甲壳动物等生物矿物中获得。

2、工业上制备碳酸钙，主要有三种合成方法，即仿生合成法、复分解反应法和碳化法。仿生合成法试图模拟自然界中碳酸钙的形成过程，通过添加有机化合物作为晶体生长的模板，控制所得碳酸钙的粒径大小、形状或其他参数。仿生合成法可分为沉淀法和反向乳液法，沉淀法又可进一步细分为自发沉淀反应和缓慢碳化反应。碳化法是工业上应用最广的方法。碳化法也叫co2鼓泡法，是通过往熟石灰ca(oh)2中通入co2气体制备碳酸钙，所得到的碳酸钙主要是菱体或立方体，为非典型方解石。由于co2鼓泡法所用原料从自然界中得到，操作简单，成本低廉，因而成为工业规模制备碳酸钙的主要方法。但由于球霰石属于不稳晶型，碳化法对碳酸钙的晶型调控比较难。复分解反应法是以可溶性钙盐或氢氧化钙和可溶性碳酸盐反应得到碳酸钙沉淀，专利申请200910085908.6公开了一种二氧化碳沉淀白炭黑同时制备超细碳酸钙的工艺路线，但不能实现碳酸钙的晶型调控与形貌调控。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种利用碳化白炭黑母液制备不同晶型的轻质碳酸钙的方法，解决现有制备方法不能调控轻质碳酸钙晶型和形貌的问题，同时提高碳化母液的循环利用率。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种利用碳化白炭黑母液制备不同晶型的轻质碳酸钙的方法，包括以下步骤：

4、1）将碳化白炭黑母液和晶型调控剂混合，得到溶液a；

5、2）在溶液a中加入总碳物质的量的40~100%的ca(oh)2乳液，控制工艺条件，反应得到不同晶型和形貌的轻质碳酸钙。

6、步骤1）中，所述的碳化白炭黑母液为含碳酸钠、碳酸氢钠以及微量可溶硅的液体。进一步地，所述的碳化白炭黑母液，含碳酸钠1.5~5.0g/l，优选碳酸钠浓度2.0~4.0g/l；碳酸氢钠15~50g/l，优选碳酸氢钠浓度20~40g/l；含sio2 100~600mg/l，优选200~300mg/l。

7、步骤1）中，所述晶型调控剂为无机晶型调控剂、有机晶型调控剂中的一种或两种。

8、所述无机晶型调控剂为模数1.5~2.4的改性水玻璃。所述改性水玻璃的添加量为使得溶液a中的sio2含量500-1000mg/l。所述改性水玻璃是采用二氧化硅含量为4~20g/l水玻璃溶液，加入改性剂调节ph值至10~12，即得。其中，改性剂为硫酸、盐酸、醋酸、碳酸氢钠、二氧化碳中的一种或两种。

9、所述有机晶型调控剂为氨基酸，所述氨基酸为甘氨酸、亮氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、组氨酸、蛋氨酸、β-腈基丙氨酸中的一种或两种。所述氨基酸的添加量为溶液a中总碳物质的量的2.5~5%。

10、步骤2）中，所述的ca(oh)2乳液中颗粒尺寸为0.1~10μm，优选为0.5~2μm，分布均匀。

11、步骤2）中，当制备球霰石相轻质碳酸钙时，控制温度为5~35℃，优选为10~20℃；控制ph为7.0~9.5，优选为8.5~9.5。此外，球霰石相碳酸钙的形貌可以通过氨基酸种类和浓度调控。例如，亮氨酸浓度大于5.0%时可以制备得到球形球霰石相碳酸钙。

12、步骤2）中，当制备方解石相轻质碳酸钙时，控制温度为40℃~80℃，优选为40~60℃；ph为9.5~13.8，优选ph值10.0~13.0。此外，方解石相轻质碳酸钙的形貌调控可以通过氨基酸的种类和浓度，或者改性水玻璃的浓度调控。例如，l-亮氨酸浓度小于1.5%时可以制备得到棱形方解石相轻质碳酸钙；4.0g/l二氧化硅浓度的改性水玻璃可以制备得到球形方解石相轻质碳酸钙。

13、进一步地，通过调控ca(oh)2的加入量和反应终点ph值，可以调控母液反应后得到的是碳酸钠或氢氧化钠，返回水玻璃制备单元。

14、其反应方程式如下：

15、2nahco3 + ca(oh)2 = na2co3 + caco3 + 2h2o

16、nahco3 + ca(oh)2 = naoh + caco3 + h2o

17、当终点ph值为10~12.0（优选为11.0~12.0）时，反应后的母液以碳酸钠为主；当终点ph值为12.0~13.8（优选为12.8~13.4）时，反应后的母液以naoh为主。

18、本发明以碳化白炭黑母液为原料，在晶型上可以实现调控所制备的碳酸钙为方解石相或球霾石相，同时在形貌上可以实现球形、棱形以及棒状结构的调控，改善了碳酸钙粉体的晶型和形貌，并且提高了碳化白炭黑的母液循环效率。

19、相对于现有技术，本发明的优点在于：

20、（1）本发明通过碳化白炭黑母液进行复分解反应生产轻质碳酸钙，提高母液的循环性能。

21、（2）本发明的生产工艺通过晶型调控剂和反应工艺条件可以方便地调控轻质碳酸钙粉体的晶相和形貌。

技术特征：

1.一种利用碳化白炭黑母液制备不同晶型的轻质碳酸钙的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种利用碳化白炭黑母液制备不同晶型的轻质碳酸钙的方法，其特征在于，步骤1）中，所述的碳化白炭黑母液为含碳酸钠、碳酸氢钠以及微量可溶硅的液体。

3.根据权利要求2所述的一种利用碳化白炭黑母液制备不同晶型的轻质碳酸钙的方法，其特征在于，所述的碳化白炭黑母液含碳酸钠1.5~5.0g/l，含碳酸氢钠15~50g/l，含sio2 100~600mg/l。

4.根据权利要求1所述的一种利用碳化白炭黑母液制备不同晶型的轻质碳酸钙的方法，其特征在于，步骤1）中，所述晶型调控剂为无机晶型调控剂、有机晶型调控剂中的一种或两种。

5.根据权利要求4所述的一种利用碳化白炭黑母液制备不同晶型的轻质碳酸钙的方法，其特征在于，所述无机晶型调控剂为模数1.5~2.4的改性水玻璃，改性水玻璃的添加量为使得溶液a中的sio2含量500-1000mg/l。

6.根据权利要求5所述的一种利用碳化白炭黑母液制备不同晶型的轻质碳酸钙的方法，其特征在于，所述改性水玻璃的制备方法为：在二氧化硅含量为4~20g/l水玻璃溶液中加入改性剂，调节ph值至10~12；所述的改性剂为硫酸、盐酸、醋酸、碳酸氢钠、二氧化碳中的一种或两种。

7.根据权利要求4所述的一种利用碳化白炭黑母液制备不同晶型的轻质碳酸钙的方法，其特征在于，所述有机晶型调控剂为氨基酸，所述氨基酸为甘氨酸、亮氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、组氨酸、蛋氨酸、β-腈基丙氨酸中的一种或两种；所述氨基酸的添加量为溶液a中总碳物质的量的2.5~5%。

8.根据权利要求1所述的一种利用碳化白炭黑母液制备不同晶型的轻质碳酸钙的方法，其特征在于，步骤2）中，当制备球霰石相轻质碳酸钙时，控制温度为5~35℃，控制ph为7.0~9.5；

9.根据权利要求8所述的一种利用碳化白炭黑母液制备不同晶型的轻质碳酸钙的方法，其特征在于，球霰石相碳酸钙的形貌可以通过氨基酸种类和浓度调控；方解石相轻质碳酸钙的形貌调控可以通过氨基酸的种类和浓度、改性水玻璃的浓度调控。

10.根据权利要求1所述的一种利用碳化白炭黑母液制备不同晶型的轻质碳酸钙的方法，其特征在于，通过调控ca(oh)2的加入量和反应终点ph值，可以调控反应后的母液得以碳酸钠或氢氧化钠为主，使反应后母液可以返回水玻璃制备单元。

技术总结本发明公开了一种利用碳化白炭黑母液制备不同晶型的轻质碳酸钙的方法。将碳化白炭黑母液直接与超细Ca(OH)<subgt;2</subgt;乳液发生反应得到轻质碳酸钙粉体，调控晶型调控剂、反应体系碱度以及工艺参数可以获得不同晶型和形貌的轻质碳酸钙。本发明方法可以方便地利用碳化白炭黑生产过程中含碱母液调控轻质碳酸钙粉体的晶型和形貌，同时也大幅度提高碳化白炭黑母液的循环利用率。技术研发人员：周子淳,曾土儿,杨树林,张起森,曾鹏飞受保护的技术使用者：福建省三明正元化工有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/13