一种连续合成碳酸钙的碳化器及碳酸钙的生产方法

摘要

一种连续合成碳酸钙的碳化器及其生产碳酸钙的方法，在碳化器罐本体上设有Ca(OH)2浆液输入口、二氧化碳CO2输入口和底部的设有出料口，所述Ca(OH)2浆液输入口和CO2输入口均位于本体的顶部，在本体内部该两个输入口的下方至底部均匀地设置有出口相互错位的横向塔板，相邻塔板的出口之间采用的是S形或蛇形回流挡板布局。所述Ca(OH)2精浆液为悬浮液，并在横向塔板上与二氧化碳在塔板间同方向流动，由出口进入下一层塔板，流动过程中进行气、液、固三相反应生成沉淀碳酸钙，反应后的物料即碳化好的熟浆液从反应器下部出口流出。本发明使产品粒径可调、粒级分布窄、质量稳定，分散性、稳定性和返碱性都得到改善；设备投资省、反应时间短、耗能少、成本低，可连续生产。

权利要求

1.一种连续合成碳酸钙的碳化器，包括该碳化器罐状本体（1），在所述本体上设置有氢氧化钙Ca(OH)2浆液输入口（2）、二氧化碳CO2输入口（3），在该本体底部设有出料口（4），其特征是：所述Ca(OH)2浆液输入口和CO2输入口均位于本体的顶部，在本体内部该两个输入口的下方至底部均匀地设置有出口相互错位的横向塔板（5）。

2.根据权利要求1所述的连续合成碳酸钙的碳化器，其特征是：在所述横向塔板（5）的第一层即第一层塔板（51）的出口（52）处设置有与第一层塔板相垂直的筛板（53）；所述CO2输入口在本体内呈阵列式结构以便CO2均匀地布满本体的容腔中。

3.根据权利要求1或2所述的连续合成碳酸钙的碳化器，其特征是：所述相邻塔板的出口之间采用的是蛇形回流挡板布局。

4.一种利用权利要求1或2所述的连续合成碳酸钙的碳化器的碳酸钙的生产方法，生产步骤为：⑴煅烧步骤——煅烧石灰石得生石灰；

⑵生石灰熟化步骤——生石灰兑水熟化，制石灰浆精浆液；

⑶碳化步骤——将石灰精浆液泵入碳化反应器进行碳化反应生产沉淀碳酸钙粒子，并获得含沉淀碳酸钙粒子的熟浆；

⑷脱水处理——对活化后的熟浆脱水后得滤饼；

⑸干燥处理——对滤饼进行干燥并计量包装；其中，

所述的碳化步骤为：

将精浆液送入Ca(OH)2浆液槽，并将调配好的Ca(OH)2精浆液从反应器上部送入反应器鼓泡层，同时将二氧化碳气体输入碳化反应器；

所述Ca(OH)2精浆液为悬浮液，该悬浮液在反应器内的横向塔板上与二氧化碳在塔板间同方向流动，由一端流向位于另一端的出口，悬浮液从出口进入下一层塔板,流动过程中进行气、液、固三相反应生成沉淀碳酸钙，反应后的物料即碳化好的熟浆液从反应器下部出口流出。

5.根据权利要求4所述的连续合成碳酸钙的方法，其特征是：所述精浆液中Ca(OH)2的重量浓度为5％～15％，余量为水，精浆液的温度为10～60℃；所述二氧化碳气体经过水洗净化，进入反应器的二氧化碳气体体积浓度≥15％，绝对压力为0.1MPa～1.0MPa进行反应。

说明书

一种连续合成碳酸钙的碳化器及碳酸钙的生产方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种连续合成碳酸钙的方法及其设备，特别是指一种连续碳化合成生产碳酸钙的方法及其所用的碳化反应器。

背景技术

[0002] 沉淀碳酸钙是重要的无机粉体材料，目前国内外沉淀碳酸钙的工业化生产工艺主要有:间歇鼓泡碳化法、连续喷雾多段碳化法、连续鼓泡碳化、超重力反应结晶法、垂直筛板塔式碳化法、内循环碳化塔制备法。其中的间歇鼓泡碳化法、连续鼓泡碳化被普遍采用来制备微细颗粒碳酸钙，它是将含CO2的气体通入装有Ca(OH)2浆液的带或不带搅拌器的鼓泡塔或反应罐中完成碳化反应，通过制冷控制反应温度和加入分散剂、晶型控制剂等添加剂实现微细碳酸钙的制备。由于气相分布的不均匀性，导致气、液、固三相间的界面接触面积小。用该合成方法和设备制备微细颗粒碳酸钙存在以下的问题和不足：（1）生产的产品颗粒粒径分布范围宽；（2）不同批次间平均粒径波动范围大；（3）反应过程中容易产生包裹现象最终导致产品返碱影响产品质量；（4）成核和晶体生长这两个过程未分开，欲得到大小均匀一致的固相颗粒，工艺条件较难控制；（5）生产过程需较低温度操作（一般低于25℃），能耗较高；（6）碳化反应时间长，间歇生产能耗高，产量低，CO2利用率低。

发明内容

[0003] 本发明的目的是提供一种连续生产、粒级分布窄、分散性、稳定性和返碱性都得到改善，产品质量稳定、设备投资省、碳化反应时间短、耗能少、成本低，可连续生产粒径小于100纳米的纳米碳酸钙产品及粒径大于100纳米的微细碳酸钙产品及微米级的普通轻质碳酸钙产品的碳化反应塔及其生产方法。

[0004] 根据上述目的设计了一种连续合成碳酸钙的碳化器，包括该碳化器罐状本体，在所述本体上设置有氢氧化钙Ca(OH)2浆液输入口、二氧化碳CO2输入口，在该本体底部设有出料口，所述Ca(OH)2浆液输入口和CO2输入口均位于本体的顶部，在本体内部该两个输入口的下方至底部均匀地设置有出口相互错位的横向塔板。在所述第一层塔板的出口处设置有与第一层塔板相垂直的筛板；所述CO2输入口在本体内呈阵列式结构以便CO2均匀地布满本体的容腔中，且所述相邻塔板的出口之间采用的是S形或蛇形回流挡板布局。

[0005] 利用前述的连续合成碳酸钙的碳化器生产碳酸钙的方法步骤为：

[0006] ⑴煅烧步骤——煅烧石灰石得生石灰；

[0007] ⑵生石灰熟化步骤——生石灰兑水熟化，制石灰浆精浆液；

[0008] ⑶碳化步骤——将石灰精浆液泵入碳化反应器进行碳化反应生产沉淀碳酸钙粒子，并获得含沉淀碳酸钙粒子的熟浆；

[0009] ⑷脱水处理——对活化后的熟浆脱水后得滤饼；

[0010] ⑸干燥处理——对滤饼进行干燥并计量包装；其中，

[0011] 所述的碳化步骤为：

[0012] a.将精浆液送入Ca(OH)2浆液槽，并将调配好的Ca(OH)2精浆液从反应器上部送入反应器鼓泡层，同时将二氧化碳气体输入碳化反应器；

[0013] 所述Ca(OH)2精浆液为悬浮液，该悬浮液在反应器内的横向塔板上与二氧化碳在塔板间同方向流动，由一端流向位于另一端的出口，悬浮液从出口进入下一层塔板,流动过程中进行气、液、固三相反应生成沉淀碳酸钙，反应后的物料即碳化好的熟浆液从反应器下部出口流出；

[0014] b.收集从反应器中流出的物料后对该物料进行陈化和再碳化或直接进行活化后，再经过滤、干燥即得产品。

[0015] 本发明针对“鼓泡碳化法”制备微细颗粒碳酸钙存在的问题和不足，提供一种能使产品粒径可调、粒级分布窄；分散性、稳定性和返碱性都得到改善，产品质量稳定、设备投资省、碳化反应时间短、耗能少、成本低，可连续生产粒径小于100纳米的纳米碳酸钙产品及粒径大于100纳米的微细碳酸钙产品及微米级的普通轻质碳酸钙产品的新工艺方法和碳化反应器。与现有技术相比较，本发明采用塔板型碳化反应器连续生产碳酸钙产品，优势明显，体现在：

[0016] 1、可连续生产；

[0017] 2、因碳化晶体成核期与生长期分开，成核反应期位于反应器上部塔板区域或鼓泡区域，生长期位于反应器中、下部区域，成核区域压力较生长区域反应压力大、温度低、CO2气体及Ca(OH)2浓度高，生成的碳酸钙过饱和度高，成核数量大，成核后流出成核区进入生长区，与间隙鼓泡碳化相比较，粒子在成核期停留时间短，成核期生成的碳酸钙吸附在生成的晶核上时间短且一致，所生成的碳酸钙产品粒径小，晶形规整，粒径分布范围窄，产品质量稳定；

[0018] 3、采用塔板碳化合成，气、液、固三相反应接触面大，过饱和度高，碳化时间短，CO2利用率高，产量高，可连续生产，能耗低，设备投资与维护成本大幅减少；

[0019] 4、工艺调节操作简便,全过程连续生产，通过反应压力、温度、CO2气体及Ca(OH)2浓度高及流量的调节可以方便而且灵活地调节沉淀碳酸钙产品的粒径，易于实现自动化生产控制，可实现在线电脑自动控制，利于大规模工业化生产沉淀碳酸钙。

附图说明

[0020] 附图1是本发明中碳化器的主视结构示意简图；附图2是本发明方法中生产碳酸钙的流程示意图。

具体实施方式

[0021] 本发明的主旨是通过碳化器的改进，使碳酸钙的生产实现连续化、碳酸钙粒径尺寸的可控化。

[0022] 参照附图，本发明公开的基本设计方案为：

[0023] 一种连续合成碳酸钙的碳化器，包括该碳化器罐状本体1，在所述本体上设置有氢氧化钙Ca(OH)2浆液输入口2、二氧化碳CO2输入口3，在该本体底部设有出料口4，所述Ca(OH)2浆液输入口和CO2输入口均位于本体的顶部，在本体内部该两个输入口的下方至底部均匀地设置有出口6相互错位的横向塔板5且，相邻塔板的出口之间采用的是S形或蛇形回流挡板布局。在所述第一层塔板51的出口52处设置有与第一层塔板相垂直的筛板53；所述CO2输入口在本体内呈阵列式结构以便CO2均匀地布满本体的容腔中。

[0024] 利用本发明连续合成碳酸钙的碳化器生产碳酸钙方法的步骤为：

[0025] ⑴煅烧步骤——石灰石和煤煅烧后得到的生石灰消化工序，CO2气经净化处理后去碳化CO2气体缓冲罐。

[0026] ⑵生石灰熟化步骤——生石灰与水按石灰:水=1:3～7（重量比）进行熟化，过筛后的精浆液配制成含Ca(OH)2质量浓度5％～15％的精浆液，调至工艺温度后进入Ca(OH)2浆液槽。

[0027] ⑶碳化步骤——将调配好的Ca(OH)2精浆液通过反应器上部送入反应器鼓泡层，进入反应器的氢氧化钙悬浮液浓度为5％～15％，温度为10℃～60℃；同时经过水洗净化的二氧化碳气体通过流量控制阀进入碳化反应器鼓泡层（即第一层）进行鼓泡碳化反应，进入反应器的二氧化碳气体体积浓度≥15%，绝对压力为0.1MPa～1.0MPa，精浆液（即物料）在反应器内多层塔板上进行Ca(OH)2+CO2 =CaCO3+H2O的碳化合成反应，Ca(OH)2悬浮液在反应器内的横向塔板上与CO2气体在塔板间同方向流动，由一端流向另一端后有开口，反应后及反应中的物料从开口进入下一层塔板,流动过程中进行气、液、固三相反应生成沉淀碳酸钙，反应终止后物料从反应器下部连续流出进入脱水工序。

[0028] 将石灰精浆液泵入碳化反应器进行碳化反应生产沉淀碳酸钙粒子，并获得含沉淀碳酸钙粒子的熟浆；

[0029] ⑷脱水处理——活化后的熟浆由熟浆泵打入板框压滤机进行脱水，滤饼送往干燥工序；

[0030] ⑸干燥处理——对滤饼进行干燥并计量包装。

[0031] 下面结合附图对本发明作进一步详述。

[0032] 实施例1

[0033] 如工艺流程示意图图2所示，向CO2缓冲罐通入体积浓度为28％的经净化后的石灰窑窑气即CO2（下同），往Ca(OH)2浆液槽打入调配后其Ca(OH)2浓度为8%、温度为25℃～26℃的Ca(OH)2浆液，开启搅拌加入重量比0.2％Ca(OH)2计柠檬酸；先以18立方米/分钟 流量向碳化反应器通入表压为0.2MPa窑气，然后以20立方米/小时流量向碳化反应器泵入Ca(OH)2浆液，泵入的Ca(OH)2浆液在如图2所示的鼓泡碳化层流动，流动过程中与由窑气分配管送出的窑气发生碳化反应，流至另一端后从筛板或筛板顶部溢流到下一层塔板，继续与从筛板顶部同方向流入塔板层的窑气发生碳化反应， 最后从碳化反应塔塔底流出，在碳化反应塔出口得到PH值为7～8,粒径为50纳米、分布窄、分散性好的碳酸钙浆液。

[0034] 实施例2

[0035] 向CO2缓冲罐通入体积浓度为28％的经净化后的石灰窑窑气，往Ca(OH)2浆液槽打入Ca(OH)2浓度为8%、温度为30℃～31℃的Ca(OH)2浆液，开启搅拌加入重量比0.5% Ca(OH)2计硫酸镁；先以流量36立方米/分钟向碳化反应器通入表压为0.15MPa窑气，然后以30立方米/小时流量向碳化反应器泵入Ca(OH)2浆液，泵入的Ca(OH)2浆液在图示的鼓泡碳化层流动，流动过程中与由窑气分配管送出的窑气发生碳化反应，流至另一端后从筛板或筛板顶部溢流到下一层塔板，继续与从筛板顶部同方向流入塔板层的窑气发生碳化反应， 最后从碳化反应塔塔底流出，在碳化反应塔出口得到PH值为7～8,粒径为200纳米、分布窄、分散性好的碳酸钙浆液。

[0036] 实施例3

[0037]　 向CO2缓冲罐通入体积浓度为28％的经净化后的石灰窑窑气，往Ca(OH)2浆液槽打入Ca(OH)2浓度为8％、温度为40℃～45℃的Ca(OH)2浆液；先以流量52立方米/分钟向碳化反应器通入表压为0.12MPa窑气，然后以40立方米/小时流量向碳化反应器泵入Ca(OH)2浆液，泵入的Ca(OH)2浆液在图示的鼓泡碳化层流动，流动过程中与由窑气分配管送出的窑气发生碳化反应，流至另一端后从筛板或筛板顶部溢流到下一层塔板，继续与从筛板顶部同方向流入塔板层的窑气发生碳化反应， 最后从碳化反应塔塔底流出，在碳化反应塔出口得到PH值为7～8,粒径为1000纳米、分布窄、分散性好的碳酸钙浆液。