輕質碳酸鈣的生產工藝及方法

      輕質碳酸鈣又稱沉淀碳酸鈣，簡稱輕鈣，分子式CaCO? ，分子量100.09。輕鈣是將石灰石等原料煅燒生成石灰（主要成分為氧化鈣）和二氧化碳，再加水消化石灰生成石灰乳（主要成分為氫氧化鈣），然后再通入二氧化碳碳化石灰乳生成碳酸鈣沉淀，最后經脫水、干燥和粉碎而制得?；蛘呦扔锰妓徕c和氯化鈣進行復分解反應生成碳酸鈣沉淀，然后經脫水、干燥和粉碎而制得。由于輕質碳酸鈣的沉降體積（2.4-2.8mL/g）比重質碳酸鈣的沉降體積（1.1-1.4mL/g）大，所以稱之為輕質碳酸鈣。

輕鈣性質

白色粉末，無味，無臭，比重約2.71。在825～896.6℃分解，熔點1339℃。有無定形和結晶形兩種形態，結晶形中又可分為斜方晶系和六方晶系，呈柱狀或菱形。難溶于水和醇。溶于酸，同時放出二氧化碳，呈放熱反應。也溶于氯化銨溶液中。在空氣中穩定，有輕微的吸潮能力。

輕鈣用途

可用作橡膠、塑料、造紙、涂料和油墨等行業的填料。廣泛用于有機合成、冶金、玻璃和石棉等生產中。還可用作工業廢水的中和劑、胃與十二指腸潰瘍病的制酸劑、酸中毒的解毒劑、含SO?廢氣中的SO?消除劑、乳牛飼料添加劑和油毛氈的防粘劑。也可用作牙粉、牙膏及其它化妝品的原料。

生產工藝

從國外輕質碳酸鈣的生產來看，與中國相比在自動化控制和環保措施上都比較先進，國外的輕質碳酸鈣多應用于生產漿狀的產品因而在造紙業中應用的比較廣泛。國外的相關工藝技術指標和我國國內的標準有所區別，從整體上來看，比我國國內的更加適應輕質碳酸鈣用戶的需求。

輕質碳酸鈣生產工藝主要分為兩種：間歇鼓泡式碳化工藝，連續噴霧式碳化工藝。

1、傳統輕質碳酸鈣的生產方法

傳統輕質CaCO?生產工藝工業中輕質碳酸鈣傳統生產工藝是以石灰石為原料，石灰石在超過900℃煅燒，生成生石灰并釋放出CO2。其生產工藝過程為:石灰煅燒—熟石灰消化—石灰乳碳化—固液分離—干燥—包裝。

主要化學反應如下：

石灰石煅燒，釋放出CO?   CaCO?→CaO+CO?

石灰(氧化鈣)與水反應生成消石灰 CaO+H?O→Ca(OH)?

CO?被注入消石灰，反應生成輕質碳酸鈣 Ca(OH)?+CO?→CaCO?+H?O

2、鋼渣生產輕質CaCO?工藝

鋼渣醋酸法生產輕質CaCO?的工藝為:醋酸介質將鈣離子從鋼渣中提取出來、硅的去除、CO?的溶解與碳酸化反應、純凈碳酸鈣沉淀生成及過濾分離4個過程。主要化學反應如下:

醋酸介質提取鋼渣中：

Ca?+CaSiO?+2CH?COOH → Ca?++2CH?COO-+SiO?+H?O

利用NaOH進行堿化：

Ca(CH?COO)?+2NaOH → 2CH?COONa+Ca(OH)?

碳酸化反應：

Ca(OH)?+CO? → CaCO?+H?O

3、硝酸浸取磷石膏鈣渣制備高品質輕質碳酸鈣

粗制Ca(NO?)?溶液：用適量硝酸溶液浸取磷石膏鈣渣，反應至無氣泡產生，過濾，除去硝酸不溶物，得到含雜質的粗制Ca(NO?)?溶液.雜質主要成分是Fe(NO?)?、Al(NO?)?、Mn(NO?)?等可溶性硝酸鹽，以及SO2-4、PO?-4等陰離子。

精制Ca(NO?)?溶液：在粗制Ca(NO?)?溶液中通入NH?，調節溶液pH值，進行調堿除雜.此時，溶液中的Al?+、Fe?+、Mn?+等陽離子生成氫氧化物而不溶，SO?-4、PO?-4等陰離子生成鈣鹽而不溶，過濾將這些干擾雜質除去，得到精制Ca(NO?)?溶液。相關化學反應方程式有：

M?++2OH-→M(OH)?↓(M=Fe、Mn等)；Ca?++ SO?-4→CaSO?↓M?++3OH-→M(OH)?↓(M=Fe、Al等)；3Ca?++ 2PO?-4→Ca?(PO?)?↓

碳化：將精制后的Ca(NO?)?溶液稀釋到一定體積轉移至四頸燒瓶中，控制反應溫度，以及NH?和CO2氣體的流量，進行碳化.化學反應方程式如下：

Ca(NO?)?+2NH?+CO?+H?O→CaCO?↓+2NH?NO?

洗滌：將沉淀過濾，進行多次洗滌，至濾液中無硝酸根離子為止。干燥：將洗滌后的沉淀在120℃的烘箱中干燥2h即可得到輕質碳酸鈣產品。

4、氯化銨法制備輕質碳酸鈣

生石灰與NH?Cl反應生成CaCl?和NH?，過量的生石灰與水反應生成Ca(OH)?，溶液呈強堿性。除堿金屬離子外的其他金屬離子如Mg2+、Fe3+、Mn2+等生成氫氧化物而不溶，除鹵素離子外的其他陰離子如SO2-4.PO?-4生成鈣鹽而不溶，它們與其他不溶性雜質可通過過濾除去。濾液通入CO?碳化生成CaCO?沉淀，過濾、洗滌可除去其他可溶性雜質。反應式如下:

CaO+2NH?Cl → CaCl?+2NH?+H?O

CaO+H?O → Ca(OH)?

M2++OH- → M(OH)?　(M=Mg、Fe、Mn等)

M3++OH- → M(OH)?　(M=Fe、Al等)

Ca2++SO2- → 4CaSO?

Ca2++PO3- → 4Ca?(PO4)?

CaCl?+2NH?+CO?+H?O → CaCO?+2NH?Cl

過濾出的CaCO?母液即NH?Cl溶液可循環使用。

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