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常见纳米碳酸钙的制备工艺及特点简介
2015年04月06日 发布 分类:粉体加工技术 点击量:7599
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      纳米技术是当前粉体技术的热点,纳米技术和材料的研究、生产及其应用在我国已经初见成效,纳米碳酸钙是其中最具代表性的产品之一。我国目前纳米碳酸钙的生产工艺种类较多,本文选取了几种常见的工艺技术介绍给各位读者,期望能起到一些科普和技术推广的作用。

 

     1、夹套反应釜法

 

      该工艺方法是将25℃以下的氢氧化钙乳液泵入碳化反应罐中,通入二氧化碳,在搅拌状态下,进行碳化反应,通过控制反应温度、浓度、搅拌速度、添加剂等工艺条件制备纳米碳酸钙。该法因搅拌气-液接触面积大,反应较均匀,产品粒径分布较窄等,已成为近几年纳米碳酸钙生产的主要方法。

      夹套反应釜法因受温度变化的影响,粒径变化频率较大,且碳酸钙生产过程中的碳化过程是一种放热反应,要保证产品细度,就要严格要求控制温度。由于制冷设备的投入、维护费用和电能消耗相对较高。

 

      2、乳液法 

 

      乳液法大致可分为两种: 一种是微乳液法,另一种为乳状液膜法。微乳液法主要利用微乳液中液滴大小可控的特性, 将可溶性碳酸盐与钙盐分别溶于组成完全相同的微乳液中, 再混合反应,由于反应被控制在较小的区域内进行,因而可得到纳米级碳酸钙晶粒, 再将其与溶剂分离,即得产品。而乳状液膜法则是利用孔径为几个微米活几十微米的膜材料作为分散介质,分散相压入到连续相中时,被微小孔膜剪切成微小粒径的液滴, 进入连续相,从而实现微米尺度的相互混合。

 

      微乳液法的主要优点是控制了反应区域,因而不需晶形控制剂,并且能耗低,气体利用率高。乳状液膜法制备纳米碳酸钙技术具有具有设备体积小,单台设备产量大,效率高、能耗低、气体利用率高等优点。可以大规模制备粒径在30~60nm、粒径分布均匀且大小可控的碳酸钙颗粒,工艺与生产过程简单,不需晶型控制剂、碳化过程无需冷冻。

 

      3、多级喷雾碳化法

 

      多级喷雾碳化法制备纳米CaCO3的基本步骤为:将经过精制的石灰乳悬浮液配制成工艺要求的浓度,加入适量的添加剂,充分混匀后泵入喷雾碳化塔顶部的雾化器中,在高速旋转产生的巨大离心力作用下,乳液被雾化为微细粒径的雾滴;经过混合、干燥含有适量CO2的混合气体由塔底部分进入,经气体分布器均匀分散在塔中,雾滴在塔内同气体进行瞬时逆向接触发生化学反应生成CaCO3。由多级喷雾碳化法制备的CaCO3产品的粒度细小且均匀,平均粒径在30~80nm范围内,微粒晶型可以调节控制。多级喷雾碳化法也需要控制温度,须配备制冷设备,存在能耗较高的问题。

 

      该制备技术具有下列优点:

      A、连续生产效率高,生产能力大,操作稳定;

      B、气液接触面积大,反应均匀,晶核生成和成长可分开控制,易于实现在不同碳化率下添加控制剂、表面处理剂等;

      C、可制造立方形、链锁形等各种单一型产品,可制造超细(<100nm)和超微细(<20nm)产品,粒度均匀;

      D、可以用少量活性物质制造出均匀的高活性产品。

      多级喷雾碳化法也需要控制温度,须配备制冷设备,存在能耗较高的问题。

 

      4、超声空化碳化法

 

      该工艺首先是石灰石在立窑中经过煅烧,得到生石灰CaO和CO2,CaO在消化器中进行水合作用,得到的Ca(OH)2乳液。然后在反应釜中加入窑气CO2进行碳化,反应后得到超细CaCO3。浆液经喷雾干燥形成纳米级CaCO3,在石灰石煅烧后进行的CaO水合、Ca(OH)2制浆及碳化同时进行超声空化处理,所得纳米碳酸钙粒子的粒径为20-100nm,比表面积大于22m2/g。该工艺采用的超声波粉碎设备是通用产品,无须专门设计制造。它还解决了单一的化学法和利用超声波的振动技术生产纳米碳酸钙存在的气、液、固相间的传质速度较慢等缺陷。无须添加添加剂,与单一的化学法生产纳米碳酸钙相比,具有工艺创新、设计新颖、操作方便、产品性能稳定,制备时间比单一的化学法缩短5-30倍,生产成本低,效率高,便于电脑自动控制,是大规模工业化生产纳米碳酸钙产品的理想加工技术。

 

      目前我国碳酸钙工业现状,存在着生产规模小、生产工艺及自动控制水平、产品表面处理技术、干燥技术以及产品检测水平与国外相比有较大的差距,产品规格品种少,档次较底,应用开发相对滞后,造成了低档碳酸钙产品供过于求的局面,其落后状态也严重影响了相关工业的发展。纳米碳酸钙技术与生产的重点是解决碳化工艺的稳定和高效问题。但纳米碳酸钙成品的表面改性技术同样也是产品质量性能的核心。表面改性技术的水平决定着产品在功能上、专用化、精细化的技术地位,纳米碳酸钙表面处理的结果很大程度上决定产品的档次和用途。故粉体改性技术跟粉体制造技术同等重要,值得我们持续的投入资源进行新技术开发。

(粉体圈 作者:敬之)


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