輕質(zhì)碳酸鈣的生產(chǎn)工藝及方法

      輕質(zhì)碳酸鈣又稱沉淀碳酸鈣，簡(jiǎn)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(jīng)脫水、干燥和粉碎而制得。或者先用碳酸鈉和氯化鈣進(jìn)行復(fù)分解反應(yīng)生成碳酸鈣沉淀，然后經(jīng)脫水、干燥和粉碎而制得。由于輕質(zhì)碳酸鈣的沉降體積（2.4-2.8mL/g）比重質(zhì)碳酸鈣的沉降體積（1.1-1.4mL/g）大，所以稱之為輕質(zhì)碳酸鈣。

輕鈣性質(zhì)

白色粉末，無(wú)味，無(wú)臭，比重約2.71。在825～896.6℃分解，熔點(diǎn)1339℃。有無(wú)定形和結(jié)晶形兩種形態(tài)，結(jié)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(shí)放出二氧化碳，呈放熱反應(yīng)。也溶于氯化銨溶液中。在空氣中穩(wěn)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(yè)的填料。廣泛用于有機(jī)合成、冶金、玻璃和石棉等生產(chǎn)中。還可用作工業(yè)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(chǎn)工藝

從國(guó)外輕質(zhì)碳酸鈣的生產(chǎn)來(lái)看，與中國(guó)相比在自動(dòng)化控制和環(huán)保措施上都比較先進(jìn)，國(guó)外的輕質(zhì)碳酸鈣多應(yīng)用于生產(chǎn)漿狀的產(chǎn)品因而在造紙業(yè)中應(yīng)用的比較廣泛。國(guó)外的相關(guān)工藝技術(shù)指標(biāo)和我國(guó)國(guó)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)有所區(qū)別，從整體上來(lái)看，比我國(guó)國(guó)內(nèi)的更加適應(yīng)輕質(zhì)碳酸鈣用戶的需求。

輕質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)工藝主要分為兩種：間歇鼓泡式碳化工藝，連續(xù)噴霧式碳化工藝。

1、傳統(tǒng)輕質(zhì)碳酸鈣的生產(chǎn)方法

傳統(tǒng)輕質(zhì)CaCO?生產(chǎn)工藝工業(yè)中輕質(zhì)碳酸鈣傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝是以石灰石為原料，石灰石在超過(guò)900℃煅燒，生成生石灰并釋放出CO2。其生產(chǎn)工藝過(guò)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(xué)反應(yīng)如下：

石灰石煅燒，釋放出CO?   CaCO?→CaO+CO?

石灰(氧化鈣)與水反應(yīng)生成消石灰 CaO+H?O→Ca(OH)?

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

2、鋼渣生產(chǎn)輕質(zhì)CaCO?工藝

鋼渣醋酸法生產(chǎn)輕質(zhì)CaCO?的工藝為:醋酸介質(zhì)將鈣離子從鋼渣中提取出來(lái)、硅的去除、CO?的溶解與碳酸化反應(yīng)、純凈碳酸鈣沉淀生成及過(guò)濾分離4個(gè)過(guò)程。主要化學(xué)反應(yīng)如下:

醋酸介質(zhì)提取鋼渣中：

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

利用NaOH進(jìn)行堿化：

Ca(CH?COO)?+2NaOH → 2CH?COONa+Ca(OH)?

碳酸化反應(yīng)：

Ca(OH)?+CO? → CaCO?+H?O

3、硝酸浸取磷石膏鈣渣制備高品質(zhì)輕質(zhì)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(yīng)至無(wú)氣泡產(chǎn)生，過(guò)濾，除去硝酸不溶物，得到含雜質(zhì)的粗制Ca(NO?)?溶液.雜質(zhì)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(diào)節(jié)溶液pH值，進(jìn)行調(diào)堿除雜.此時(shí)，溶液中的Al?+、Fe?+、Mn?+等陽(yáng)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(guò)濾將這些干擾雜質(zhì)除去，得到精制Ca(NO?)?溶液。相關(guān)化學(xué)反應(yīng)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(zhuǎn)移至四頸燒瓶中，控制反應(yīng)溫度，以及NH?和CO2氣體的流量，進(jìn)行碳化.化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

Ca(NO?)?+2NH?+CO?+H?O→CaCO?↓+2NH?NO?

洗滌：將沉淀過(guò)濾，進(jìn)行多次洗滌，至濾液中無(wú)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(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品。

4、氯化銨法制備輕質(zhì)碳酸鈣

生石灰與NH?Cl反應(yīng)生成CaCl?和NH?，過(guò)量的生石灰與水反應(yīng)生成Ca(OH)?，溶液呈強(qiáng)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(zhì)可通過(guò)過(guò)濾除去。濾液通入CO?碳化生成CaCO?沉淀，過(guò)濾、洗滌可除去其他可溶性雜質(zhì)。反應(yīng)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(guò)濾出的CaCO?母液即NH?Cl溶液可循環(huán)使用。

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