【原创】喷雾碳化法能生产几十纳米的碳酸钙吗?


来源:中国粉体网   昧光

[导读]  碳化法是纳米CaCO3生产的核心工艺,喷雾碳化法生产纳米碳酸钙备受关注!

中国粉体网讯 碳化法是纳米CaCO3生产的核心工艺,而间歇鼓泡碳化法、(多级)喷雾碳化法和超重力碳化法等则是“核心”的一部分。在碳化法制备碳酸钙工艺中,喷雾碳化法的生产能力强、产品粒度小且均匀、质量稳定,所以一直备受关注。

 

喷雾碳化塔

 

1喷雾碳化法制备碳酸钙

 

1.1基本流程

 

据文献了解,喷雾碳化法制备碳酸钙的基本过程如下:首先,配制符合工艺浓度要求的精制石灰乳悬浮液,加入添加剂混匀后泵入喷雾碳化塔上部的雾化器中,雾化器内强大的离心力将其雾化为微细雾滴。然后,从塔底将含有适量CO2的干燥混合气体通入,并用分布器在塔中均匀分散,这样从底部进来的气体与塔顶的雾滴在塔内瞬间逆向流动发生反应,最终生成碳酸钙。

 

1.2喷雾碳化塔

 

喷雾碳化塔优于间歇式搅拌碳化塔的结构形式,加设进料口雾化器、浆料喷头、和二氧化碳喷头,液相与气相在进入塔后都以雾化的形式存在,充分增加了液相与气相的接触面积。从碳化反应效果看,喷雾碳化塔保证了气液的混合时间,强化了碳化的反应过程,增加了液相和气相接触反应的速度,也可根据生产需求将搅拌和喷雾混合两种方式结合,进一步增大碳化塔内溶液和二氧化碳气体的接触面积,促进二氧化碳气体能被充分反应,保障碳酸钙的生产质量。

 

1.3技术特点

 

1.3.1优点

 

(1)连续生产效率高,生产能力大,操作稳定。

 

(2)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。

 

(3)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。

 

1.3.2缺点

 

喷雾装置易堵塞,碳化塔有结疤,生产能耗较高。

 

纳米碳酸钙 图源:华宇纳米科技

 

2喷雾碳化法应用与研究

 

胡庆福等采用三段式多级喷雾碳化法得到了平均粒径30~70nm的立方形碳酸钙。此方法特点在于CO2气体为连续相,Ca(OH)2的微小液滴为分散相,两相逆向接触,更有利于气体传质,生产能力大,操作稳定,易于控制产品的晶形及粒度。

 

2018年6月,婺源县浙联新材料有限公司公开了一种超细碳酸钙生产用碳化塔,由三级碳化塔连接组成。将精制石灰乳从第一级碳化塔顶部喷雾喷出,二氧化碳从气体分布器散出,二者逆流接触发生碳化反应,得到的反应混合液添加适当的分散剂处理后,喷雾进入第二级碳化罐、第三级碳化塔碳化,混合液过滤、干燥制得最终产品。此工艺制成的纳米碳酸钙粒径小、粒径分布窄、均匀性好。

 

2019年5月,南京艾峰科技有限公司公开了一种连续喷雾式碳化塔,包括立式碳化塔、二氧化碳发生器、进浆管、出浆管、循环出口、浆料循环系统等。反应过程中,二氧化碳、氢氧化钙有效的喷射,使得二氧化碳与氢氧化钙的接触面积大,接触时间长,碳化反应速度快,碳化效率提高,能合理有效的控制碳化温度。

 

2021年4月,广西碳酸钙产业化工程院有限公司与广西大学公布了一种喷雾式微界面传质强化反应‑结晶‑干燥法制备纳米/轻质碳酸钙装置,包括:石灰保温消化-陈化槽组、旋风分离器组件、CO2预热器、尾气冷凝冷却器、气液分离器以及负压抽气机等。

 

该技术的核心工艺为,石灰保温消化‑陈化槽组内的Ca(OH)2由泵输送到气‑液喷盘内,气‑液喷盘内喷出的雾化石灰乳与CO2形成微界面传质,达到强化碳化反应‑结晶‑干燥耦合法作用,以此提高反应速率和化学平衡转化率。

 

相较于国内,日本白石的连续喷雾碳化工艺已经相对成熟。喷雾碳化塔包含A塔(高15米,直径2.1米)和B塔(高18米,直径2.6米),二个塔循环碳化。塔底部通入CO2,浆液用泵从塔底通过管道从顶部喷入,下落入塔底,不断循环,直到中和至pH≤7停止。

 

日本白石喷雾碳化的技术关键点是“气量与喷雾浆液的大小的配合”,适合生产规整、分散性好的立方体纳米碳酸钙,粒径在20-200nm范围内可以调节。

 

结语

 

在碳酸钙系列产品中,纳米碳酸钙尚属于高端产品,分散性好的纳米钙更是“硬通货”。在生产活动中,企业对碳化反应和碳化设备的研究应当是一种持续状态,对节能生产和品控下苦功夫,对分散性好的产品有不懈的追求。

 

参考来源:

高凯,等:碳化塔结构对碳酸钙晶体质量影响分析,新疆至臻化工

刘亚雄,等:日本纳米碳酸钙生产工艺及产品介绍,青州宇信钙业股份有限公司

刁润丽,等:纳米碳酸钙的制备研究进展,河南质量工程职业学院

粉体百科:多级喷雾碳化法,粉体网

婺源县浙联新材料有限公司.一种超细碳酸钙生产用碳化塔.2018

南京艾峰科技有限公司.一种连续喷雾式碳化塔.2019

一种喷雾式微界面传质强化反应‑结晶‑干燥法制备纳米/轻质碳酸钙装置.2021

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作者:昧光

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