從國外輕質(zhì)碳酸鈣的生產(chǎn)來看,與中國相比在自動(dòng)化控制和環(huán)保措施上都比較先進(jìn),國外的輕質(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。國外的相關(guān)工藝技術(shù)指標(biāo)和我國國內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)有所區(qū)別,從整體上來看,比我國國內(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)CaCO3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900℃煅燒,生成生石灰并釋放出CO2。其生產(chǎn)工藝程為:石灰緞燒—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CO2 CaCO3→CaO+CO2 (1)
石灰(氧化鈣)與水反應(yīng)生成消石灰 CaO+H2O→Ca(OH)2 (2)
CO2被注入消石灰,反應(yīng)生成輕質(zhì)碳酸鈣 Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O (3)
2、鋼渣生產(chǎn)輕質(zhì)CaCO3工藝
鋼渣醋酸法生產(chǎn)輕質(zhì)CaCO3的工藝為:醋酸介質(zhì)將鈣離子從鋼渣中提取出來、硅的去除、CO2的溶解與碳酸化反應(yīng)、純凈碳酸鈣沉淀生成及過濾分離4個(gè)過程。
主要化學(xué)反應(yīng)如下:
醋酸介質(zhì)提取鋼渣中
Ca2+CaSiO3+2CH3COOH → Ca2++2CH3COO-+SiO2+H2O (4)
利用NaOH進(jìn)行堿化
Ca(CH3COO)2+2NaOH → 2CH3COONa+Ca(OH)2 (5)
碳酸化反應(yīng)
Ca(OH)2+CO2 → CaCO3+H2O (6)
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(NO3)2溶液:用適量硝酸溶液浸取磷石膏鈣渣,反應(yīng)至無氣泡產(chǎn)生,過濾,除去硝酸不溶物,得到含雜質(zhì)的粗制Ca(NO3)2溶液.雜質(zhì)主要成分是Fe(NO3)3、Al(NO3)3、Mn(NO3)2等可溶性硝酸鹽,以及SO2-4、PO3-4等陰離子。
精制Ca(NO3)2溶液:在粗制Ca(NO3)2溶液中通入NH3,調(diào)節(jié)溶液pH值,進(jìn)行調(diào)堿除雜.此時(shí),溶液中的Al3+、Fe3+、Mn2+等陽離子生成氫氧化物而不溶,SO2-4、PO3-4等陰離子生成鈣鹽而不溶,過濾將這些干擾雜質(zhì)除去,得到精制Ca(NO3)2溶液.相關(guān)化學(xué)反應(yīng)方程式有:
M2++2OH-→M(OH)2↓(M=Fe、Mn等); Ca2++ SO2-4→CaSO4↓
M3++3OH-→M(OH)3↓(M=Fe、Al等); 3Ca2++ 2PO3-4→Ca3(PO4)2↓
碳化:將精制后的Ca(NO3)2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NH3和CO2氣體的流量,進(jìn)行碳化.化學(xué)反應(yīng)方程式如下:
Ca(NO3)2+2NH3+CO2+H2O→CaCO3↓+2NH4NO3
洗滌:將沉淀過濾,進(jìn)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(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品。
4、氯化銨法制備輕質(zhì)碳酸鈣
生石灰與NH4Cl反應(yīng)生成CaCl2和NH3,過量的生石灰與水反應(yīng)生成Ca(OH)2,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.PO3-4生成鈣鹽而不溶,它們與其他不溶性雜質(zhì)可通過過濾除去。濾液通入CO2碳化生成CaCO3沉淀,過濾、洗滌可除去其他可溶性雜質(zhì)。反應(yīng)式如下:
CaO+2NH4Cl → CaCl2+2NH3+H2O
CaO+H2O → Ca(OH)2
M2++OH- → M(OH)2 (M=Mg、Fe、Mn等)
M3++OH- → M(OH)3 (M=Fe、Al等)
Ca2++SO2- → 4CaSO4
Ca2++PO3- → 4Ca3(PO4)2
CaCl2+2NH3+CO2+H2O → CaCO3+2NH4Cl
過濾出的CaCO3母液即NH4Cl溶液可循環(huán)使用。