轻质碳酸钙制备工艺参数研究

无机盐工业

INORGANIC CHEMICALS INDUSTRYVol.50 No.3Mar.,2018

工业技术

轻质碳酸钙制备工艺参数研究

王琦\\郭德琪2

(1.北京科技咨询业协会，北

京100102曰2.北京中煤阳光矿业技术有限公司）

摘要:探索了以石灰石为原料制备轻质碳酸钙的工艺过程和具体参数。以河北省某市的石灰石为原料，通过

煅烧、消化、碳化、干燥等步骤制备轻质碳酸钙。初步确定了以下工艺参数：石灰石煅烧过程，煅烧温度为900~

950

益，煅烧时间为5h，烧失率为42%;消化过程，用水量为粉料质量的6~8倍，消化温度为70~90益;碳化过程，以 ，团聚颗粒粒度为2~3滋m，粒度分布窄，白度由原料的42.86%提髙到产品的76.47%，产品的综合性能有较大

溶液pH达到7.5为反应终点曰最后通过过滤、干燥得到超细轻质碳酸钙产品。实验制得轻质碳酸钙一次粒径为

10nm

提高。

关键词院轻质碳酸钙;石灰石;制备工艺;碳化工艺中图分类号:TQ132.32

文献标识码：A

文章编号院1006-4990(2018)03-0043-03

Research on manufacture process parameters of light calcium carbonate

Wang Qi1, Guo Deqi2

(1.Beijing ConsultingAssociation，Beijing 100102，China； 2.Beijing China Coal Sunshine Mining Technology Co.，Ltd.)

Abstract： The process and parameters of fabricating light calcium carbonate from limestone were discussed in the paper.Raw

limestone in experiment came from Luquan City, Hebei Province.The process included calcination , assimilation, carbonation, and drying etc..The process parameters were confirmed as follows ：In the calcination process,the calcination temperature was 900〜950 益 for5h,andthelossofcalcinationwas42% ;Intheassimilationprocess，theassimilationtemperaturewas70〜 90 益，andthewaterconsumptionwas6

〜8timesoftherawmaterials' quantity ;Inthecarbonationprocess，thereactionend

point was set at when the solutionis pH was7.5，and finally through filtering and drying to obtain superfine light calcium car - bonateproducts.Thesizeoffinesphereswasabout10nm，withtheagglomerationparticlesizeof2~3 ^m.Theproduct'sdis- tribution of grain size became narrow and the degree of whiteness improved from 42.86 % to 76.47%.As a result，the compre­hensive properties of the product were improved consumedly.

Key words ： light calcium carbonate ； limestone ； manufacture process ； carbonation process

轻质碳酸钙(简称轻钙)是一种白色细腻的轻质 粉末，又称工业活性沉淀碳酸钙。其碳化法工业制备 工艺为，将石灰石煅烧生成石灰和二氧化碳，加水消 化石灰生成石灰乳，通入二氧化碳碳化石灰乳生成 碳酸钙沉淀，碳酸钙沉淀经脱水、干燥、粉碎制得轻 钙[1-2]。

轻钙是目前使用量较大且使用面较广的无机盐 产品之一，在橡胶、涂料、建筑、塑料和造纸等行业其 使用量均较大，其中造纸和塑料工业是轻钙最具潜 力的两大应用领域。由于不同行业对碳酸钙的要求 不同，因此碳酸钙产品必将朝着系列化、精细化的方 向发展。所以轻钙产品对品位的要求越来越高，尤其 在粒度与白度方面的要求尤为苛刻[3]。高品位的轻 钙产品对原料的要求较高，而在中国储量丰富的石

灰岩资源中低品位的矿居多，故笔者研究采用低 品位的石灰石原料通过碳化法制备轻钙的工艺， 通过控制工艺参数获得性能良好的超细碳酸钙制品咱4暂。

1石灰石原料分析

实验原料为河北省某市的石灰石矿，其化学分 析和物相分析结果见表1和图1。图1表明，石灰石 矿的物相以石灰石为主，其次为白云石，还有少量石 英。表1表明，石灰石的主要成分为碳酸钙，质量分 数为79.%;杂质氧化镁以白云石的形式存在，质 量分数为15.91%;二氧化硅质量分数为1.62%，以 石英的形式存在;其他杂质为Al2O3和铁类氧化物； 微量杂质有 I(2O、Na2O、P2O5、TiO2、MnO2 等。

无机盐工业第50卷第3期

图

1

石灰石X射线衍射谱图

石灰石样品外观呈灰白色，使用DN-B型白度 仪测量其白度仅为42.86%，推测白度低主要是由铁 类杂质引起的。样品热重-差热分析表明，碳酸钙分 解速率最大时的温度为871益，与常规结果基本相 符合。原料分析结果表明，该石灰石属于低品质矿 物，与白云石共生，同时还含有石英类杂质。所有这 些都为后续的工艺试验增加了难度。

2石灰石锻烧、消化和碳化实验

2.1石灰石锻烧实验

根据差热分析结果，确定石灰石煅烧温度为

850~950益，时间为2~9h。石灰石样品烧失量变化 情况见图2。图2表明，900~950益煅烧5h以上，石 灰石烧失率达到42%，之后基本无变化。所以确定

%

/齋35

水盤

时间

/h

图

石灰石锻烧条件对烧失量的影响

后续实验石灰石烧失率达到42%以上为最终烧失 率，煅烧时间为5

h

以上。

2

.2

消化实验

煅烧的石灰石粉化后与水反应生成氢氧化物，

并将反应得到的混合物制成合适的浆体，为下一 步碳化做准备。消化过程主要发生放热反应，反应 方程式[4]:

CaO+H2〇^=Ca(OH)2 MgO+H2〇^=Mg 渊 OH 冤 2

消化实验主要是确定消化用水量和消化温度。 实验采用水浴加热，以保证物料受热均勻。实验分别 在同一温度不同用水量以及不同温度相同料浆浓 度下进行，温度范围为40~120益，用水量范围为4~

8

倍粉料质量。实验表明，温度过低时消化时间较长

但对产率无影响，温度过高时会降低Ca(OH)2产 率。消化用水量低于6倍粉料质量时，消化进行得不

彻底，料浆浓度较大，搅拌困难，并且后续的碳化实 验难以进行曰用水量高于8倍粉料质量时，部分消化 产物溶解于水，降低了消化产物的产率。故确定消化 温度为70~90益，用水量为料粉质量的6~8倍。

将消化产物进行X射线衍射分析。结果表明消 化产物主要是氢氧化钙和少量碳酸镁、氢氧化镁以 及微量未煅烧完全的石灰石，这与理论分析结果 相符合。通过计算可得氢氧化钙一次粒子直径为

29nm，而且直观上中间产品的白度已有较大提高。 2

.3

碳化实验

碳化的目的是向消化的浆料中通入CO2,通过 碳化反应使大量的Ca(OH)2转化成CaCO3,呈现沉 淀状态；而少量的Mg(OH)2转化成Mg(HCO3)2存 在于溶液中，通过过滤使CaCO3与Mg

(HCO3)2分

开，实现钙镁的有效分离。

碳化实验主要影响因素有碳化温度、碳化时间 和终点pH，且终点p

H

是衡量钙镁是否有效分离的

关键指标。实验表明，碳化温度不宜太高，以35~

40

益为宜;碳化时间由终点p

H

控制，终点p

H

既不

能太高，也不能太低。若

pH

太高会造成Mg(OH)2

碳化不彻底，MgO不能很好地除去;若pH

太低会发

生副反应 CaCO3+H2O+CO2=Ca(HCO3)2,导致 CaCO3

产率低。所以碳化终点p

H

以7.4~7.5为宜。

碳化结束后过滤得到超细轻钙沉淀，再经干燥 得到轻钙产品。此过程所得产品粒度较小，容易发生

团聚。可以在沉淀过程中加入少量酒精，使其分散效 果更好些[叫。

2018年3月王琦等:轻质碳酸钙制备工艺参数研究

3

产品性能分析和表征

3.1产品物相组成

实验过程轻钙产率高达90%。图3为石灰石经 不同温度煅烧(850尧900尧950益)再经碳化、干燥制得 轻钙产品的X射线衍射(XRD)谱图。由图3看出， 3个碳酸钙样品的纯度都较高。

3.2粒度测试

采用SA-CP3离心沉降粒度分析仪测定轻钙产 品的粒度，并与石灰石原料对比，结果见图4。由图 4a粒度累计分布图看出，石灰石原料经球磨后粒度 仍然较大，D50约为5滋m，D90约为20滋m;而轻钙粒 度均较细，D50为2.5滋m，D90为6滋m。由图4b粒度组 成分布图可知，石灰石原料粒径峰值为13滋m，呈单 峰偏正态分布，峰较宽，即原料粒度范围较大，从 0.4~40滋m都有较大比例;而轻钙粒度分布呈单峰正 态分布，峰值在2.5滋m，且峰较窄，说明粒度范围较

小。通过离心沉降法测得的粒度均为团聚粒度。通过 实验还发现，若在碳化过程中添加某种分散剂，其团 聚粒度还可进一步降低，通过XRD分析数据计算得 到粉体一次粒子的直径为10nm。由以上分析可见， 所得轻钙粉体的粒度很细。3.3白度测试

轻钙白度的主要决定因素是石灰石原料，影响 白度的主要因素是铁、锰及盐酸不溶物等杂质[7^。 轻钙产品及原料的白度对比见表2。由表2看出，轻 钙产品较石灰石原料的白度提高了 78%。

表

2

轻钙产品及石灰石原料白度对比样品白度/%

样品

白度/%

石灰石原料

42.86900益煅烧70.17850益煅烧

76.37

950益煅烧

76.57

4结论

石灰石原料中镁、硅、铁等杂质含量较高，利用

碳化反应可以将低品位的石灰石制备成超细轻钙。 适宜工艺条件:石灰石煅烧过程，煅烧温度为900~

950益，煅烧时间为5h，烧失率为42%曰消化过程， 用水量为粉料质量的6~8倍，消化温度为70~90益; 碳化过程，以溶液pH达到7.5为反应终点；最后通 过过滤、干燥得到超细轻钙产品。XRD结果表明，轻 钙产品纯度较高，一次粒径为10nm。通过粒度分析 可知，团聚粒度呈正态分布，峰值为2~3滋m，Dw为 2.5滋m，D9。为6滋m。白度测量结果表明，产品白度 由原料的42.86%提高到产品的76.47%。

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收稿日期:2017-09-19作者简介:王琦(1981—

冤，女，硕士研究生，从事工程设计咨询和科

技项目管理。

联系方式:378468715@qq.com

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