СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОСАЖДЕННОГО КАРБОНАТА КАЛЬЦИЯ Российский патент 2004 года по МПК C01F11/18 

Изобретение относится к способу получения осажденного карбоната кальция, который может служить в качестве функционального наполнителя и отличается определенными свойствами. Типичной областью применения является его использование в качестве наполнителя в пластизолях, как, например, в массах для защиты днища автомобилей.

Осажденный карбонат кальция может в этом случае регулировать свойства текучести пластизолей. Так, например, с помощью применения соответствующих для того или иного случая карбонатов кальция можно изготовить пластизоли с очень разными свойствами текучести. В зависимости от целей применения могут быть желательными высокие, средние или низкие пределы текучести. В качестве типичной характеристики потребительской пригодности карбонатов кальция в качестве наполнителя обычно дается предел текучести по Бингаму в смеси пластификаторов. Способность осажденного карбоната кальция регулировать пределы текучести между прочим зависит от свойств используемой для получения известкового молока негашеной извести и процесса гашения.

Тонкодисперсный карбонат кальция получают либо из сырья натурального происхождения путем механической переработки, либо химическим путем, например путем осаждения.

Обычно осажденный карбонат кальция получают путем добавки СО в известковое молоко

Са(ОН)₂+СO₂ → СаСО₃+Н₂О

Свойства осажденного карбоната кальция зависят, например, от химического состава используемого известняка или условий обжига.

Для получения осажденного карбоната кальция используют предпочтительно так называемый мягкий обжиг, для этого известняк подвергают обжигу при температуре 1000-1250°С.

Для характеристики негашеной извести среди других используют ее способность реагировать с водой. Измеряют так называемое значение VEC (скорость гашения извести). При этом замеряют скорость нагревания определенной смеси негашеной извести с водой. Типичные значения VEC для негашеной извести, которая пригодна для получения осажденного карбоната кальция, лежат выше 3°С/мин.

Для получения известкового молока негашеную известь вводят в реакцию с водой, например, в аппарате для гашения извести, при этом образуется суспензия Са(ОН)₂, так называемое известковое молоко. Известковое молоко обычно имеет содержание твердого вещества 70-220 г/л Ca(OH)₂, вязкость 30-1500 МПа и средний диаметр частиц меньше 50 мкм.

Известковое молоко используют, например, для нейтрализации сточных вод, для получения соды или осажденного карбоната кальция.

Недостатком известных доныне способов получения карбоната кальция является то, что его потребительские свойства, в частности, как реологического аддитива, до настоящего времени могли регулироваться лишь в недостаточной степени из-за его средней величины зерен, распределения зерен по величине и форме частиц.

Патент США US-PS 3920800 описывает способ получения осажденного карбоната кальция высокой чистоты. Согласно описанному способу, суспензию гидроокиси кальция (известковое молоко) перемалывают в присутствии СО₂ при температуре максимум 100°С. Образующийся путем реакции гидроокиси кальция с СO₂ карбонат кальция не содержит гидроокиси кальция. Величина частиц карбоната кальция регулируется с помощью температуры во время процесса перемалывания. При температуре примерно 30°С получаются очень мелкие частицы, при температуре 80°С получаются более крупные частицы карбоната кальция.

Задачей изобретения является получение осажденного карбоната кальция (ССР) с определенными и воспроизводимыми свойствами.

Согласно изобретению, эта задача решается благодаря тому, что известковое молоко размалывают, прежде чем ввести СO₂ для осаждения карбоната кальция.

Для перемалывания известкового молока можно использовать известные мельницы. Предпочтительно используют шаровые мельницы.

В качестве размалывающих шариков применяют, в частности, размалывающие шарики из окиси циркония диаметром 0,4-2 мм.

На результаты размалывания оказывает влияние тонкость шариков.

Эффективность перемалывания регулируется числом оборотов мельницы, временем пребывания известкового молока в мельнице и следующим из этого удельным расходом энергии.

В качестве величины измерения для успешного размола можно замерять также величину частиц Са(ОН)₂ в известковом молоке или вязкость известкового молока.

Ход мокрого перемалывания можно также сопровождать измерением распределения зерен гидроокиси кальция или измерением вязкости известкового молока при определенной концентрации и температуре.

Согласно изобретению, измеряют вязкость известкового молока и используют для управления мельницей. Вязкость можно без проблем замерять, например, непрерывно и с помощью соответствующего контура регулирования можно автоматически регулировать пропускное количество (продукта) мельницы или число оборотов мельницы и тем самым получающееся качество известкового молока.

В одном варианте выполнения изобретения известковое молоко перемалывают до вязкости макс. 2500 мПа. Более высокой вязкости следует избегать, так как иначе невозможно оптимальное введение осаждающего газа.

Таким образом, согласно изобретению вязкость размолотого известкового молока следует отрегулировать так, чтобы известковое молоко обладало хорошими свойствами текучести, чтобы осаждающий газ мог гомогенно диспергироваться. С помощью перемалывания, кроме того, становится возможным установить вязкость известкового молока такой, чтобы можно было получить карбонат кальция с желательными для данного случая свойствами, в частности в качестве реологического аддитива. В зависимости от целей применения, можно, таким образом, СаСO₂, который пригоден в качестве составляющей части смеси с высокой функциональностью для, например, полимеров, полимерных составов, пластмасс, масс для покрытий, уплотнительных масс, бумаги или красок, в частности, печатных красок, изготовить с остающимся постоянным качеством.

Известковое молоко после перемалывания направляется в резервуар, в который вводят СO₂ для осаждения карбоната кальция, и гомогенно диспергируется в известковом молоке.

Неожиданно было найдено, что свойства осажденного карбоната кальция воспроизводимы, если известковое молоко вначале перемолоть, а затем ввести СO₂ для осаждения карбоната кальция.

Если сравнить осажденный карбонат кальция из немолотого известкового молока с карбонатом кальция из молотого известкового молока, то получается, что перемалывание имеет влияние на скорость реакции, на средний диаметр частиц ССР и на потребительские свойства ССР.

Было найдено, что уменьшающаяся величина частиц в известковом молоке также влечет за собой снижение среднего диаметра частиц ССР.

Далее было найдено, что благодаря применению размолотого согласно изобретению известкового молока продолжительность осаждения снижается примерно на 20%.

С помощью регулируемого вязкостью согласно изобретению мокрому перемалыванию известкового молока можно заметно воздействовать на предел текучести пластизоля, т.е. целенаправленно настроить. Была найдено, что предел текучести является функцией введенной при перемалывании удельной энергии, или вязкости известкового молока после перемалывания. Таким образом, было найдено, что на свойства ССР можно воспроизводимо воздействовать с помощью целенаправленно установленной вязкости известкового молока.

Нежелательное влияние на свойства ССР неопределенных колебаний свойств негашеной извести и процесса гашения устраняется благодаря перемалыванию согласно изобретению.

Следующие далее примеры должны пояснить изобретение, но не ограничить его.

Примеры 1-6.

Негашеную известь погасили в аппарате для гашения извести:

Куски 2-5 см

VEC 4,8°C

Получающееся известковое молоко было перемолото и охарактеризовано:

Содержание твердого вещества 150 г/л

Средний диаметр частиц 4,4 мкм

Условия перемалывания

Горизонтальная шаровая мельница с опрокидыванием

Объем камеры для перемалывания 5 л

Мощность двигателя 22 кВт

Размалывающее тело:

Шарики из силиката циркония

Диаметр 1,0-1,6 мм

Заполняемый объем 4,8 л

Эксперименты проводили при постоянном числе оборотов 1990 об/мин. Время пребывания известкового молока в мельнице изменялось. Отсюда получились различные удельные затраты энергии.

Из размолотого таким образом известкового молока получили карбонат кальция с помощью введения газа, содержащего СO₂.

Условия осаждения:

Температура осаждения 18°С

Концентрация СO₂ в осаждающем газе 30 об.%

Поток газа: 1 м³/ч на 10 л известкового молока

Продолжительность осаждения см. Таблицу 1.

Дополнительная обработка: 2% жирная кислота

Становится ясным, что с помощью мокрого перемалывания можно целенаправленно регулировать вязкость известкового молока и средний диаметр частиц известкового молока. Благодаря этому, можно снизить время осаждения ССР до 20%. Диаметр частиц ССР устанавливается с возможностью воспроизведения.

Примеры 7-12.

Изготовление массы для защиты днища (автомобилей)

Пластификатор, диоктилфталат 55 г

Пластификатор, диизононилфталат 60 г

ПВХ Solvic 374 MIB, пастообразующий 70 г

ПВХ Solvic 266 SF, пастообразующий 30 г

СаСО₃, согласно примерам 1-6,

покрытый жирной кислотой 70,0 г

УФ-стабилизатор, IRGASTAB 17 МОК 2,0 г

Средство для сцепления, Euretek 505 4,0 г

Осушитель, окись кальция 5 г

Предел текучести по примерам 7-12 показан в табл.2.

ССР из примеров 1-6 используют соответственно для изготовления масс для защиты днища (автомобилей) в соответствии с описанной формулировкой. Становится ясным, что с помощью мокрого перемалывания известкового молока можно целенаправленно регулировать также предел текучести пластизоля, наполненного ССР.

Пример 13.

Изготовление офсетной краски

Пигмент, geflusht, Eurolith blue 25,0 мас.%

СаСО₃ согласно примеру 4,

покрытый жирной кислотой 15,0 мас.%

Масло для гидравлики,

Haltermann, PKWF 4/7 12,0 мас.%

Связующее, Uroset 48,0 мас.%

Результат:

Предел текучести 31 Па

Вязкость при скорости среза 3/с 9,4 П

Глубина окрашивания С 53

Блеск 60° 71%

Пример 14.

Изготовление полиуретановых масс, 2-компонентная система

Полиол, Desmophen 1150 150 г

СаСО₃ по примеру 6, покрытый жирной

кислотой 60 г

Пигмент из двуокиси титана(Рутил),

Tiona Rcl-535 3 г

Сухая паста, Baylith L-паста 15 г

Средство для сцепления/ Acronal 700L 1 г

Пластификатор Mesamoll II 35 г

Активатор полиуретана 1 г

Изоцианат 3 г

Результат:

Предел текучести по Бингаму 220 Па

Вязкость при скорости среза (100/с) 6,1 П

Pot life time 26 мин

Сцепление хорошее

Качество диспергирования/гриндометр < 35 мкм

Пример 15.

Изготовление силиконовых масс.

Для испытания изготовили неотверждаемую силиконовую массу, которая соответствует двухкомпонентной системе, при этом не добавляли необходимый для отверждения катализатор.

Силиконовый полимер 60 г

СаСО₃ по примеру 2, покрытый

жирной кислотой 38 г

Пластификатор 2 г

Результат:

Предел текучести по Casson 900 Па

Вязкость при скорости среза 5/с 280 П

Качество диспергирования/гриндометр < 35 мкм

Изобретение предназначено для химической и автомобильной промышленности и может быть использовано при получении наполнителей в пластизолях. Суспензию известкового молока перемалывают до вязкости не более 2500 мП. В процессе перемалывания непрерывно замеряют вязкость, величину которой используют для управления процессом перемалывания. Вводят СО₂ для осаждения карбоната кальция при 18°С. Концентрация СО₂ в осаждающем газе составляет 30 об.%, время осаждения 77-94 мин. Средний диаметр частиц осажденного карбоната кальция 70 нм или менее. Изобретение позволяет снизить время осаждения на 20% и получить осажденный карбонат кальция с воспроизводимыми потребительскими свойствами, в частности, реологическими. 3 з.п.ф-лы, 2 табл.

1. Способ получения осажденного карбоната кальция с воспроизводимыми потребительским свойствами, в частности, реологическими свойствами, путем введения CO₂ в известковое молоко, отличающийся тем, что известковое молоко подвергают целевой обработке с помощью перемалывания, причем в процессе перемалывания непрерывно замеряют вязкость известкового молока, и замеренную величину используют для управления процессом перемалывания, после чего вводят СО₂ для осаждения карбоната кальция, и средний диаметр частиц осажденного карбоната кальция составляет около 70 нм или менее.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что путем целевого перемалывания получают известковое молоко с вязкостью не более 2500 мП.3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что время осаждения может быть снижено на 20%.4. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что осаждение проводят при 18°С, концентрация СО₂ в осаждающем газе составляет 30 об.% и время осаждения составляет от 77 до 94 мин.