471-34-1/輕質碳酸鈣的生產(chǎn)工藝及方法

輕質碳酸鈣又稱沉淀碳酸鈣，簡稱輕鈣，分子式CaCO3 ，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。或者先用碳酸納和氯化鈣進行復分解反應生成碳酸鈣沉淀，然后經(jīng)脫水、干燥和粉碎而制得。由于輕質碳酸鈣的沉降體積（2.4-2.8mL/g）比重質碳酸鈣的沉降體積（1.1-1.4mL/g）大，所以稱之為輕質碳酸鈣。

輕鈣性質

白色粉末，無味，無臭，比重約2.71。在825～896.6ºC分解，熔點1339ºC。有無定形和結晶形兩種形態(tài)，結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，同時放出二氧化碳，呈放熱反應。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)廢水的中種劑、胃與十二指腸潰瘍病的制酸劑、酸中毒的解毒劑、含SO2廢氣中的SO2消除劑、乳牛飼料填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

從國外輕質碳酸鈣的生產(chǎn)來看，與中國相比在自動化控制和環(huán)保措施上都比較先進，國外的輕質碳酸鈣多應用于生產(chǎn)漿狀的產(chǎn)品因而在造紙業(yè)中應用的比較廣泛。國外的相關工藝技術指標和我國國內的標準有所區(qū)別，從整體上來看，比我國國內的更加適應輕質碳酸鈣用戶的需求。

輕質碳酸鈣生產(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)輕質碳酸鈣的生產(chǎn)方法

傳統(tǒng)輕質CaCO3生產(chǎn)工藝工業(yè)中輕質碳酸鈣傳統(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。

主要化學反應如下：

石灰石煅燒，釋放出CO2 CaCO3→CaO+CO2 (1)

石灰(氧化鈣)與水反應生成消石灰 CaO+H2O→Ca(OH)2 (2)

CO2被注入消石灰，反應生成輕質碳酸鈣 Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O (3)

2、鋼渣生產(chǎn)輕質CaCO3工藝

鋼渣醋酸法生產(chǎn)輕質CaCO3的工藝為:醋酸介質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、純凈碳酸鈣沉淀生成及過濾分離4個過程。主要化學反應如下:

醋酸介質提取鋼渣中：

Ca2+CaSiO3+2CH3COOH → Ca2++2CH3COO-+SiO2+H2O (4)

利用NaOH進行堿化：

Ca(CH3COO)2+2NaOH → 2CH3COONa+Ca(OH)2 (5)

碳酸化反應：

Ca(OH)2+CO2 → CaCO3+H2O (6)

3、硝酸浸取磷石膏鈣渣制備高品質輕質碳酸鈣

粗制Ca(NO3)2溶液：用適量硝酸溶液浸取磷石膏鈣渣，反應至無氣泡產(chǎn)生，過濾，除去硝酸不溶物，得到含雜質的粗制Ca(NO3)2溶液.雜質主要成分是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，調節(jié)溶液pH值，進行調堿除雜.此時，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除去，得到精制Ca(NO3)2溶液.相關化學反應方程式有：

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移至四頸燒瓶中，控制反應溫度，以及NH3和CO2氣體的流量，進行碳化.化學反應方程式如下：

Ca(NO3)2+2NH3+CO2+H2O→CaCO3↓+2NH4NO3

洗滌：將沉淀過濾，進行多次洗滌，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即可得到輕質碳酸鈣產(chǎn)品。

4、氯化銨法制備輕質碳酸鈣

生石灰與NH4Cl反應生成CaCl2和NH3，過量的生石灰與水反應生成Ca(OH)2，溶液呈強堿性。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。反應式如下:

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⁺+SO^2- → 4CaSO4

Ca²⁺+PO^3- → 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。