Способ синтеза высокодисперсного карбоната кальция

Авторы патента:

C09C1/02 - соединения щелочноземельных металлов или магния

Владельцы патента RU 2489355:

Мешандин Алексей Гаврилович (RU)

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ синтеза высокодисперсного карбоната кальция включает взаимодействие гидроксида кальция с диоксидом углерода в водной среде. Перед взаимодействием с диоксидом углерода гидроксид кальция диспергируют в растворе, содержащем или соли аммония из группы хлорид аммония, нитрат аммония, или сахарозу в концентрации от 4% до 30% и поверхностно-активные вещества (ПАВ) в количестве от 0,01% до 5%, считая на массу исходного гидроксида кальция. Изобретение позволяет получить высокодисперсный карбонат кальция. 12 табл., 12 пр.

Изобретение относится к химической технологии, в частности к получению высоко дисперсного углекислого кальция CaCO₃, - карбоната кальция, который является исключительно важным полупродуктом для различных отраслей химической и других отраслей промышленности.

В частности это:

1) основа для белой масляной краски и других видов масляных красок;

2) наполнитель для бумаги, линолеума, резины;

3) наполнитель для термопластичных пластмасс - основы производства мягкой тары;

4) необходимый компонент - замедлитель горения и элемент теплозащитных покрытий в производстве пироксилиновых, баллистых порохов, смесевых твердых ракетных топлив и других изделий спецназначения;

5) основа для побелок, колеровок в строительном деле.

На сегодняшний день существуют два основных источника получения карбоната кальция:

1) природный карбонат кальция, получаемый из меловых карьеров;

2) карбонат кальция - побочный продукт при производстве минеральных удобрений. В частности, карбонат кальция, являясь побочным продуктом ряда производств комплексных минеральных удобрений (Кирово-Чепецкий хим. комбинат, Россошанский хим. комбинат, п/о «Акрон») на сегодняшний день без движения лежит на территориях и полигонах отвалов данных предприятий, засоряя окружающую среду.

Однако карбонат кальция, как «карьерный», так и «побочный продукт» заводов минеральных удобрений, имеет слишком большой размер исходных частиц - 100-200 мкм. Ввиду этого применение его ограничено, так как вышеуказанные в пп.1-5 отрасли не могут использовать такой продукт ввиду слишком крупных частиц. В результате не достигается конкурентоспособноного уровня качества выше указанных видов изделий и веществ.

Следовательно, карбонат кальция подлежит измельчению с частиц диаметром 200-200 мкм до 4-5 мкм, в ряде случаев до 1-0,8 мкм.

Известны различные способы получения высокодисперсного карбоната кальция. Так, 1960, с.8-18) известен способ [1] (А.Г.Касаткин. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: , заключающийся в том, что карбонат кальция подвергают помолу в мельницах различной конструкции. Недостатками данного способа является большой расход электроэнергии, неравномерность получаемого продукта по гранулометрическому составу. Кроме того, при реализации такого способа все посторонние катионы и анионы, содержащиеся в исходном природном карбонате кальция, либо в карбонате кальция - отходе при производстве минеральных удобрений, сохраняются, что негативным образом сказывается на белизне и других товарных характеристиках целевого продукта - высокодисперсного карбоната кальция.

Известен способ [2] (Ю.В. Корякин, И.И. Ангелов. Чистые химические вещества. М.: 1971, с.152-153), заключающийся в смешении растворов углекислого аммония и азотнокислого кальция с последующим фильтрованием осадка. Осадок карбоната кальция, полученный таким путем, отсасывают в воронке Бюхнера и промывают на фильтре медленным током воды. Недостатком данного способа является получение карбоната кальция с разным диаметром частиц от 50 мкм до 5 мкм, более мелкие частицы получить не удается.

Известен способ комплексной переработки гипсовых отходов [3] (В.А. Колокольников, В.М. Титов, А.А. Шатов. Патент РФ №2258036, 09.06.2004 г. - Способ комплексной переработки фосфогипса), в результате исполнения которого получается карбонат кальция. Однако при реализации данного способа не удается получать высокодисперсный карбонат кальция, способ отличается исключительной громоздкостью и затратностью в исполнении.

Наиболее близко поставленной задаче отвечает способ получения карбоната кальция путем взаимодействия гидроксида кальция в водном растворе с диоксидом углерода [4] (М.Е. Позин. Технология минеральных солей. 1960, с.530-532). Согласно известному способу гидроксид кальция диспергируют в воде и в эту дисперсию барботируют диоксид углерода до изменения pH реакционной среды от сильно щелочной до нейтральной. Далее суспензию карбоната кальция отфильтровывают и подвергают сушке. Однако при реализации данного способа образуется крупнодисперсный карбонат кальция.

Задачей предлагаемого изобретения является получение высокодисперсного карбоната кальция. Поставленная цель достигается описанным ниже способом: включающим взаимодействие гидроксида кальция с диоксидом углерода в водной среде, отличающийся тем, что перед взаимодействием с диоксидом углерода гидроксид кальция диспергируют в растворе, содержащем или соли аммония из группы - хлорид аммония, нитрат аммония, или сахарозу в концентрации от 4% до 30% и поверхностно- активные вещества (ПАВ) в количестве от 0,01% до 5%, считая на массу исходного гидроксида кальция.

Диспергирование гидроксида кальция в заявляемых растворах солей: хлориде аммония или нитрате аммония и/или в растворе сахарозы и ввод ПАВ при реализации предлагаемого способа перед взаимодействием реагентов в заявляемых количественных отношениях является отличительным признаком заявляемого изобретения.

Благодаря реализации данного способа удается синтезировать высокодисперсный карбонат кальция, который имеет очень большие и востребованные сегменты сбыта. Сущность заявляемого изобретения представлена в приведенных примерах конкретного выполнения.

Пример 1. Навеску гидроксида кальция диспергируют в растворе хлорида аммония NH₄Cl в заявляемых концентрациях, считая на массу исходного гидроксида кальция. После диспергиварония в пульпу вводят анионактивный ПАВ - алкилсульфонат - смесь натриевых солей алкилсульфоновых кислот, полученный из n-парафинов в концентрации 2,5% считая на массу исходного гидроксида кальция. В таблице 1 представлены сведения по осуществлению экспериментов в заявляемых концентрациях хлорида аммония. В этой же таблице предоставлены результаты эксперимента - свойства карбоната кальция по прототипу и заявляемому способу.

Таблица 1
Концентрация раствора хлорида аммония NH₄Cl, %	Прототип без NH₄Cl	3%	4%	17%	30%	32%
Показатели
1. Конверсия, %	91	91	93	95	98	98
2. Белизна, %	90	90	91	93	95	95
3. Средний размер частиц, мкм	14	14	4,3	1,5	1,4	1,4

Анализ полученных данных позволяет констатировать, что при синтезе карбоната кальция по предлагаемому способу получается высокодисперсный карбонат кальция, превосходящий продукт, получаемый по прототипу. При использовании хлорида аммония при использовании концентрации хлорида аммония выше 30% нет преимущество по характеристикам карбоната кальции, и экономичность процесса синтеза снижается; при использовании же концентрации меньше 4% свойства карбоната кальция и степень его дисперсности ухудшаются.

Пример 2. Навеску гидроксида кальция диспергируют в водном растворе нитрата аммония в заявляемых концентрациях и по прототипу. Вводят ПАВ катионактивный бисчетвертичное аммониевое производное алифатической структуры в концентрации 2,5% на массу исходного гидроксида кальция. В таблице 2 представлены результаты эксперимента в зависимости от диспергирования гидроксида кальция в водных растворах с разной концентрацией гидроксида аммония.

Таблица 2
Концентрация раствора нитрата аммония NH₄NO₃, %	Прототип без диспергирования в заявляемом растворе	3%	4%	17%	30%	32%
Показатели
1. Конверсия, %	90	90	92	97	98	98
2. Белизна, %	89	90	95	96	96	96
3. Средний размер частиц, мкм	18	18	12	3	1,1	1,1

Анализ полученных данных позволяет констатировать, что при реализации конверсии гидроксида кальция по предлагаемому способу получается высокодисперсный карбонат кальция, превосходящий продукт по прототипу. Как и в случае примера 1 выход за заявляемые пределы концентрации приводит к ухудшению: выше 30% NH₄NO₃ в водном растворе нет преимуществ по характеристикам карбоната кальция и экономичность процесса снижается, ниже 4% - свойства карбоната кальция ухудшаются.

Пример 3. Навеску гидроксида кальция диспергируют в водном растворе сахарозы в заявляемых концентрациях и по прототипу. Вводят ПАВ неионогенный - оксиэтилированные моноалкилфенолы в концентрации 2,5% на массу исходного гидроксида кальция. В таблице 3 представлены результаты эксперимента в зависимости от диспергирования гидроксида кальция в водных растворах с разной концентрацией гидроксида аммония.

Таблица 3
Концентрация раствора сахарозы, %	Прототип без диспергирования в заявляемом растворе	3%	4%	17%	30%	32%
Показатели
1. Конверсия, %	89	89	91	95	98	98
2. Белизна, %	90	90	94	96	97	97
3. Средний размер частиц, мкм	14	14	9	2	0,8	0,8

Анализ полученных данных позволяет также констатировать наличие положительных эффектов по сравнению с прототипом. Выход за заявляемые пределы концентрации водного раствора сахарозы приводит в потере положительных эффектов.

Пример 4. Навеску гидроксида кальция диспергируют в водном растворе хлорида аммония в концентрации 17%. Вводят ПАВ анионактивный, как в примере 1, в количествах от 0,01% до 5%, считая на массу исходного гидроксида кальция. В таблице 4 представлены результаты эксперимента в зависимости от концентрации гидроксида кальция в растворе NH₄Cl 17% концентрации.

Таблица 4
Концентрация введенного анионактивного ПАВ, % на исходный Ca(OH)₂	Прототип без ПАВ	0,005%	0,01%	2,5%	5%	5,2%
Показатели
1. Конверсия,	88	90	96	97	98	98
%	90	92	95	96	96	96
2. Белизна, %	13	10	4	1,3	0,9	0,9
3. Средний размер частиц, мкм

Пример 5. Навеску гидроксида кальция диспергируют в водном растворе хлорида аммония в концентрации 17%. Вводят ПАВ катионактивный бисчетвертичное аммониевое производное алифатической структуры как в примере 2, в количествах от 0,01% до 5%, считая на массу исходного гидроксида кальция. В таблице 5 представлены результаты эксперимента в зависимости от концентрации гидроксида кальция в растворе NH₄Cl 17% концентрации.

Таблица 5
Концентрация введенного анионактивного ПАВ, % на исходный Ca(ОН)₂	Прототип без ПАВ	0,005%	0,01%	2,5%	5%	5,2%
Показатели
1. Конверсия, %	89	90	97	97	98	98
2. Белизна, %	90	93	94	95	96	96
3. Средний размер частиц, мкм	15	14	9	2,5	1,0	1,0

Пример 6. Навеску гидроксида кальция диспергируют в водном растворе хлорида аммония в концентрации 17%. Вводят ПАВ неионогенный оксиэтилированные моноалкилфенолы как в примере 2, в количествах от 0,01% до 5%, считая на массу исходного гидроксида кальция. В таблице 6 представлены результаты эксперимента в зависимости от концентрации гидроксида кальция в растворе NH₄Cl 17% концентрации.

Таблица 6
Концентрация	Прототип без	0,005%	0,01%	2,5%	5%	5,2%
введенного анионактивного ПАВ, % на исходный Ca(OH)₂	ПАВ
Показатели
1. Конверсия, %	88	89	94	95	96	96
2. Белизна, %	90	90	95	97	97	97
3. Средний размер частиц, мкм	20	19	7,5	3,0	0,7	0,7

Пример 7. Навеску гидроксида кальция диспергируют в водном растворе нитрата аммония в концентрации 17%. Вводят неионогенный ПАВ оксиэтилированные моноалкилфенолы как в примере 2, в количествах от 0,01% до 5%, считая на массу исходного гидроксида кальция. В таблице 7 представлены результаты эксперимента в зависимости от концентрации гидроксида кальция в растворе NH₄Cl 17% концентрации.

Таблица 7
Концентрация введенного анионактивного ПАВ, % на исходный Ca(OH)₂	Прототип без ПАВ	0,005%	0,01%	2,5%	5%	5,2%
Показатели
1. Конверсия, %	88	89	94	96	98	98
2. Белизна, %	89	90	93	96	97	97
3. Средний размер частиц, мкм	12	10	4	1,3	0,8	0,8

Пример 8. Навеску гидроксида кальция диспергируют в водном растворе нитрата аммония в концентрации 17%. Вводят ПАВ анионактивный алкилсульфонат -смесь натриевых солей алкилсульфоновых кислот, полученный из n-парафинов как в примере 1, в количествах от 0,01% до 5%, считая на массу исходного гидроксида кальция. В таблице 8 представлены результаты эксперимента в зависимости от концентрации гидроксида кальция в растворе NH₄Cl 17% концентрации.

Таблица 8
Концентрация введенного анионактивного ПАВ, % на исходный Ca(OH)₂	Прототип без ПАВ	0,005%	0,01%	2,5%	5%	5,2%
Показатели
1. Конверсия, %	90	90	94	96	98	98
2. Белизна, %	89	90	92	96	97	97
3. Средний размер частиц, мкм	15	15	6	2	0,7	0,7

Пример 9. Навеску гидроксида кальция диспергируют в водном растворе нитрата аммония в концентрации 17%. Вводят ПАВ катионактивный как в примере 2, в количествах от 0,01% до 5%, считая на массу исходного гидроксида кальция. В таблице 9 представлены результаты эксперимента в зависимости от концентрации гидроксида кальция в растворе NH₄Cl 17% концентрации.

Таблица 9
Концентрация введенного анионактивного ПАВ, % на исходный Ca(OH)₂	Прототип без ПАВ	0,005%	0,01%	2,5%	5%	5,2%
Показатели
1. Конверсия,	89	89	92	95	97	97
%	90	91	92	95	96	96
2. Белизна, %	16	16	8	3	0,7	0,7
3. Средний размер частиц, мкм

Пример 10. Навеску гидроксида кальция диспергируют в водном растворе сахарозы в концентрации 17%. Вводят ПАВ катионактивный как в примере 2, в количествах от 0,01% до 5%, считая на массу исходного гидроксида кальция. В таблице 10 представлены результаты эксперимента в зависимости от концентрации гидроксида кальция в растворе NH₄Cl 17% концентрации.

Таблица 10
Концентрация введенного анионактивного ПАВ, % на исходный Ca(OH)₂	Прототип без ПАВ	0,005%	0,01%	2,5%	5%	5,2%
Показатели
1. Конверсия, %	88	89	94	98	98	98
2. Белизна, %	87	88	95	96	96	96
3. Средний размер частиц, мкм	15	13	3,5	1,5	0,7	0,7

Пример 11. Навеску гидроксида кальция диспергируют в водном растворе сахарозы в концентрации 17%. Вводят ПАВ анионактивный как в примере 1, в количествах от 0,01% до 5%, считая на массу исходного гидроксида кальция. В таблице 11 представлены результаты эксперимента в зависимости от концентрации гидроксида кальция в растворе сахарозы 17% концентрации.

Таблица 11
Концентрация введенного анионактивного ПАВ, % на исходный Ca(OH)₂	Прототип без ПАВ	0,005%	0,01%	2,5%	5%	5,2%
Показатели
1. Конверсия, %	88	89	94	95	97	97
2. Белизна, %	90	90	93	95	96	97
3. Средний размер частиц, мкм	16	15	5	1,5	0,8	0,8

Пример 12. Навеску гидроксида кальция диспергируют в водном растворе сахарозы в концентрации 17%. Вводят ПАВ неионогенный как в примере 3, в количествах от 0,01% до 5%, считая на массу исходного гидроксида кальция. В таблице 12 представлены результаты эксперимента в зависимости от концентрации гидроксида кальция в растворе сахарозы 17% концентрации.

Таблица 12
Концентрация введенного анионактивного ПАВ, % на исходный Ca(OH)₂	Прототип без ПАВ	0,005%	0,01%	2,5%	5%	5,2%
Показатели
1. Конверсия, %	89	90	94	95	96	96
2. Белизна, %	90	90	93	93	95	95
3. Средний размер частиц, мкм	15	14	4	1,5	0,7	0,7

Таким образом, из представленных примеров очевидно получение положительного эффекта при синтезе высокодисперсного карбоната кальция по заявляемому способу. Реализация заявляемого способа позволит получать ценный и востребованный продукт для различных отраслей промышленности. Экономическая эффективность данного способа состоит в том, что на 1 тонну исходного гидроксида кальция получается сумма продаж при реализации высокодисперсного карбоната кальция не менее 15 тыс. руб. за тонну.

Способ синтеза высокодисперсного карбоната кальция, включающий взаимодействие гидроксида кальция с диоксидом углерода в водной среде, отличающийся тем, что перед взаимодействием с диоксидом углерода гидроксид кальция диспергируют в растворе, содержащем или соли аммония из группы хлорид аммония, нитрат аммония, или сахарозу в концентрации от 4% до 30% и поверхностно-активные вещества (ПАВ) в количестве от 0,01% до 5%, считая на массу исходного гидроксида кальция.

Применение подвергшегося поверхностной обработке карбоната кальция в тонкой бумаге, способ получения продукта тонкой бумаги улучшенной мягкости и полученные продукты тонкой бумаги улучшенной мягкости // 2478673

Применение в краске карбоната кальция сухого измельчения с помощью сополимера (мет)акриловой кислоты с алкокси- или гидроксиполиалкиленгликолевой группой // 2477737

Изобретение относится к применению в красках карбоната кальция, полученного сухим измельчением в присутствии способствующего измельчению агента. .

Способ измельчения в водной среде минеральных веществ и связующих с использованием обратной эмульсии полимера акриламида с акриловым мономером // 2475510

Изобретение относится к области измельчения в водной среде минеральных веществ в присутствии связующих. .

Способ получения антикоррозионного пигмента // 2471835

Изобретение относится к получению антикоррозионных пигментов, которые могут быть использованы для приготовления консервационных смазок. .

Подвергшийся поверхностной обработке осажденный карбонат кальция, способ его изготовления и его применения // 2470052

Изобретение относится к минеральным наполнителям высокой удельной площади поверхности, которые находят применение в ряде областей, включая бумажную, а именно как наполнитель или краситель покрытия.

Способ приготовления продукта из обработанного минерального наполнителя, полученный продукт из минерального наполнителя и его применения // 2463325

Способ сухого измельчения одного или нескольких минеральных материалов, содержащих, по меньшей мере, карбонат кальция // 2451707

Изобретение относится к способу сухого измельчения одного или нескольких минеральных материалов, содержащих, по меньшей мере, карбонат кальция, отличающемуся тем, что указанный способ включает стадии:а) дробления минерального материала или минеральных материалов, по меньшей мере, на одной дробильной установке с получением дробленого материала с диаметром частиц d95 менее 10 см;b) необязательного облагораживания всего или части материала, дробленого на стадии а);с) сухого измельчения материала, дробленого на стадии а) и/или b), по меньшей мере, на одной установке для измельчения:(i) в присутствии, по меньшей мере, одного гребнеобразного гидрофильного полимера, содержащего, по меньшей мере, одну полиалкиленоксидную группу, привитую, по меньшей мере, к одному этиленненасыщенному мономеру, и (ii) осуществляемого так, чтобы количество жидкости в указанной установке для измельчения было менее 15% от сухой массы указанного дробленого материала, находящегося в указанной установке для измельчения;d) необязательной сортировки (классификации) материала, измельченного сухим способом на стадии с), по меньшей мере, на одной установке для сортировки (классификации); е) необязательного повторения стадий с) и/или d) со всем материалом, измельченным сухим методом, или с его частью, материал получен на стадии с) и/или d);и отличающемуся также тем, что материал, рекуперированный после стадии с) и/или d) и/или е), имеет d50 (средний диаметр) в диапазоне от 0,5 до 500 микрон.

Гипсовый продукт и способ его получения // 2448906

Изобретение относится к гипсовому продукту. .

Способ получения гипса // 2448049

Способ фиксации диоксида углерода // 2456062

Способ получения карбоната кальция // 2447024

Изобретение относится к химической технологии азотнокислотной переработки фосфатного сырья с получением карбоната кальция путем конверсии нитрата кальция в производстве NPK-удобрений.

Способ производства совместно измельченного карбонатно-кальциевого материала типов gcc и pcc со специфическим коэффициентом крутизны, полученные продукты и их применение // 2438980

Способ производства высокодисперсного совместно измельченного карбонатно-кальциевого материала типов gcc и pcc, полученные продукты и их применение // 2438979

Способ получения осажденного карбоната кальция, способ для повышения содержания сухого вещества продукта осажденного карбоната кальция и реакторная система для производства осажденного карбоната кальция // 2436734

Способ диспергирования, и/или измельчения, и/или концентрирования карбоната кальция в водной среде с использованием водного раствора, содержащего соединения циркония // 2434035

Способ получения частиц на основе природного карбоната кальция и солей этиленакриловой кислоты, полученные суспензии и сухие пигменты, их применение // 2433153

Осажденный кальциево-карбонатный пигмент, особенно применимый в качестве покрытия для бумаги, предназначенной для краскоструйного печатания // 2432375

Осажденный кальциево-карбонатный пигмент, особенно применимый в качестве покрытия для бумаги, предназначенной для краскоструйного печатания // 2432374

Способ изготовления водных суспензий минеральных материалов или высушенных минеральных материалов, получаемые продукты, а также их применение // 2494127

Изобретение может быть использовано в химической, лакокрасочной и бумажной промышленности. Для изготовления водных минеральных материалов а) обеспечивают, по меньшей мере, один минеральный материал в форме водной суспензии или в сухой форме, b) обеспечивают, по меньшей мере, один частично или полностью литий-нейтрализованный водорастворимый органический полимер, выбранный из группы гомополимеров акриловой или метакриловой кислоты и/или сополимеров акриловой и/или метакриловой кислоты с одним или несколькими акриловыми, виниловыми или аллиловыми мономерами, причем мольная доля не нейтрализованных кислотных групп находится в диапазоне от 0% до 10%, с) объединяют, по меньшей мере, один частично или полностью литий-нейтрализованный водорастворимый органический полимер из стадии b) с, по меньшей мере, одним минеральным материалом из стадии а). Полученные минеральные материалы или их водные суспензии используют при получении бумаги, пластиков и красок. Изобретение позволяет получить материал, имеющий стабильный рН, низкую вязкость по Брукфильду, которая остается стабильной со временем, и требующий пониженное содержание диспергатора и/или способствующего измельчению агента. 8 н. и 26 з.п. ф-лы, 13 табл., 13 пр.