[发明专利]具有改善的白度的来自纸浆研磨废料的沉淀碳酸钙，其制造方法及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种自废石灰制造沉淀碳酸钙（PCC）的方法，通过该方法获得的沉淀碳酸钙物种（PCC）的矿物颜料以及这些矿物颜料的用途。

背景技术

碳酸钙广泛用于造纸工业中作为纸中的填料组分。其是一种用于增加纸张白度及不透明度的低成本、高白度填料。在过去的几十年里，由于造纸厂由酸性造纸转变为碱性造纸，因此碳酸钙的用途已显著增加。天然及合成碳酸钙均可用于造纸工业。天然碳酸盐（诸如石灰石、大理石或白垩）在其用于纸中之前经研磨至较小粒子尺寸，而合成碳酸钙通过沉淀反应制造且因此称为沉淀碳酸钙（PCC）。

通常，PCC通过将CO₂引入氢氧化钙的水性悬浮液（所谓的石灰乳）中而制备

Ca(OH)₂+CO₂→CaCO₃+H₂O。

该方法已证实能够制造具有优良不透光特性的PCC。与研磨碳酸钙（所谓的GCC）相比，PCC典型地在使纸张不透明及增亮方面具有优势。已发现具有玫瑰花朵状集合体结构的偏三角面体形的沉淀碳酸钙可赋予纸张高不透明度。该碳酸化法还显示出在制造各种粒子形状及尺寸用于如纸填料和在纸涂料中的各种应用中具有灵活性。

沉淀碳酸钙除了用于造纸工业中外，其也用于各种其他目的，例如作为油漆工业的填料或颜料及作为功能性填料用于制造塑料材料、增塑溶胶、密封化合物、印刷墨水、橡胶、牙膏、化妆品等。

技术问题

现今，就生态学观点而言，一种观点集中于回收来源于工艺的未使用材料或自产物或工艺回收所用材料并且再使用回收的材料。

举例来说，在牛皮纸浆研磨的化学品回收系统中，以固体废材料形式排放大量低化学纯度的碳酸钙，且因此可轻易获得作为制造碳酸钙填料和/或涂料颜料的廉价原料源。

然而，由于该“纸浆研磨废碳酸钙”的粒子尺寸粗、存在脱色杂质及低白度，如果最终碳酸钙产物的白度应保持在足够高的水平并且应用性能应达到自高质量原料制造的产物（诸如由白垩、石灰石或大理石制造的碳酸钙填料或涂料颜料）的水平，则这种材料被禁止使用或被限制到极低用量。

因此，将非常需要一种方法来增加包含自废料并且尤其自纸浆研磨废料回收的碳酸钙的碳酸钙产物的白度并且将回收的材料转化为可用于典型应用的碳酸钙矿物填料和/或涂料颜料。

现有技术方法以加工自纸浆研磨废料回收的碳酸钙材料为基础。举例来说，巴西专利申请PI0903782-9描述了一种方法，其中自纤维素工业的苛化工艺回收的碳酸钙材料使用磷酸处理，以使该碳酸钙材料质量提高及纯化。

JP6073690A揭示了具有至少6m²/g的比表面积的沉淀碳酸钙的制备。造纸厂中产生的废二氧化碳及废石灰可在制备该PCC中得以利用。在一个实施例中，含三价金属氧化物杂质的石灰在50℃下反应1小时，且反应产物流经筛子以获得石灰乳。接着石灰乳经湿法破碎并稀释以制备具有浓度8wt%的石灰乳。接着其经碳酸化且再次流经筛子以获得沉淀碳酸钙。

WO96/32354A1涉及一种处理包含于来自用于处理纸或废纸的工厂的废纸或流出物中或由其产生的含固体的材料的方法，该含固体的材料包括有机材料及无机颗粒材料。通过该方法处理的含固体的材料可包括碳酸钙，其经煅烧形成氧化钙，并且当在水性悬浮液中形成氧化钙时该氧化钙转化为氢氧化钙。接着通过引入二氧化碳，石灰乳转化为沉淀碳酸钙。接着使用该沉淀碳酸钙制备纸涂料组合物。包含该沉淀碳酸钙以及其他矿物（诸如高岭土）的材料的实例显示出70.6%或75.5%的ISO白度。

WO97/11030A1涉及通过将不纯氧化钙或氢氧化钙源与水组合以形成水性悬浮液来制造高纯度碳酸钙的方法。可使悬浮液内的固体沉降以便形成澄清的氢氧化钙饱和溶液。接着该溶液进一步与二氧化碳反应以获得高纯度沉淀碳酸钙。然而，在该文献中没有任何地方提及如此形成的石灰乳无需移除任何包含于石灰乳中的杂质即可用于进一步的碳酸化步骤中。

US2010/0000444A1也描述了一种制造含碳酸盐的组合物的方法，其中该方法包含利用金属氧化物（诸如氧化钙或氢氧化钙）的废料源。来源于金属氧化物废料源的二价阳离子水溶液与二氧化碳接触，且经受沉淀条件以提供含碳酸盐（诸如碳酸钙）的组合物。所得产物可用于建筑材料（诸如水泥）中。未提供有关所得碳酸钙的ISO白度、比表面积或重量中值粒径的信息。