[发明专利]一种碳酸钙纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及无机矿物纤维领域，具体涉及一种碳酸钙纤维的制备方法。

背景技术

由于无机矿物纤维特殊的增强功能，在塑料、造纸、涂料、建筑、摩擦材料等领域得到了广泛的应用。现有无机矿物纤维主要分为两大类，一类是具有纤维结构的矿物通过剥离微细而得，如硅灰石、海泡石、纤维水镁石等，该类矿物纤维成本低增强性较好，但由于矿物受杂质影响，其质量不稳定；另一类是通过煅烧熔化拉丝而成的人造矿物纤维，如玻璃纤维、玄武岩纤维等，增强效果明显，但其生产成本高，能耗高，污染大，使其应用受到限制。

因此无机矿物纤维领域不断寻求新的突破。碳酸钙是一种储量丰富的天然资源，其主要来自于方解石、石灰石和大理石，分子式为CaCO₃。传统的利用方式是开采后采用机械破碎再研磨成超细碳酸钙，主要用于涂料、塑料、橡胶、造纸、食品、医药等领域的普通填料。随着无机非金属技术的发展，碳酸钙向着多元化、专业化、精细化方向迅速发展，单一的超细碳酸钙难以满足碳酸钙作为填料增韧增强的要求。目前，碳酸钙正向着异型结构发展，诸如纤维状、片状、球状等异型碳酸钙由于其特殊的结构使其在应用中赋予材料特殊的功能性。碳酸钙纤维与传统纳米碳酸钙相比，不会出现纳米粉末使用时容易出现的团聚现象，增韧性能更为优异。为了获得纯度高、长径比优良的矿物纤维，技术人员尝试通过合成的方法得到了纤维状矿物。因此通过化学合成，使获得纤维状的碳酸钙成为可能。中国发明专利CN1552959A公开了一种碳酸钙晶须的制备工艺，该工艺通过消化、反应液制备、碳化、过滤、干燥得到了碳酸钙晶须，其工艺借鉴了传统轻钙的制备工艺，以氯化镁溶液作为反应液进行晶型诱导，在1-1.5Mpa的压力下反应制备碳酸钙晶须，碳化反应时间较长（2-3小时），尤其是采用大量的氯化镁，需要洗涤干燥，能耗较高，容易造成污染。中国发明专利CN200610117021公开了一种长度和直径可控的纤维状轻质碳酸钙的制备方法，该发明在Ca(OH)₂浆料中加入MgCL₂，同时加入乳酸，通入CO₂气体碳化，得到纤维状轻钙。中国发明专利CN200610117022公开了制备纤维状轻质碳酸钙的方法及反应器，该方法是将Ca(OH)₂浆料与2倍的MgCL₂混合物加热至80-95℃，再将混合浆料连续的从一端送入水平放置的长条形反应器中，含有CO₂的气体通过反应器中的气体分布构件后与CO₂气体连续错流接触进行碳化反应，浆料中的Ca(OH)₂碳化成纤维状轻钙，然后从反应器出口流出，过滤、洗涤，即获得所说的纤维状轻钙。

根据上述，通过合成获得纤维状碳酸钙已成为碳酸钙向高附加值发展的深加工方向，但其制备方法均是在传统轻质碳酸钙的基础上通过使用晶型诱导剂在碳化器中反应而得。其存在的缺陷在于：由于反应在浆料中进行，晶型诱导剂同时参与所有氢氧化钙电离的钙离子吸附，利用率低，需要消耗大量的晶型诱导剂，尤其是反应产物需要反应、过滤、洗涤、干燥等复杂工艺，能耗成本也高。

发明内容

针对现有技术制备纤维状碳酸钙反应时间长、能耗高、工艺复杂、晶型诱导剂使用量大、诱导能力有限等缺陷和不足，本发明提供一种碳酸钙纤维的制备方法，具体是一种在非浆料状态下制备碳酸钙纤维的方法。

为实现上述目的，本发明提出一种碳酸钙纤维的制备方法，其特征是通过高速气流分散机使微细氢氧化钙在半干状态下电离Ca²⁺与通入的压缩CO₂反应生成CaCO₃沉淀，同时喷洒含有游离Mg²⁺的氯化镁溶液，使Mg²⁺附着在碳酸钙晶体表面，从而减弱碳酸钙晶面的生长速度，形成具有纤维状的碳酸钙纤维。由于高速气流分散机使氢氧化钙在半干状态下不断电离Ca²⁺，因此Mg²⁺抑制碳酸钙晶面生长，待完成晶面侧向链接后Mg²⁺循环进入其余电离的离Ca²⁺表面进行循环抑制，大大降低了诱导剂的用量。

本发明提出的一种碳酸钙纤维的制备方法，包括以下具体步骤：

（1）首先将六水合氯化镁配制成50-60%的高浓度溶液，装入喷洒装置备用；

（2）将氢氧化钙输入双筒振动磨，通过双筒设置的钢棒作研磨介质，以18次/min的振动频率将氢氧化钙粉末研磨至≤1μm的微细粉体；