[发明专利]一种采用循环母液加压喷注混合制备高纯度碳酸钙晶须的方法

说明书

本发明公开了一种采用循环母液加压喷注混合制备高纯度碳酸钙晶须的方法，该方法为：先将碳酸钙原料煅烧分解为氧化钙，再将氧化钙加入到去离子水中，进行消化，然后采用一定流速一定压力加压喷射注入至晶形控制剂溶液中混合均匀，使晶型控制剂充分并均匀地与氢氧化钙悬浮液反应，利用多孔石英气泡石均匀通入二氧化碳，从而制得高纯度碳酸钙晶须，并且产品过滤后的滤液经补加氯化镁后可以作为晶型控制剂母液继续循环使用。本发明方法改善了以往直接混料或者滴加混料中，原料团聚而与晶型控制剂反应不均匀不充分的问题，从而提高晶须的长径比与纯度以及晶型控制剂母液的可循环性。

技术领域

本发明涉及无机填充材料制备技术领域，特别涉及一种采用循环母液加压喷注混合制备高纯度碳酸钙晶须的方法。

背景技术

无机晶须因结构较完整且缺陷很少，强度和模量均接近完整晶体的理论值，且阻燃性能比有机晶须好，成为很理想的复合材料的增强增韧材料，如ZnO、SiC、钛酸钾、莫来石、硼酸铝等已实现产业化生产但因成本高阻碍了规模化应用，而碳酸钙晶须原料来源广泛且生产成本低，甚至可以利用工业废渣进行制备，有望成为最重要的无机晶须材料。

目前，国内外学者对文石碳酸钙晶须的制备做了大量研究，主要有五类制备方法：(1)复分解法；(2)Ca(HCO₃)₂热分解法；(3)尿素水解法；(4)溶胶-凝胶法；(5)碳酸化法。其中碳酸化法是国内外研究最多也较为成熟的一种方法，由于制备工艺简单、成本低，有望最早实现碳酸钙的产业化。碳酸化法的一般过程是氧化钙在去离子水中消化成悬浮液料浆，该悬浮液与晶型控制剂溶液混合后通入二氧化碳气体，在晶型控制剂的晶型控制作用下反应生成碳酸钙晶须。制备高纯度晶须存在的一个关键问题是Ca(OH)₂悬浊液与晶型控制剂混合的过程中容易团聚，不易分散均匀，从而影响了晶型控制剂对晶体生长的控制作用，不利于高纯度高长径比的晶须制备，同时原料团聚也会使局部反应不充分，造成晶型控制剂损耗和原料残留，不利于晶型控制剂母液的循环利用。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用循环母液加压喷注混合制备高纯度碳酸钙晶须的方法，该方法为：先将碳酸钙原料煅烧分解为氧化钙，再加入沸水消化，然后采用一定流速一定压力加压下喷射注入至晶形控制剂母液中混合均匀，使晶型控制剂充分并均匀地与石灰乳反应，利用多孔石英气泡石均匀通入二氧化碳，至pH降为7停止反应，制得高纯度碳酸钙晶须，并且产品过滤后的母液可以继续循环使用。这种方法改善了以往直接混料或者滴加混料中，原料团聚而与晶型控制剂反应不均匀的问题，从而提高晶须的长径比与纯度，同时该加料方式能使原料与晶型控制剂反应更加充分，从而降低循环母液的晶型控制剂损耗与原料残留，提高母液的可循环利用性。具体实现如下：

步骤一：将矿场开采的碳酸钙经过初步破碎与筛选，高温下煅烧分解为氧化钙；所述的高温是指高于碳酸钙的分解温度。

步骤二：称取氧化钙，加入适量沸水搅拌使其充分消化，获得Ca(OH)₂悬浊液；

步骤三：以氯化镁作为晶型控制剂，加水溶解，配成晶型控制剂母液，并搅拌加热至不低于80℃；

步骤四：将消化后的Ca(OH)₂悬浊液以一定流量和压力加压喷注至晶型控制剂母液中，搅拌反应均匀获得混合液；所述的加压喷注的喷头喷口直径不超过1.5mm，加压压力为20～40kPa，流量为1～2ml/min；

步骤五：利用多孔石英头将二氧化碳均匀通入混合液底部，进行碳化反应，至溶液pH值降为7时停止通气，反应结束；

步骤六：将所得沉淀进行抽滤，洗涤，干燥，得到高纯度碳酸钙晶须，将滤液通过化学滴定法(GB/T 33584-2017)测出镁、钙原子含量，补加氯化镁后作为步骤三的母液进行循环使用。