[发明专利]一种原位电化学沉淀技术制备纳米碳酸钙的方法

说明书

本发明提出一种原位电化学沉淀技术制备纳米碳酸钙的方法，以氯化钙溶液为原料，采用微电解系统进行电解反应，利用阳离子交换膜的选择性钙离子迁移，在阴极室获得高纯氢氧化钙悬浮液，以含CO₂气体为碳化剂，在晶型控制剂、分散剂的协同作用下，将氢氧化钙悬浮液碳化结晶形成稳定纳米级碳酸钙粒子，再经分离干燥制得纳米碳酸钙终产品。阳极室形成的氯循环回到上游湿法萃取工艺进行利用，阴极室产生的氢逸出收集纯化可得高纯氢气。本发明解决矿山尾矿石或大理石边角剩余物的回收利用问题，是实现“重质碳酸钙回收—钙质纯化—制备纳米碳酸钙”重要手段，无高温煅烧、利用清洁能源、CO₂实现生态内循环，是一种高效清洁生产纳米级粉体材料的方法。

技术领域

本发明应用于纳米级粉体加工、电渗析、电解制氢等技术领域，用于制备纳米碳酸钙和制取氢气。

背景技术

碳酸钙产业仍然面临诸多制约产业发展的因素，主要表现在企业总体规模小、资源破坏和浪费严重；产品结构单一，基本以低端碳酸钙产品为主，高附加值产品比例较低，行业普遍经济效益不高；碳酸钙产业链延伸不足且规模有限，不足以形成对整个碳酸钙新材料产业链的支持，亟待完善和提升。纳米碳酸钙是延伸碳酸钙产业链的重要补充，开发和发展功能性产品是纳米级碳酸钙未来发展的重要方向。

纳米碳酸钙是以钙基非金属矿为原料、采用沉淀法合成纳米粉体技术制备的重要无机盐新产品。其粒径在1～100nm之间，又称超微细碳酸钙，其粒径小，活性好，是一种新型高档功能性无机材料。近年来，随着碳酸钙的超细化、结构复杂化及表面改性技术的发展，它的应用价值极大地提高了。不同形态的超细碳酸钙的制备技术已成为许多先进国家开发的热点。纳米碳酸钙具有普通碳酸钙所不具有的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子效应。这些特殊的纳米材料特性使得纳米碳酸钙在磁性、光热阻、催化性、熔点等方面显示出极大的优越性。

不同行业对纳米碳酸钙的晶形有不同的需求：生产油墨需立方形或球形；橡胶行业需针形或链状；电子、陶瓷行业要求高纯、微细、球形。因而不同晶型、形态的碳酸钙制备技术的研究己成为许多国家竞相开发的热点。就目前所报道的文献可知，现已开发出纺锤形、立方形、球形、链锁形、链状、纤维状、花瓣状、蘑菇云状、片状、针状等微细碳酸钙及其改性产品50余种，纳米碳酸钙是目前全球产、销量最大的纳米材料，广泛应用于建材、橡胶、塑料、造纸、涂料、油墨、日化、饲料、食品、医药等行业。其用途主要体现如用于多种聚合物基复合材料填充，可充当补强剂并有增强和增韧作用，已部分取代如白炭黑等昂贵的原材料，使产品生产成本下降，质量大幅度提高。

目前，纳米碳酸钙的制备主要采用化学法。从生产连续性上又可分为间歇碳化法和连续喷雾碳化法；从制备技术上又可分为鼓泡碳化法、超重力法、膜分散微结构法、非冷冻法等，上述方法各有优劣，主要方法对比如表1所示。

表1纳米碳酸钙制备方法对比