|
(21), (22) Заявка: 2002114866/15, 05.06.2002
(24) Дата начала отсчета срока действия патента:
05.06.2002
(45) Опубликовано: 10.12.2003
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске:
US 5695733 А, 09.12.1997. RU 2027672 С1, 27.01.1995. RU 2077485 С1, 20.04.1997. US 5997833 А, 07.12.1999. JP 03-050116 А, 04.03.1991. JP 04-238812 А, 26.08.1992. KR 90011459 А, 12.03.1990. JP 82-31760 А, 10.09.1996. WO 99-36361 А1, 22.07.1999.
Адрес для переписки:
614000, г.Пермь, ул. Крисанова, 6, кв.5, В.З. Пойлову
|
(72) Автор(ы):
Пойлов В.З., Кобелева А.Р., Тимаков М.В.
(73) Патентообладатель(и):
Пойлов Владимир Зотович, Кобелева Асия Рифовна, Тимаков Максим Владимирович
|
(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТОНКОДИСПЕРСНОГО ХИМИЧЕСКИ ОСАЖДЕННОГО КАРБОНАТА КАЛЬЦИЯ СО СФЕРИЧЕСКОЙ ФОРМОЙ ЧАСТИЦ
(57) Реферат:
Изобретение относится к технологии получения мела и может использоваться в химической промышленности, производстве пигментов, лаков, красок, наполнителей. Способ получения тонкодисперсного химически осажденного карбоната кальция со сферической формой частиц включает синтез осадка путем одновременной подачи в реагирующую перемешиваемую смесь реагента, содержащего ионы кальция, и карбонизующего реагента, отделение осадка от раствора и сушку продукта. При синтезе в качестве реагента, содержащего ионы кальция, используют водный раствор хлорида кальция, а в качестве карбонизующего реагента используют водный раствор карбоната натрия, причем в процессе синтеза поддерживают постоянными величину потоков хлорида кальция и карбоната натрия, поддерживают постоянный избыток ионов Са2+ и вводят модификатор. Способ обеспечивает получение тонкодисперсного карбоната кальция со средним размером частиц 1,8-22 мкм сферической формы, высокой степени чистоты, обеспечивающей его использование в парфюмерии. 5 з.п. ф-лы, 1 табл.
Способ получения тонкодисперсного химически осажденного карбоната кальция со сферической формой частиц относится к технологии получения мела, который применяется в парфюмерно-косметической промышленности, производстве пигментов, лаков, красок, наполнителей. Он может использоваться на химических предприятиях, выпускающих карбонат кальция высокого качества.
Известен способ /1/ производства ультратонких частиц коллоидного углекислого кальция, который включает стадии добавления сульфата магния в водную суспензию гидроксида кальция, карбонизацию водной суспензии двуокисью углерода и введение сульфата цинка, по отдельности или вместе с серной кислотой, одновременно со стадией карбонизации. В результате получают тонкодисперсные частицы углекислого кальция в форме цепочек, которые имеют средний диаметр 0,01 мкм, среднюю длину 0,05 мкм и площадь удельной поверхности 70 м2/г. Недостатком способа является сложность технологии, загрязнение продукта примесями реагирующих веществ.
Известен также способ /2/ получения тонкодисперсного химически осажденного карбоната кальция со сферической формой частиц путем одновременного введения в реагирующую смесь газа двуокиси углерода и водного раствора гидроксида кальция, содержащего затравку частиц карбоната кальция с чешуйчатой морфологией. В результате получают частицы продукта карбоната кальция сферической формы диаметром от 1,5 до 3,5 мкм с площадью удельной поверхности от 2 до 9 м2/г. Недостатком способа является загрязнение продукта примесями, присутствующими в гидроксиде кальция, которые трудно отделить.
Для устранения указанных недостатков предлагается способ получения тонкодисперсного химически осажденного карбоната кальция со сферической формой частиц, включающий синтез осадка путем одновременной подачи в реагирующую перемешиваемую смесь реагента, содержащего ионы кальция, и карбонизующего реагента, отделение осадка от раствора и сушку продукта, отличающийся тем, что при синтезе в качестве реагента, содержащего ионы кальция, используют водный раствор хлорида кальция, а в качестве карбонизующего реагента используют водный раствор карбоната натрия, причем в процессе синтеза поддерживают постоянными величину потоков хлорида кальция и карбоната натрия, поддерживают постоянный избыток ионов Са2+ и вводят модификатор, величину потока хлорида кальция поддерживают не менее 1600 кг/м3 ч, избыток ионов Са2+ обеспечивают за счет поддержания массового соотношения между ионами кальция и карбонат-ионами в процессе синтеза не ниже 0,80, температуру процесса синтеза поддерживают в интервале 60-80oС, в качестве модификатора используют раствор первичного амина, содержащего 17-21 атомов углерода, причем концентрацию модификатора поддерживают не менее 0,3 10-3%.
Использование водного раствора хлорида кальция позволяет получать карбонат кальция высокого качества (с содержанием СаСО3 не менее 99,0%) и утилизировать отходящие растворы СаСl3 производства кальцинированной соды. А использование в качестве карбонизующего реагента водного раствора карбоната натрия позволяет ускорить процесс зародышеобразования частиц СаСО3, (поскольку ионы СО3 2- в растворе карбоната натрия уже находятся в гидратированном состоянии и реакция между ионами Са2+ и СО3 2- протекает очень быстро), что способствует получению тонкодисперсных частиц СаСО3.
Поддержание в процессе синтеза величины потока хлорида кальция не менее 1600 кг/м3 ч также ускоряет процесс зародышеобразования, в результате получаются тонкодисперсные частицы СаСО3. Величина потока Wi рассчитывается по формуле Wi=vi C/Vp, где vi – объемная скорость раствора i-го вещества, м3/час; С – концентрация i-го вещества, кг/м3; Vp – рабочий объем реактора, м3.
Обеспечение в процессе синтеза избытка ионов Са2+ за счет поддержания массового соотношения между ионами кальция и карбонат-ионами не ниже 0,80 способствует формированию сферических тонкодисперсных частиц карбоната кальция.
Проведение синтеза в интервале температур 60-80oС ускоряет процесс взаимодействия между ионами, в результате чего формируются тонкодисперсные кристаллы СаСО3. При температуре ниже 60oС и выше 80oС в осадке возрастает доля крупных частиц СаСО3.
Осуществление процесса синтеза в присутствии модификатора – раствора первичного амина, содержащего 17-21 атомов углерода, приводит к предотвращению агломерации частиц осадка СаСО3. При концентрации модификатора менее 0,3 10-3% эффективность действия модификатора на предотвращение агломерации снижается, а при высоких концентрациях амина возрастают расходы на модификатор, в то время как эффективность действия амина остается той же.
Примеры осуществления способа.
Пример 1. В качестве одного из реагентов взят отфильтрованный раствор хлорида кальция с концентрацией CaCl2 116 г/л (10,39 вес.%), что соответствует концентрации иона кальция 3,74 вес.%. Такой раствор образуется в виде отхода в производстве кальцинированной соды. В качестве второго реагента использован раствор кальцинированной соды, содержащий Nа2СО3 180 г/л (15,25 вес.%), что соответствовало концентрации карбонат-иона 8,63 вес.%.
В термостатируемую при 60oС круглодонную колбу с пропеллерной мешалкой (скорость вращения 420 об/мин) рабочим объемом 200 мл с помощью двух перистальтических насосов непрерывно подавали водный раствор хлорида кальция с объемной скоростью 2,88 л/час и водный раствор карбоната натрия со скоростью 1,44 л/час.
Величина потока раствора хлорида кальция составляла постоянную величину: Wi=vi C/Vp=2,88 116/0,200=1670,4 кг/м3 ч.
Величина потока раствора карбоната натрия составляла постоянную величину Wi=vi C/Vp=1,44 180/0,200=1296 кг/м3 ч.
Величина массового соотношения между ионами кальция и карбонат-ионами в процессе синтеза составляла  где – масса карбонат-иона; – молекулярная масса карбоната натрия; M2+Ca – масса иона кальция; – молекулярная масса хлорида кальция.
В реактор с помощью бюретки непрерывно вводили 1%-ный раствор первичного амина, содержащего 17-21 атомов углерода в количестве, чтобы концентрацию модификатора поддерживать не менее 0,3 10-3%.
Полученный осадок фильтровали на воронке Бюхнера. Осадок карбоната кальция репульпировали и промывали 3 раза. Для этого осадок с фильтра помещали в термостатируемый при 60oС стеклянный реактор и заливали дистиллированной водой в соотношении Ж:Т=5. Промывку осуществляли при перемешивании в течение 20 минут. Затем осадок фильтровали на воронке Бюхнера. Процесс промывки осадка проводили в три стадии, каждый раз фильтруя осадок на воронке Бюхнера. Затем сушили пасту карбоната кальция в сушильном шкафу при температуре 100oС, поместив пасту тонким слоем на фильтровальную бумагу на ровной металлической подложке. Высушенный осадок карбоната кальция анализировали на оптическом микроскопе, а также подвергали химическому анализу. Результаты опыта 1 приведены в таблице. Получен осадок СаСО3 с тонкодисперсными частицами сферической формы и средними размерами – 2,0 мкм.
Пример 2. Способ получения карбоната кальция проводили аналогично примеру 1 с тем отличием, что процесс синтеза осуществляли при величине потока карбоната натрия 1100 кг/м3 ч. В результате получен осадок сферических частиц СаСО3 с более крупными размерами частиц: максимальный размер частиц 5,2 мкм, средний размер 3,3 мкм.
Пример 3. Способ получения карбоната кальция проводили аналогично примеру 1 с тем отличием, что процесс синтеза осуществляли при соотношении ионов кальция к карбонат-ионам 1,30. В результате получен осадок сферических и призматических частиц СаСО3 с более крупными размерами частиц: максимальный размер частиц 8,0 мкм, средний размер 5,0 мкм.
Пример 4. Способ получения карбоната кальция проводили аналогично примеру 1 с тем отличием, что в процессе синтеза поддерживали температуру 80oС. В результате получен осадок частиц СаСО3 сферической формы с размерами: максимальный размер частиц 5,0 мкм, средний размер 2,0 мкм.
Пример 5. Способ получения карбоната кальция проводили аналогично примеру 1 с тем отличием, что в процессе-синтеза поддерживали температуру 85oС. В результате получен осадок более крупных сферических частиц СаСО3 с размерами: максимальный размер частиц 6,0 мкм, средний размер 3,0 мкм.
Пример 6. Способ получения карбоната кальция проводили аналогично примеру 1 с тем отличием, что процесс синтеза проводили при температуре 55oС. В результате получен осадок более крупных сферических частиц СаСО3 с размерами: максимальный размер частиц 6,0 мкм, средний размер 3,5 мкм.
Пример 7. Способ получения карбоната кальция проводили аналогично примеру 1 с тем отличием, что процесс синтеза проводили без добавки модификатора. В результате получены агломерированные сферические частицы СаСО3 с размерами: максимальный размер частиц 9,0 мкм, средний размер 5,5 мкм.
Пример 8. Способ получения карбоната кальция проводили аналогично примеру 1 с тем отличием, что процесс синтеза проводили с добавкой модификатора – раствора амина, содержащего 17-21 атомов углерода, с концентрацией амина в реакционной смеси 3 10-3%. В результате получен тонкодисперсный осадок сферических частиц СаСО3 с размерами: максимальный размер частиц 4,0 мкм, средний размер 1,8 мкм.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет получать тонкодисперсный химически осажденный карбонат кальция с узким фракционным составом (1-4 мкм), средним размером частиц 1,8-2 мкм сферической формы, при этом продукт содержит не менее 99,0% основного вещества, что позволяет использовать его в парфюмерии для изготовления зубной пасты, а также в качестве наполнителя.
Источники информации 1. Патент США 5750086, C 01 F 011/18, You; Kyu Jae Процесс для производства ультратонких частиц коллоидного углекислого кальция. May 12, 1998.
2. Патент США 5695733. C 01 F 11/18 Kroc, et. al. Сгруппированные осажденные частицы углекислого кальция. Dec. 9, 1997.
Формула изобретения
1. Способ получения тонкодисперсного химически осажденного карбоната кальция со сферической формой частиц, включающий синтез осадка путем одновременной подачи в реагирующую перемешиваемую смесь реагента, содержащего ионы кальция, и карбонизующего реагента, отделение осадка от раствора и сушку продукта, отличающийся тем, что при синтезе в качестве реагента, содержащего ионы кальция, используют водный раствор хлорида кальция, а в качестве карбонизующего реагента используют водный раствор карбоната натрия, причем в процессе синтеза поддерживают постоянными величину потоков хлорида кальция и карбоната натрия, поддерживают постоянный избыток ионов Са2+ и вводят модификатор.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину потока хлорида кальция поддерживают не менее 1600 кг/м3·час.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что избыток ионов Са2+ обеспечивают за счет поддержания массового соотношения между ионами кальция и карбонат-ионами в процессе синтеза не ниже 0,80.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что температуру процесса синтеза поддерживают в интервале 60-80 С.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве модификатора используют раствор первичного амина, содержащего 17-21 атомов углерода.
6. Способ по п.5, отличающийся тем, что концентрацию модификатора поддерживают не менее 0,3 10-3%.
РИСУНКИ
MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 06.06.2006
Извещение опубликовано: 10.05.2007 БИ: 13/2007
|
|