轻质碳酸钙的生产工艺及方法

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轻质碳酸钙又称沉淀碳酸钙，简称轻钙，分子式CaCO3 ，分子量100.09。轻钙是将石灰石等原料煅烧生成石灰（主要成分为氧化钙）和二氧化碳，再加水消化石灰生成石灰乳（主要成分为氢氧化钙），然后再通入二氧化碳碳化石灰乳生成碳酸钙沉淀，最后经脱水、干燥和粉碎而制得。或者先用碳酸纳和氯化钙进行复分解反应生成碳酸钙沉淀，然后经脱水、干燥和粉碎而制得。由于轻质碳酸钙的沉降体积（2.4-2.8mL/g）比重质碳酸钙的沉降体积（1.1-1.4mL/g）大，所以称之为轻质碳酸钙。

轻钙性质

白色粉末，无味，无臭，比重约2.71。在825～896.6ºC分解，熔点1339ºC。有无定形和结晶形两种形态，结晶形中又可分为斜方晶系和六方晶系，呈柱状或菱形。难溶于水和醇。溶于酸，同时放出二氧化碳，呈放热反应。也溶于氯化铵溶液中。在空气中稳定，有轻微的吸潮能力。

轻钙用途

可用作橡胶、塑料、造纸、涂料和油墨等行业的填料。广泛用于有机合成、冶金、玻璃和石棉等生产中。还可用作工业废水的中种剂、胃与十二指肠溃疡病的制酸剂、酸中毒的解毒剂、含SO2废气中的SO2消除剂、乳牛饲料填加剂和油毛毡的防粘剂。也可用作牙粉、牙膏及其它化妆品的原料。

生产工艺

从国外轻质碳酸钙的生产来看，与中国相比在自动化控制和环保措施上都比较先进，国外的轻质碳酸钙多应用于生产浆状的产品因而在造纸业中应用的比较广泛。国外的相关工艺技术指标和我国国内的标准有所区别，从整体上来看，比我国国内的更加适应轻质碳酸钙用户的需求。

轻质碳酸钙生产工艺主要分为两种：间歇鼓泡式碳化工艺，连续喷雾式碳化工艺。

1、传统轻质碳酸钙的生产方法

传统轻质CaCO3生产工艺工业中轻质碳酸钙传统生产工艺是以石灰石为原料，石灰石在超过900℃煅烧，生成生石灰并释放出CO2。其生产工艺程为:石灰缎烧—熟石灰消化—石灰乳碳化—固液分离—干燥—包装。

主要化学反应如下：

石灰石煅烧，释放出CO2 CaCO3→CaO+CO2 (1)

石灰(氧化钙)与水反应生成消石灰 CaO+H2O→Ca(OH)2 (2)

CO2被注入消石灰，反应生成轻质碳酸钙 Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O (3)

2、钢渣生产轻质CaCO3工艺

钢渣醋酸法生产轻质CaCO3的工艺为:醋酸介质将钙离子从钢渣中提取出来、硅的去除、CO2的溶解与碳酸化反应、纯净碳酸钙沉淀生成及过滤分离4个过程。主要化学反应如下:

醋酸介质提取钢渣中：

Ca2+CaSiO3+2CH3COOH → Ca2++2CH3COO-+SiO2+H2O (4)

利用NaOH进行碱化：

Ca(CH3COO)2+2NaOH → 2CH3COONa+Ca(OH)2 (5)

碳酸化反应：

Ca(OH)2+CO2 → CaCO3+H2O (6)

3、硝酸浸取磷石膏钙渣制备高品质轻质碳酸钙

粗制Ca(NO3)2溶液：用适量硝酸溶液浸取磷石膏钙渣，反应至无气泡产生，过滤，除去硝酸不溶物，得到含杂质的粗制Ca(NO3)2溶液.杂质主要成分是Fe(NO3)3、Al(NO3)3、Mn(NO3)2等可溶性硝酸盐，以及SO2-4、PO3-4等阴离子。

精制Ca(NO3)2溶液：在粗制Ca(NO3)2溶液中通入NH3，调节溶液pH值，进行调碱除杂.此时，溶液中的Al3+、Fe3+、Mn2+等阳离子生成氢氧化物而不溶，SO2-4、PO3-4等阴离子生成钙盐而不溶，过滤将这些干扰杂质除去，得到精制Ca(NO3)2溶液.相关化学反应方程式有：

M2++2OH-→M(OH)2↓(M=Fe、Mn等)；　Ca2++ SO2-4→CaSO4↓

M3++3OH-→M(OH)3↓(M=Fe、Al等)；　3Ca2++ 2PO3-4→Ca3(PO4)2↓

碳化：将精制后的Ca(NO3)2溶液稀释到一定体积转移至四颈烧瓶中，控制反应温度，以及NH3和CO2气体的流量，进行碳化.化学反应方程式如下：

Ca(NO3)2+2NH3+CO2+H2O→CaCO3↓+2NH4NO3

洗涤：将沉淀过滤，进行多次洗涤，至滤液中无硝酸根离子为止。干燥：将洗涤后的沉淀在120℃的烘箱中干燥2h即可得到轻质碳酸钙产品。

4、氯化铵法制备轻质碳酸钙

生石灰与NH4Cl反应生成CaCl2和NH3，过量的生石灰与水反应生成Ca(OH)2，溶液呈强碱性。除碱金属离子外的其他金属离子如Mg2+、Fe3+、Mn2+等生成氢氧化物而不溶，除卤素离子外的其他阴离子如SO2-4.PO3-4生成钙盐而不溶，它们与其他不溶性杂质可通过过滤除去。滤液通入CO2碳化生成CaCO3沉淀，过滤、洗涤可除去其他可溶性杂质。反应式如下:

CaO+2NH4Cl → CaCl2+2NH3+H2O

CaO+H2O → Ca(OH)2

M2++OH- → M(OH)2　(M=Mg、Fe、Mn等)

M3++OH- → M(OH)3　(M=Fe、Al等)

Ca2++SO2- → 4CaSO4

Ca2++PO3- → 4Ca3(PO4)2

CaCl2+2NH3+CO2+H2O → CaCO3+2NH4Cl

过滤出的CaCO3母液即NH4Cl溶液可循环使用。