[00649907]40t/a纳米级超细碳酸钙超重力法制备中试技术与工艺开发

简要技术说明及主要技术性能指标：1.任务来源：化学工业部重点科技发展项目2.技术原理与优点：技术原理：超重力技术利用离心力使气液、液液、液固两相在比地球重力场大数百倍至上千倍的超重力场条件下的多孔介质中产生流动接触，巨大的剪切力使液体撕裂成极薄的膜和极细小的丝和滴，产生巨大的和快速更新的相界面，使相间传质的体积传质速率比在传统塔器中大1-3个数量级，使微观混合速率得到极大强化。该课题在国际上率先将超重力技术应用于纳米粉体材料的制备。主要原理为：在超重力场反应器中完成化学反应沉淀合成过程，由于高度强化的微观混合与传质，使过饱和度分布均匀而且过饱和度高，从而制备出高度纳米化、粒度分布均匀的颗粒产品，而且合成过程可控。“碳化法”是国内外制备CaCO<,3>普遍采用的方法，即将CO<,2>气体通入Ca(OH)<,2>乳浊液反应生成CaCO<,3>，传统碳化反应装置为搅拌鼓泡釜或塔。在纳米级CaCO<,3>制备技术方面，日本处于国际领先水平，据报道，常采用一步法或二步法碳化工艺，通过加入晶体生长抑制剂制备粒径为20-100nm的CaCO<,3>纳米粉体产品，如日本公开特许公报平5-270821，平5-221634。在搅拌釜或塔中，由于较慢且宽分布的微观混合速率，不能与反应成核过程中快速强非线性的成核过程相匹配，而且由于较低的气-液-固相间传质速率，导致了这种传统碳化工艺存在如下缺点：(1)粒径分布不均匀；(2)粒径不够超微细化；(3)批与批间产品质量重复性差，生产质量难以稳定控制；(4)负放大效应大，放大困难等。课题组开发的超重力碳化反应技术，以CO<,2>和ca(OH)<,2>乳浊液为原料，在独特的超重力反应装置中进行碳化反应，无需加入晶体生长抑制剂，反应沉淀合成出平均粒径在15-30nm范围内可调控的(通过工艺条件调控)纳米级超细碳酸钙产品。与该新技术相适应的新工艺及中试生产线，共分5个工段：(1)石灰消化及精制工段；(2)超重力碳化反应工段；(3)表面改性工段；(4)过滤工段；(5)干燥工段。优点是生产成本低，适用于量大面广的纳米粉体的生产。产品质量好，表现在颗粒粒度小，粒度分布均匀。如常规搅拌釜式沉淀法，在无晶体生长抑制剂加入情况下，难以制备出<100nm的CaCO<,3>颗粒；而本超重力法，在无晶体生长抑制剂加入情况下，即可制备≤30nm的CaCO<,3>颗粒。产品纯度高。生产效率高，碳化时间缩短4-10倍。反应装置小，放大呈现正效应，工程产业化较容易。如生产1000t/aCaCO<,3>，估计反应器容积为2-3m<'3>，而常规工艺需约50m<'3>。方法适应性广，适用于反应物相态为气-液，气-液-固，液-液多相反应体系。3.性能指标。4.成果的创造性、先进性本“40t/a纳米级超细碳酸钙超重力法制备新技术与相应工艺”中试生产线，在世界上为第一条，超重力碳化反应器的结构和填料均是由该单位研究、开发的。具有如下独特性和创造性：(1)超重力法合成纳米级超细CaCO<,3>的方法属国际*(发明专利，ZL95105343.4)。(2)为合成纳米颗粒而设计的具有独特新型结构的超重力场反应装置(实用新型专利，ZL95215430.7)。(3)纳米级超细沉淀碳酸钙颗粒平均粒径为15-30nm范围内可调，细度指标处于国际领先水平。(4)开发了纳米级超细碳酸钙用于高档油墨的表面处理技术，其活性超细碳酸钙产品，达到了国内领先、国际先进水平。推广应用前景与措施：纳米级超细CaCO<,3>粉体，作为纳米粉体材料族的一种，在油墨、汽车、橡胶、塑料、涂料、医药、造纸等许多行业中有极广泛的应用。用于高档油墨，可以提高油墨附着力，适于高速印刷；用于涂料，可作为高级轿车汽车底盘PVC漆功能性填料，改变PVC漆触变性，提高喷漆固化速度和PVC抗冲击强度；用于橡胶制品，具有补强性强，可部分代替白炭黑；用于硬质塑料制品，纳米级CaCO<,3>是良好的无机增强材料等；用于造纸行业，可以生产涂布纸，改善纸张的印刷性能和光学性能。我国CaCO<,3>粉体年生产能力近100万t，实际年生产能力约80万t，极大部分是中低档产品，粒度只能达到微米级水平。高档超细CaCO<,3>仍需从国外大量进口，据海关资料统计，1997年进口量10.29万t，用外汇2795.3万美元。近年来，随着CaCO<,3>颗粒的超细化，晶形多样化及表面改性技术的发展，极大地提高了其应用价值。据市场调查，用于高档油墨粒径为20-30nm的活性CaCO<,3>价格为8000元/t，这些高档纳米级CaCO<,3>产品几乎全部依赖进口。根据测算，千吨-万吨级工业化规模的未经表面处理的纳米级CaCO<,3>产品的生产成本在1200元/t左右，活化纳米级CaCO<,3>生产成本在1700元/t左右，达到了合同规定＜3000元/t的技术经济指标。白艳华O产品的进口价为8000元/t，所以，课题组研制的超重力法制备技术和新工艺，由于生产成本低，技术含量高，工业化推广容易，经济效益很好。现已有北京、深圳、山西、美国等多家企业集团与课题组商谈或签订了千吨-万吨/年级工业化技术开展的意向书。