Способ получения ультрадисперсного карбоната кальция

Изобретение относится к химической технологии, в частности к получению ультрадисперсного углекислого кальция. Способ получения ультрадисперсного углекислого кальция включает смешивание растворов солей, содержащих катионы кальция и карбонат-анионы. После выпадения карбоната кальция в осадок его промывание осуществляют простыми эфирами, или низшими спиртами, или смесями простых эфиров с низшими спиртами, или смесями низших спиртов с водой. Результат изобретения: получение ультрадисперсного карбоната кальция.

 

Изобретение относится к химической технологии, в частности к получению ультрадисперсного углекислого кальция. СаСО₃, - карбонат кальция, является достаточно интересным продуктом для различных отраслей химической и других отраслей промышленности.

В частности это:

1) основа для белой масляной краски и других видов масляных красок;

2) наполнитель для бумаги, линолеума, резины;

3) наполнитель для термопластичных пластмасс - основы производства мягкой тары;

4) необходимый компонент-замедлитель горения и элемент теплозащитных покрытий в производстве пироксилиновых, баллистных порохов, смесевых твердых ракетных топлив и других изделий спецназначения.

5) основа для побелок, колеровок в строительном деле.

На сегодняшний день существуют два основных источника получения карбоната кальция:

1) Природный карбонат кальция, получаемый из меловых карьеров;

2) Карбонат кальция - побочный продукт при производстве минеральных удобрений. В частности, карбонат кальция, являясь побочным продуктом производства Кирово-Чепецкого химического комбината на сегодняшний день без движения лежит на территории завода минеральных удобрений, засоряя окружающую среду. Его там сотни, если не тысячи тонн, впрочем, это типично и для других заводов минеральных удобрений (Воскресенск, Березники).

Но карбонат кальция, как «карьерный», так и «побочный продукт» имеет слишком большой размер исходных частиц - 100-200 мкм. Ввиду этого применение его ограничено - только в качестве препарата для раскисления почв в сельском хозяйстве - так как вышеуказанные в пп.1-5 отрасли не могут использовать такой продукт ввиду слишком крупных размеров частиц. В результате не достигается конкурентоспособного уровня качества указанных выше видов изделий и веществ. На сегодняшний день бумажная промышленность РФ вынуждена закупать ультрадисперсный карбонат кальция за рубежом (ориентировочно 600$ за тонну) для выпуска высококачественной белой бумаги: Котлас, Архангельск, Сыктывкар и т.д. в количествах, измеряемых тысячами тонн в месяц. Потребность по линолеуму, резине, полиэтилену мягкому фактически не закрывается.

Следовательно, карбонат кальция подлежит измельчению с частиц диаметром 200-200 мкм до 4-5 мкм. На сегодняшний день разработана технология получения гидрофобного ультрадисперсного карбоната кальция, применение которого возможно в промышленности переработки полимеров и в лакокрасочной промышленности.

Известны различные способы получения ультрадисперсного карбоната кальция. Так, [1] известен способ, заключающийся в том, что карбонат кальция подвергают помолу в мельницах различной конструкции. Недостатками данного способа является большой расход электроэнергии, неравномерность получаемого продукта по гранулометрическому составу.

Известен способ [2], заключающийся в смешении растворов углекислого аммония и азотнокислого кальция с последующим фильтрованием осадка. Осадок карбоната кальция, полученный таким путем, отсасывают на воронке Бюхнера и промывают на фильтре медленным током воды. Недостатком данного способа является получение карбоната кальция с разным диаметром частиц от 50 мкм до 5 мкм, более мелкие частицы получить не удается.

Данный недостаток преодолевается, если растворы солей, содержащих ноны Са²⁺ и карбонат-анионы СО₃ ^2- в виде растворов солей смешивают, а после выпадения карбоната кальция в осадок, осадок промывают или простые эфиры, или низшие спирты, или смеси простых эфиров с низшими спиртами или смеси низших спиртов с водой.

Простые эфиры R-O-R_b, где R и R_b - органические радикалы. Используются как полупродукты в органическом синтезе и анестезирующие препараты [3].

Низшие спирты - метанол СН₃ОН, этанол С₂Н₅OH, пропанол С₃Н₇OH [4] используются как многотоннажные химические продукты.

Изобретение характеризуется нижеследующими примерами практического выполнения:

Пример 1.

Осуществляют растворение азотнокислого кальция в воде; отдельно растворяют в воде углекислый аммоний, в эквивалентных для образования СаСО₃ количествах. Растворение осуществляют в химических стаканах объемом 1 литр. Растворы фильтруют с использованием ваккумного фильтра, далее смешивают в реакторе. В результате по обменной реакции между азотнокислым кальцием и углекислым аммонием образуется нерастворимый в воде карбонат кальция, его после отстаивания отделяют декантацией. Далее осадок СаСО₃ отсасывают на воронке Бюхнера и промывают на фильтре смесью метилового спирта и диметилового эфира в соотношении 1:1 (заявляемое решение). Параллельно проводят точно такой же синтез и промывают осадок на фильтре водой.

Промытые образцы карбоната кальция высушивают до постоянной массы в сушильном шкафу, после чего при помощи светового микроскопа в тонком мазке оценивают размеры частиц мела.

В методе-прототипе размер частиц был 15-20 мкм, в заявляемом решении 1-3 мкм.

Пример 2.

Осуществляют синтез ультрадисперсного карбоната кальция аналогично примеру 1, с той лишь разницей, что используют хлорид кальция и углекислый натрий, а осадки промывают водой (прототип) и смесью этанола с диметиловым эфиром в соотношении 1:1 (заявляемое техническое решение).

Промытые образцы карбоната кальция высушивают как в примере 1, после чего также аналогично оценивают размеры частиц. В методе-прототипе размер частиц был 20-25 мкм, в заявляемом решении 0,5-3 мкм.

Пример 3.

Осуществляют синтез ультрадисперсного карбоната кальция аналогично примера 1, осадки промывают водой (прототип) и пропанолом (заявляемое техническое решение). В методе-прототипе размер частиц карбоната кальция был 15-20 мкм, в случае заявляемого технического решения 1-5 мкм,

Пример 4.

Осуществляют синтез ультрадисперсного карбоната кальция аналогично примеру 2, а осадки промывают водой (прототип) и диэтиловым эфиром (заявляемое техническое решение). В методе-прототипе размер частиц карбоната кальция был 20-25 мкм, в случае заявляемого технического решения 0,5-2 мкм.

Пример 5.

Осуществляют синтез ультрадисперсного карбоната кальция аналогично примеру 1, осадки промывают водой (прототип) и 70% водным раствором метанола, этанола, пропанола (заявляемое техническое решение). В результате размер частиц составил 15-20 мкм в случае прототипа, 1-2 мкм в случае 70% метанола, 1-3 мкм в случае 70% этанола, 1-5 мкм в случае 70% пропанола.

Таким образом, из представленных примеров видны преимущества заявляемого технического решения в сравнении с прототипом.

Технико-экономические преимущества данного решения заключаются в том, что при использовании ультрадисперсного карбоната кальция в качестве наполнителя полимерных композиций их себестоимость снижается по меньшей мере на 5-10% за 1 тонну продукции, что дает определенный положительный экономический эффект.

Источники информации

1. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии., М., 1960, с.8-18.

2. Карякин Ю.В., Ангелов И.И. Чистые химические вещества. М.: Химия., 1971, с.152-153.

3. Тюкавкина Н.А. Биоорганическая химия. М., 1988, с.120-123.

4. Несмеянов А.Н., Несмеянов Н.А. Начала органической химии. T.1., М., 1968, с.82-83.

Способ получения ультрадисперсного карбоната кальция, включающий смешивание растворов солей, содержащих катионы кальция и карбонат-анионы, отличающийся тем, что после выпадения карбоната кальция в осадок его промывание осуществляют простыми эфирами, или низшими спиртами, или смесями простых эфиров с низшими спиртами, или смесями низших спиртов с водой.