Способ получения тонкодисперсного карбоната кальция
Изобретение может быть использовано в химической промышленности при производстве лаков, красок, пигментов, наполнителей, в фармацевтической и других отраслях промышленности. Способ получения тонкодисперсного карбоната кальция включает осаждение карбоната кальция реакцией водных растворов солей кальция с водными растворами карбонатов и отделение карбоната кальция от раствора фильтрованием. Реакцию проводят в присутствии катионного поверхностно-активного вещества при температуре не ниже 85°С и при воздействии ультразвуком. Изобретение позволяет получить тонкодисперсный карбонат кальция с размером частиц 0,04-0,50 мкм, повысить его реакционную способность. 2 ил., 1 табл.
Изобретение относится к технологии получения мела и может использоваться в химической промышленности, при производстве лаков, красок, пигментов, наполнителей, в фармацевтической промышленности, в парфюмерии, при изготовлении пищевых добавок и для других аналогичных целей, чему благоприятствуют тонкодисперсность в совокупности с высокой реакционной способностью получаемого карбоната кальция.
Известен способ получения тонкодисперсного химически осажденного карбоната кальция со сферической формой частиц (RU №2218305, МПК 7 C 01 F 11/18, опубл. 10.12.2003 г.), включающий синтез осадка путем одновременной подачи в реагирующую перемешиваемую смесь водного раствора хлорида кальция и водного раствора карбоната натрия, отделение осадка от раствора и сушку продукта, причем в процессе синтеза поддерживают постоянными величину потоков хлорида кальция и карбоната натрия, постоянный избыток ионов Са2+ и вводят в качестве модификатора раствор первичного амина не менее 0,3·10-3%, содержащего 17-21 атомов углерода. При этом величину потока хлорида кальция поддерживают не менее 1600 кг/м3 в час, 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 60-80°С.
Основные недостатки этого способа заключаются в том, что при его осуществлении используется специальная аппаратура для поддержания постоянными скоростей потоков растворов хлорида кальция и карбоната натрия и что средний размер частиц получаемого тонкодисперсного карбоната кальция довольно велик и составляет 1,8-22 мкм.
Наиболее близким к предложенному способу по существу является выбранный нами за прототип способ получения тонкодисперсного карбоната кальция (GB №921077, МПК C 01 F 11/18, опубл. 13.03.1963 г.), согласно которому карбонат кальция получают реакцией водных растворов солей кальция, например нитрата или хлорида, с водными растворами карбоната аммония, натрия или калия в присутствии водорастворимых фторидов, например фторидов натрия, калия или аммония. Фторид используется предпочтительно в пропорции 0,05-5 вес. частей на 100 вес. частей карбоната. После окончания осаждения получаемой реакционной смеси ее перемешивают в течение 2-3 минут и затем фильтруют.
Основной недостаток этого способа заключается в том, что реакционная способность получаемого карбоната сравнительно низка.
Основным техническим результатом предложенного изобретения является повышение реакционной способности тонкодисперсного карбоната кальция в несколько раз, при этом размер частиц получаемого материала составляет всего 0,04-0,50 мкм.
Указанный технический результат заявляемого способа достигается тем, что в способе получения тонкодисперсного карбоната кальция, включающем осаждение карбоната кальция реакцией водных растворов солей кальция с водными растворами карбонатов, и отделение карбоната кальция от растворов солей кальция с водными растворами карбонатов, и отделение карбоната кальция от раствора фильтрованием, согласно предложенному решению, реакцию проводят в присутствии катионного поверхностно-активного вещества при температуре не ниже 85°С и при воздействии ультразвуком.
Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественные всем признакам заявляемого способа, отсутствуют. Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию патентоспособности "новизна".
Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа заявленного изобретения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники.
Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками изобретения преобразования на достижение указанного технического результата. Следовательно, изобретение соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень".
Пример конкретного выполнения. На фиг.1 приведены зависимости от времени объема СО2, выделившегося в реакции карбоната кальция с раствором HCl: 1, 2 и 3 - заявляемый способ, 4 - прототип. На фиг.2 представлены зависимости от времени объема СО2, выделившегося в реакции карбоната кальция с раствором лимонной кислоты: 1, 2 и 3 - заявляемый способ, 4 - прототип.
Способ осуществляется следующим образом. Для получения тонкодисперсного карбоната кальция в 35 мл раствора карбоната калия добавили 0,275 г катионного поверхностно-активного вещества (ПАВ). При реализации способа использовали различные ПАВ: цетилтриметиламмоний бромид (ЦТМАБ), цетилпиридиний хлорид (ЦПХ), [1-(4-нитрофенил)-2-амино-1,3-пропандиол] азотнокислая соль (торговое название Декстрамин), с каждым из которых эксперименты проводили отдельно. После добавления ПАВ раствор подогрели до 85°С, поместили в ультразвуковую ванну и включили ультразвуковой излучатель мощностью 450 Вт и частотой 35 кГц. Затем при перемешивании стеклянной палочкой добавили 28,5 мл раствора соли кальция Са(NO3)2, предварительно подогретой до 85°С. В течение 5 минут проводили реакцию осаждения. Потом раствор фильтровали на фильтре Шотта №41, осадок сушили в сушильном шкафу при 70°С. В результате получен порошок тонкодисперсного карбоната кальция с размером частиц 0,04-0,50 нм.
Испытания реакционной способности полученного заявленным способом тонкодисперсного карбоната кальция проводили путем измерения объема газа, образующегося при взаимодействии его с соляной и лимонной кислотами. Измерения производили на установке для определения эквивалента металла, состоящей из колбы Вюрца, соединенной с бюреткой 25 мл и стеклянной пробиркой. В колбу Вюрца наливали 37,5 мл раствора HCl или лимонной кислоты, затем в пробирку помещали навеску 0,18 г карбоната кальция. Через определенные промежутки времени измеряли объём СО2. По полученным данным строили кинетические зависимости объёма выделившегося газа от времени, которые представлены на фиг.1 и 2, где 1 - для ЦТМАБ, 2 - для ЦПХ, 3 - для Декстрамина, 4 - для прототипа.
Проведенные нами сравнительные испытания со способом-прототипом показали, что карбонат кальция, полученный по предлагаемому способу, в 2,6-2,7 раза быстрее реагирует с соляной кислотой (фиг.1) и в 1,6-1,8 раз быстрее с лимонной кислотой (фиг.2), чем карбонат кальция, полученный по способу-прототипу.
Аналогичные результаты были нами получены при использовании раствора карбоната аммония вместо карбоната калия, раствора хлорида кальция вместо нитрата кальция.
При использовании других ПАВ: анионного (додецилсульфат натрия) и неионогенного (TWEEN-40), результаты были значительно хуже.
В таблице приведены значения объема СО2, выделившегося через 30 секунд после начала реакции карбоната кальция с лимонной кислотой. Карбонат кальция был получен с использованием катионного ПАВ ЦТМАБ при различных температурах.
| Т, °С | Объем CO2, мл | Примечание |
| 10 | 5,4 | |
| 25 | 7,9 | |
| 70 | 10,6 | |
| 80 | 11,9 | |
| 85 | 17,2 | Заявляемый |
| 87 | 17,2 | объект |
Как видно из таблицы, оптимальной является температура синтеза не ниже 85°С.
Проведенные исследования показали, что предложенный способ позволяет в сравнении с прототипом в 1,6-2,7 раза повысить реакционную способность тонкодисперсного карбоната кальция при довольно малом размере частиц получаемого карбоната кальция - 0,04-0,50 мкм.
Способ получения тонкодисперсного карбоната кальция, включающий осаждение карбоната кальция реакцией водных растворов солей кальция с водными растворами карбонатов и отделение карбоната кальция от раствора фильтрованием, отличающийся тем, что реакцию проводят в присутствии катионного поверхностно-активного вещества при температуре не ниже 85°С и при воздействии ультразвуком.
