СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННОГО КАРБОНАТА КАЛЬЦИЯ

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННОГО КАРБОНАТА КАЛЬЦИЯ


RU (11) 2299856 (13) C1

(51) МПК
C01F 11/18 (2006.01)
B01J 2/06 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 17.10.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(14) Дата публикации: 2007.05.27 
(21) Регистрационный номер заявки: 2005130084/15 
(22) Дата подачи заявки: 2005.09.29 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2005.09.29 
(45) Опубликовано: 2007.05.27 
(56) Аналоги изобретения: SU 1456366 A1, 07.02.1989. RU 2049062 С1, 27.11.1995. SU 1472465 A1, 15.04.1989. JP 2004189594 А, 08.07.2004. US 5362688 А, 08.11.1994. US 4559214 А, 17.12.1985. 
(72) Имя изобретателя: Таук Матти Валдекович (RU); Николаева Ирина Ивановна (RU); Горшкова Надежда Васильевна (RU); Черкасова Татьяна Николаевна (RU); Самсонов Юрий Константинович (RU); Лысенко Евгений Владимирович (RU); Швырев Евгений Николаевич (RU) 
(73) Имя патентообладателя: Открытое акционерное общество "Акрон" (RU) 
(98) Адрес для переписки: 173012, г. Великий Новгород, ОАО "Акрон", пат. пов. Е.В. Акишиной, рег.№ 417 

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННОГО КАРБОНАТА КАЛЬЦИЯ

Изобретение относится к способу получения гранулированного конверсионного карбоната кальция и позволяет получать гранулированный продукт с улучшенными потребительскими свойствами, который может найти применение не только в качестве щелочного удобрения-мелиоранта, но и в качестве сырья для различных отраслей промышленности, в частности для производства стекла. Способ получения гранулированного карбоната кальция включает смешение конверсионного карбоната кальция с массовой долей воды не более 16% со связующей добавкой в определенном массовом соотношении, гранулирование полученной смеси при температуре 40-100°С и сушку до остаточной влажности 0,2-4% при температуре не выше 150°С. В качестве связующих добавок используют водные растворы ряда веществ: по варианту 1 - натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы, по варианту 2 - смесь полифосфатов натрия или калия с карбонатом натрия и/или калия, по варианту 3 - жидкое натриевое или калиевое стекло, по варианту 4 - лигносульфонат. Карбонат кальция смешивают с натриевой солью карбоксиметилцеллюлозы в массовом соотношении (0,001-0,01):1, с добавкой, состоящей из полифосфатов натрия или калия и карбоната натрия и/или калия, - в массовом соотношении (0,04-0,1):1, с жидким натриевым или калиевым стеклом - в массовом соотношении (0,05-0,15):1 и с лигносульфонатом - в массовом соотношении (0,05-0,15):1 в пересчете на сухое вещество. Изобретение позволяет получить гранулированный конверсионный карбонат кальция требуемого химического и гранулометрического состава с прочностью гранул не менее 1,5 МПа при остаточной влажности до 4%. 4 н.п. ф-лы.



ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к химической технологии соединений кальция, в частности к способам получения гранулированных продуктов из химически осажденного карбоната кальция, и может быть использовано в производстве гранулированного карбоната кальция для сельского хозяйства и различных отраслей промышленности, в частности для стекольной промышленности.
В производстве нитроаммофоса (NP) и нитроаммофоски (NPK) азотнокислотным разложением фосфатного сырья одним из промежуточных продуктов является нитрат кальция, который перерабатывают известными способами в аммиачную селитру и карбонат кальция (Технология минеральных удобрений. М.Е.Позин, Л.: Химия, 1989, с.340).
Конверсионный (или химически осажденный) карбонат кальция получают осаждением кальция из водных растворов нитрата кальция карбонатом аммония. Карбонат кальция, полученный таким образом, является мелкодисперсным продуктом (размер до 90% частиц составляет менее 100 мкм), загрязнен примесями, поэтому значительная его часть остается в отвалах предприятий как карбонатный отход производства.
При использовании карбоната кальция в сельском хозяйстве в качестве мелиоранта, а также для очистки стоков и газовых выбросов, в качестве наполнителя для полимерных материалов и сырья для стекольной промышленности отдают предпочтение гранулированному карбонату кальция: мелу, известняку, мрамору или доломиту, имеющим удовлетворительную прочность для хранения, транспортировки и автоматического дозирования. Потребительские свойства гранулированного материала, в сравнении с порошком, выше.
Известен способ получения гранулированного мела (патент №2049062, кл. 6 C01F 11/18, C05D 3/02, 1991).
По данному способу для получения гранулированного мела проводят мокрое размучивание природного мелового сырья, введение добавки на основе соли кислородсодержащей фосфорной кислоты, удаление примесей и грануляцию мела в башенной распылительной сушилке.
Для повышения прочности гранул, сыпучести и уменьшения склонности к слеживанию при хранениии и транспортировке при мокром размучивании природного мелового сырья вводят добавку полифосфата натрия или калия или любого из указанных полифосфатов с кальцинированной содой в количестве 0,02-0,09% от массы мела, после удаления примесей меловой шлам выдерживают в течение не менее одних суток и повторно вводят добавку до содержания 0,61-10,0%. При использовании в качестве мелового сырья чистых меловых пород при повторном введении добавок одновременно вводят 1,3% глинистого компонента.
Недостатки известного способа:
- область применения данного способа ограничена гранулированием природного мелового сырья;
- процесс подготовки мела для гранулирования в башенной распылительной сушилке по данному способу сложен, т.к. он включает, в частности, двухстадийный ввод добавок в меловой шлам и длительную выдержку шлама.
Известен способ получения гранулированного неслеживающегося известкового удобрения (авторское свидетельство СССР №1472465, кл. C05D 3/02, 1986).
Данный способ получения гранулированного неслеживающегося известкового удобрения с размером гранул 0,1-0,3 мм включает приготовление пульпы из материала, содержащего карбонат кальция, и ее распылительную сушку. С целью упрощения технологического процесса и повышения его экономичности и при одновременном повышении прочности гранул удобрения в качестве материала, содержащего карбонат кальция, используют отходы производства нитроаммофоса (NP), а в пульпу дополнительно вводят фосфаты аммония в виде отработанного раствора этого производства в количестве 1,6-5,5 мас. % по P2O5 к массе сухих веществ пульпы.
- низкая степень агрегирования частиц карбоната кальция (размер гранул - 0,1-0,3 мм);
- область применения гранулированного по данному способу известкового удобрения ограничена сельским хозяйством;
- высокие энергозатраты на проведение сушки пульпы карбоната кальция с массовой долей воды более 37% (расчет по примеру) в распылительной сушилке при температуре 400-450°С;
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ получения окомкованного карбоната кальция (авторское свидетельство СССР №1456366, кл. C01F 11/18, 1986) из мелкодисперсного синтетического карбоната кальция.
В соответствии с данным способом карбонат кальция смешивают со связующей добавкой и проводят его окомкование. В качестве связующей добавки используют смесь нитрата и гидроксида кальция, исходные компоненты смешивают в массовом соотношении карбонат кальция/нитрат кальция/гидроксид кальция - 1:(0,05-0,1):(0,025-0,05) в пересчете на сухое вещество, с последующим одновременным окомкованием и сушкой смеси в токе топочных газов при 250-600°С до остаточной влажности не более 1%. Влажность исходной смеси составляет не менее 10%.
Недостатки данного способа:
- неудовлетворительный гранулометрический состав карбоната кальция, т.к. основная (годная) фракция в конечном продукте состоит из гранул размером от 0,2 до 15 мм;
- необходимость сушки карбоната кальция в токе дымовых газов для превращения гидроксида кальция в карбонат кальция;
- высокие энергетические затраты на проведение процесса окомкования и сушки при температуре 250-600°С;
- необходимость высушивания продукта до остаточной влажности не более 1%, т.к. гранулы с более высокой влажностью слеживаются при хранении, а их прочность снижается.
Наиболее существенный недостаток данного способа получения окомкованного карбоната кальция (авторское свидетельство СССР №1456366, кл. C01F 11/18, 1986), а также описанного ранее способа получения гранулированного неслеживающегося известкового удобрения (авторское свидетельство СССР №1456366, кл. C01F 11/18, 1986) состоит в том, что окомкованный (гранулированный) по указанным способам карбонат кальция не пригоден для использования в качестве сырья в промышленности, в частности, в производстве стекла. Карбонат кальция не отвечает требованиям стекольной промышленности прежде всего по гранулометрическому составу, который должен отвечать следующим нормам, мас.%: фракция менее 0,1 мм - 10-20, 0,1-0,315 мм - 30-40, 0,315-0,63 мм - 10-15, 0,63-1,00 мм - 10-15, 1,00-1,60 мм - 10-15, 1,60-2,00 мм - 5-10 и более 2 мм - 0.
Технический результат, на достижение которого направлены предлагаемые изобретения, заключается в разработке простого и экономичного способа получения гранулированного конверсионного карбоната кальция с улучшенными потребительскими свойствами: требуемым химическим и гранулометрическим составом и высокой прочностью гранул, позволяющими расширить области применения конверсионного карбоната кальция.
Для достижения названного технического результата в предлагаемом способе конверсионный карбонат кальция с массовой долей воды не более 16% смешивают со связующей добавкой, смесь гранулируют при температуре 40-100°С и сушат до остаточной влажности 0,2-4% при температуре не выше 150°С.
По варианту 1 в качестве связующей добавки используют натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы (NaКМЦ) в виде раствора с массовой долей полимера 1-2%, который смешивают с конверсионным карбонатом кальция в массовом соотношении (0,001-0,01):1 в пересчете на сухое вещество.
По варианту 2 в качестве связующей добавки используют насыщенный при температуре 40-60°С водный раствор смеси полифосфатов натрия или калия и карбоната натрия и/или калия при массовом соотношении указанных солей (0,5-1,5):(3-9), который смешивают с конверсионным карбонатом кальция в массовом соотношении (0,04-0,1):1 в пересчете на сухое вещество.
По варианту 3 в качестве связующей добавки используют водный раствор силикатов натрия или калия (жидкое натриевое или калиевое стекло), который смешивают с конверсионным карбонатом кальция в массовом соотношении (0,05-0,15):1 в пересчете на сухое вещество карбоната кальция.
По варианту 4 в качестве связующей добавки используют водный раствор лигносульфоната с массовой долей лигносульфоната 20-30%, который смешивают с конверсионным карбонатом кальция в массовом соотношении (0,05-0,15):1 в пересчете на сухое вещество.
Связующую добавку для получения гранулированного карбоната кальция по вариантам 1-4 выбирают в зависимости от области применения гранулированного продукта и требований потребителей к его химическому и гранулометрическому составу. Требуемый гранулометрический состав гранулированного продукта по вариантам 1-4 обеспечивается за счет изменения типа и дозировки связующей добавки, а также путем подбора условий гранулирования.
Смешение мелкодисперсного конверсионного карбоната кальция и раствора связующей добавки осуществляют с регулируемым расходом. В качестве исходного дисперсного материала для гранулирования используют конверсионный карбонат кальция с массовой долей воды 6-16% после промывки на фильтре или высушенный до массовой доли воды не более 1,5%.
Температура процесса гранулирования составляет 40-100°С, обеспечивается за счет температуры исходных реагентов: конверсионного карбоната кальция и раствора связующей добавки, дополнительные затраты на нагрев или охлаждение смеси не требуются.
Гранулированный продукт сушат при температуре не выше 150°С. Данная температура является достаточной для получения гранулированного продукта с остаточной влажностью 0,2-4% и одновременно исключает возможность протекания каких-либо химических реакций, например реакций разложения карбоната кальция или связующих добавок. В качестве энергоносителя для процесса сушки наиболее целесообразно применение пара.
Выбор связующих добавок по вариантам 1-4 обусловлен тем, что их применение позволяет получать гранулированный конверсионный карбонат кальция в стандартных промышленных грануляторах различного типа.
Указанные соотношения связующих добавок и конверсионного карбоната кальция по вариантам 1-4 обеспечивают получение гранулированного продукта с улучшенными потребительскими свойствами: требуемым химическим и гранулометрическим составом и высокой прочностью гранул, расширяют области применения конверсионного карбоната кальция.
В пределах указанных соотношений увеличение доли связующей добавки ведет к увеличению размера и прочности гранул. Увеличение количества связующих добавок выше указанных пределов приводит к увеличению доли крупных гранул и комкованию карбоната кальция, уменьшение количества добавок ниже указанных пределов приводит к увеличению доли частиц размером менее 0,1 мм и ухудшению потребительских свойств гранулированного продукта.
Достигаемый технический результат:
- однородный гранулометрический состав гранулированного карбоната кальция, отвечающий требованиям потребителей;
- возможность регулирования гранулометрического состава карбоната кальция за счет связующих добавок и условий ведения процесса гранулирования и сушки;
- невысокие энергетические затраты на проведение сушки, т.к. температура процесса не превышает 150°С;
- отсутствие необходимости тщательного высушивания гранулированного карбоната кальция;
- улучшение потребительских свойств гранулированного карбоната кальция за счет уменьшения доли наиболее мелких фракций и, соответственно, пылевыделения при его использовании в производстве стекла.
Предлагаемый способ получения гранулированного конверсионного карбоната кальция по вариантам 1-4 обеспечивает необходимую степень гранулирования дисперсного материала, отличается высокой производительностью, простотой исполнения, экономичностью, низкими энергетическими затратами. Связующие добавки ускоряют и улучшают процесс гранулообразования, повышают прочность гранул, улучшают их сферичность.
В отличие от гранулированных продуктов, полученных известными способами и имеющих ограниченное применение, карбонат кальция, гранулированный по предлагаемому способу, может применяться как в качестве карбонатного сырья для различных отраслей промышленности, в частности, для стекольной, так и в качестве удобрения в сельском хозяйстве.
Испытания предлагаемого способа проведены с использованием конверсионного карбоната кальция - побочного продукта производства комплексных минеральных NP- и NPK-удобрений азотнокислотным разложением апатита.
Гранулирование карбоната кальция в соответствии с предлагаемым изобретением иллюстрируют следующие примеры.
Пример 1.
В реактор с перемешивающим устройством помещают 119 см3 воды, нагретой до 40°С, затем при перемешивании в воду постепенно вносят 1,2 г натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы, полученную смесь перемешивают до получения однородного раствора с массовой долей полимера 1%.
Гранулирование конверсионного карбоната кальция осуществляют на лабораторном грануляторе в периодическом режиме. В гранулятор, нагретый до температуры 60°С, помещают 500 г карбоната кальция с массовой долей воды 0,5% и температурой 130°С, добавляют 100 г приготовленного раствора связующей добавки до достижения соотношения связующей добавки и карбоната кальция 0,002:1 на сухое вещество и перемешивают.
Смесь карбоната кальция и связующей добавки гранулируют до получения продукта с размером частиц основной фракции 0,25-1 мм и сушат при температуре 105-110°С. Полученный таким образом гранулированный карбонат кальция с массовой долей воды 1,2% и прочностью гранул 1,6 МПа, измеренной для гранул 1,5-2 мм, имеет следующий гранулометрический состав: фракция менее 0,1 мм - 3%, 0,1-0,25 мм - 26%, 0,25-0,56 мм - 44%, 0,56-1,0 мм - 21%, 1-2 мм - 6%.
Гранулированный карбонат кальция указанного дисперсного состава может найти применение в производстве стекла, а также в качестве наполнителя полимерных материалов.
Пример 2.
Из технических солей при перемешивании и нагревании до температуры 50°С готовят 135 г водного раствора смеси триполифосфата натрия и карбоната калия с массовой долей суммы солей 40% и соотношением солей - 1:9. Для этого в реактор с перемешивающим устройством помещают 62 см3 воды, засыпают 6 г триполифосфата натрия и 67 г полутораводного карбоната калия, смесь перемешивают до полного растворения солей.
Гранулирование конверсионного карбоната кальция осуществляют на лабораторном грануляторе в периодическом режиме. В гранулятор, нагретый до температуры 60°С, помещают 550 г карбоната кальция с массовой долей воды 10% и температурой 50°С, добавляют 112,5 г приготовленного раствора связующей добавки до достижения соотношения связующей добавки и карбоната кальция 0,1:1 на сухое вещество и перемешивают.
Смесь карбоната кальция и связующей добавки гранулируют до получения продукта в виде гранул с размером частиц основной фракции 1-4 мм, гранулы карбоната кальция сушат при температуре 105-110°С.
Полученный гранулированный карбонат кальция с массовой долей воды 2,6% и прочностью гранул 3,4 МПа имеет следующий гранулометрический состав: фракция 0,1-1 мм - 9%, 1-2 мм - 13%, 2-4 мм - 45%, 4-6 мм - 33%.
Гранулированный карбонат кальция указанного гранулометрического состава может найти применение в сельском хозяйстве в качестве удобрения-мелиоранта с массовой долей калия 5,5% в пересчете на К2О, содержащего питательный для растений элемент калий в виде карбоната калия.
Пример 3.
В смесителе перемешивают 560 г карбоната кальция с массовой долей воды 12% и температурой 60°С с жидким натриевым стеклом в соотношении 0,1:1 на сухое вещество карбоната кальция, равномерно распределяя связующую добавку в дисперсном материале.
Смесь карбоната кальция и жидкого стекла гранулируют до получения продукта в виде гранул с размером частиц основной фракции 0,1-1 мм и сушат при температуре 120-130°С.
Полученный гранулированный карбонат кальция с массовой долей воды 0,8% и прочностью гранул 1,8 МПа, измеренной для гранул 1,5-2 мм, имеет следующий гранулометрический состав: фракция менее 0,1 мм - 9%, 0,1-0,315 мм - 72%, 0,315-0,63 мм - 11%, 0,63-1,0 мм - 6%, 1-2 мм - 2%.
Карбонат кальция указанного гранулометрического состава может найти применение в производстве стекла и строительных материалов.
Пример 4.
В реактор с перемешивающим устройством помещают 40 г лигносульфоната, добавляют 120 см3 воды, нагретой до 40°С, и перемешивают до получения однородного раствора с массовой долей лигносульфоната 25%.
Гранулирование конверсионного карбоната кальция осуществляют на лабораторном грануляторе в периодическом режиме. В гранулятор, нагретый до температуры 60°С, помещают 500 г карбоната кальция с массовой долей воды 1,4% и температурой 120°С, добавляют 138 г приготовленного раствора лигносульфоната до достижения соотношения связующей добавки и карбоната кальция 0,07:1 на сухое вещество и перемешивают.
Смесь карбоната кальция и связующей добавки гранулируют до получения гранулированного продукта с размером частиц основной фракции 0,25-1 мм и сушат при температуре 100-110°С. Лигносульфонат окрашивает частицы карбоната кальция в коричневый цвет.
Полученный гранулированный карбонат кальция с массовой долей воды 0,5% и прочностью гранул 1,5 МПа, измеренной для гранул 1,5-2 мм, имеет следующий гранулометрический состав: фракция менее 0,1 мм - 13%, 0,1-0,315 мм - 53%, 0,315-0,63 мм - 17%, 0,63-1,0 мм - 6%, 1-2 мм - 11%.
Карбонат кальция указанного гранулометрического состава может найти применение в производстве стекла или качестве наполнителя, в том числе, для окрашенных полимерных материалов.



ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ получения гранулированного карбоната кальция, включающий смешение карбоната кальция со связующей добавкой и грануляцию, отличающийся тем, что в качестве связующей добавки используют натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы в виде раствора с массовой долей 1-2%, который смешивают с конверсионным карбонатом кальция с массовой долей воды не более 16% в массовом соотношении (0,001-0,01):1 в пересчете на сухое вещество, полученную смесь гранулируют при температуре 40-100°С и сушат до остаточной влажности 0,2-4% при температуре не выше 150°С.
2. Способ получения гранулированного карбоната кальция, включающий смешение карбоната кальция со связующей добавкой и грануляцию, отличающийся тем, что в качестве связующей добавки используют насыщенный при температуре 40-60°С водный раствор смеси полифосфатов натрия или калия и карбоната натрия и/или калия при их массовом соотношении (0,5-1,5):(3-9), который смешивают с конверсионным карбонатом кальция с массовой долей воды не более 16% в массовом соотношении (0,04-0,1):1 в пересчете на сухое вещество, смесь гранулируют при температуре 40-100°С и сушат до остаточной влажности 0,2-4% при температуре не выше 150°С.
3. Способ получения гранулированного карбоната кальция, включающий смешение карбоната кальция со связующей добавкой и грануляцию, отличающийся тем, что в качестве связующей добавки используют водный раствор силикатов натрия или калия, который смешивают с конверсионным карбонатом кальция с массовой долей воды не более 16% в массовом соотношении (0,05-0,15):1 на сухое вещество карбоната кальция, смесь гранулируют при температуре 40-100°С и сушат до остаточной влажности 0,2-4% при температуре не выше 150°С.
4. Способ получения гранулированного карбоната кальция, включающий смешение карбоната кальция со связующей добавкой и грануляцию, отличающийся тем, что в качестве связующей добавки используют лигносульфонат в виде водного раствора с массовой долей лигносульфоната 20-30%, который смешивают с конверсионным карбонатом кальция с массовой долей воды не более 16% в массовом соотношении (0,05-0,15):1 в пересчете на сухое вещество, смесь гранулируют при температуре 40-100°С и сушат до остаточной влажности 0,2-4% при температуре не выше 150°С.



ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян

Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к стекольной промышленности: стекольные составы и композиции, обработка стекла, оборудование для производства и разработки новых стекольных составов и композиций, приспособления и механизмы для обработки и производства стекла, специальные стекла и др.



Стекло. Стекольные составы и композиции. Обработка стекла




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "и" означает, что будут найдены только те страницы, где встречается каждое из ключевых слов. Например, при запросе "закалка стекла" будет найдено словосочетание "закалка стекла". При использовании режима "или" результатом поиска будут все страницы, где встречается хотя бы одно ключевое слово ("закалка" или "стекла").

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+закалка -стекла".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "состав" будут найдены слова "составы", "составом" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу "состав!".


Рейтинг@Mail.ru