FI122399B

FI122399B - Förfarande för framställning av kalciumkarbonat

Info

Publication number: FI122399B
Application number: FI20095672A
Authority: FI
Inventors: Mathias Snaare
Original assignee: Nordkalk Oy Ab
Priority date: 2009-06-12
Filing date: 2009-06-12
Publication date: 2011-12-30
Also published as: US20120128572A1; FI20095672A0; CN102482111A; EP2440493A1; RU2549856C2; JP5603935B2; WO2010142859A1; CN102482111B; RU2011151477A; HK1170718A1; JP2012529418A; FI20095672L; BRPI1011119A2

Description

Förfarande för framställning av kalciumkarbonat Föreliggande uppfinning avser framställning av kalciumkarbonat. Den föreliggande upp-finningen avser i synnerhet ett förfarande i enlighet med ingressen till patentkrav 1 för 5 framställning av kalciumkarbonat, företrädesvis utfällt kalciumkarbonat.

Enligt ett förfarande av den beskrivna typen, bringas ett kalciumoxidrämaterial i kontakt i vattenfas med koldioxid i ett flertal karbonatiseringsenheter.

10 Ett flertal förfaranden för framställning av kalciumkarbonat, vanned här ocksä avses utfällt kalciumkarbonat (PCC), är kända. I de kända lösningama bubblas gasformig koldioxid typiskt tili en vattensuspension av kalciumhydroxid som blandas i en stor tank. Tank-reaktoms funktion är normalt baserad pä "doseringsprincipen" och framställningstiden är 2 tili 8 timmar, beroende pä temperaturen. Utgängspunkten kan vara kalciumoxid, CaO, som 15 härefter processas tili CaC03. Det är dock även möjligt att utgä frän naturlig kalksten, som kalcineras för att brytas ned tili kalciumoxid och koldioxid.

1. CaC03 —> CaO + CO2 20 Den kalciumhydroxid som genereras efter en hydratiseringsprocess av kalciumoxid (reaktion 2) 2. CaO + H20 Ca(OH)2 o 25 karbonatiseras tili kalciumkarbonat i enlighet med reaktion 3 O) 0 W 3. Ca(OH)2 + C02 -> CaC03 + H20

1 CC CL

^ I en tidigare patentansökan (WO 2007/057509) beskrivs en förbättrad utrustning för fram- 1^.

^ 30 ställning av kalciumkarbonat, väri karbonatiseringen av hydratiserad kalciumoxid utförs i

CD

§ karbonatiseringsenheter omfattande slutna reaktorbehällare, väri karbonatiserings-

(M

reaktionen kan utföras vid övertryck. Anordningen är företrädesvis försedd med intern cirkulation, och den ätercirkulerade produktmängden är upp tili 5-20 ganger större än den 2 mängd hydratiserad kalciumoxid som mätäs in i karbonatiseringsenheten. Den beskrivna karbonatiseringsenheten utgörs typiskt av en loopreaktor. Säsom beskrivs i WO 2007/057509 är det även möjligt att anordna ett flertal loopreaktorer i serie eller parallellt.

5 Enligt det kända förfarandet är det även möjligt att producera partiklar med en genom-snittlig partikelstorlek uppgäende tili högst ca 500 nm och större än 1 nm. Det föredragna intervallet är 2 - 500 nm, i synnerhet ca 10 - 500 nm.

Ändamälet med den föreliggande uppfmningen är att tillhandahälla ett nytt förfarande för 10 att framställa kalciumkarbonat. Ändamälet är i synnerhet att tillhandahälla ett altemativt karbonatiseringsförfarande, varvid ett brett sortiment av kalciumkarbonatprodukter kan produceras i princip i en och samma anordning.

Denna uppfinning baserar sig pä iden att utföra karbonatiseringen i tvä karbonatiserings-15 zoner eller -enheter vid olika pH-värden. I allmänhet bibehälls pH-värdet i den första karbonatiseringszonen i det alkaliska intervallet, medan pH-värdet i den andra karbon-atiseringszonen bibehälls i det sura eller neutrala intervallet.

Företrädesvis omfattar förfarandet för att framställa kalciumkarbonat medelst karbonatiser-20 ing av kalciumoxid (som sädan eller i hydratiserad form) i vattenfas följande steg - ur den första karbonatiseringsenheten uttas en suspension innehällande kalciumkarbonat och kalciumhydroxid och med ett pH-värde over 11,0, och - karbonatiseringen av kalciumhydroxiden fortsättes sedan i en andra karbon-atiseringsenhet tills pH-värdet faller under 6,9.

o 25

CM

g Närmare bestämt kännetecknas förfarandet enligt uppfmningen av det som anförts i den i cm kännetecknande delen av krav 1.

X

tr

CL

Avsevärda fördelar uppnäs med föreliggande uppfinning. Den föreliggande uppfmningen

Is"

Jg 30 möjliggör sälunda att framställa produkter av olika typer - bäde monodispersiva partiklar σ> § med en snäv molekylviktsfördelning och multidispersiva partiklar med en bred molekyl-

CM

viktsfördelning - ien processanordning, genom att i princip använda sammautgängs-ämnen. Dessa produkter kan användas för olika ändamäl, säsom pigment och fyllmedel i 3 färg, papper, kartong, gummi och plast samt komponenter i olika byggmaterial inklusive blandningar av hydrauliska bindemedel.

Sälunda möjliggör uppfinningen enligt en utforingsform framställning av en typ av pig-5 ment eller fyllmcdcl under en första framställningsperiod och en annan typ av pigment eller fyllmedel under en andra framställningsperiod.

Enligt en föredragen utforingsform förverkligas uppfinningen i en reaktorkaskad omfatt-ande ätminstone en loopreaktor i den första och valbart även i den andra karbonatiserings-10 zonen. I denna utforingsform möjliggör loopreaktom en hög värmeöverföringshastighet och tilläter drift under tryck.

Uppfinningens övriga egenskaper och fördelar framgär ur den följande detaljerade beskriv-ningen med utföringsexempel. I beskrivningen hänvisas till bifogade ritningar, där 15 figur 1 visar en schematisk skiss av en processkonfiguration av en utforingsform av uppfinningen; figur 2 visar en schematisk skiss av en processkonfiguration av en annan utforingsform av uppfinningen; 20 figur 3 visar en schematisk skiss av en processkonfiguration av en tredje utforingsform av uppfinningen; figur 4 visar en schematisk skiss av en processkonfiguration av en fjärde utforingsform av uppfinningen; figur 5 visar en schematisk skiss av en processkonfiguration av en femte utforingsform av 0 25 uppfinningen;

(M

g figur 6 visar en svepelektronmikroskopisk bild av produkten i exempel 1; cm figur 7 visar en svepelektronmikroskopisk bild av produkten i exempel 2; 1 figur 8 visar en svepelektronmikroskopisk bild av produkten i exempel 3;

CL

figur 9 visar en svepelektronmikroskopisk bild av produkten i exempel 4, och g 30 figur 10 visar en svepelektronmikroskopisk bild av produkten i exempel 5.

o figur 11 visar en svepelektronmikroskopisk bild av produkten i exempel 6.

CM

Säsom ovan redan kori framförts avser denna uppfinning framställning av kalcium-karbonat, i synnerhet av utfällt kalciumkarbonat, medelst karbonatisering av ett lämpligt 4 kalciumoxidutgängsämne i en vattenhaltig omgivning. Karbonatiseringsförfarandet är in-delat i ätminstone tvä steg, vilka utförs under olika förhällanden i beaktande av pH, och valbart även i beaktande av andra processförhällanden, säsom temperatur, tryck och re-sidenstid.

5

Under karbonatiseringen är reaktionshastigheten större i början av processen än senare. Enligt föreliggande uppfmning utförs karbonatiseringen därför först under alkaliska förhällanden under en första tidsperiod, och efter det första steget avlägsnas reaktionszonens utloppsflöde och utsätts för ett andra reaktionssteg, som utförs under sura förhällanden 10 under en andra tidsperiod. Den första reaktionsperioden är typiskt kortare än den andra. Företrädesvis uppgär förhällandet av längden av den första reaktionsperioden i relation till längden av den andra reaktionsperioden tili 1:1000 - 1:1,5, företrädesvis tili 1:100 - 1:2.

Processens utgängsämnen/rämaterial omfattar 15 - en kalciumoxidkälla, - en koldioxidkälla och - vatien.

Det vatien som används kan utgöras av konventionellt processvatten, valbart dejoniserat 20 medelst konventionella medel.

Kalciumoxidkällan härleds typiskt frän en karbonatmineral, säsom kalksten (CaCOs) eller frän en blandning av olika karbonatmineral, som kan kalcineras eller förbrännas (vanligtvis “värmebehandlas”) för att avlägsna koldioxid för att tillhandahälla kalciumoxid. Kalcium-o 25 oxidkällan kan omfatta det kalcinerade materialet som sädant, som sedan i pulverform till-

(M

ch förs den första reaktom (jämför utföringsformen i figur 5), eller som kan omfatta en hydra- i (M tiserad produkt, kalciumhydroxid (Ca(OH)2 eller släckt kalk), som mätäs in i den första re- x aktom som en suspension. Sävida kalciumoxiden erhälls som pulver frän kalcineringen,

CL

kan den ifrägavarande reaktorutrustningen omfatta en separat enhet, en förbehandlings-<o 30 eller släckningsenhet för att släcka kalciumoxiden. Detta är fördelaktigt med tanke pä o värmereglering eftersom släckning av kalciumoxiden frigör onödigt Stora värmemängder.

CM

Oberoende av huruvida kalciumoxiden tillförs som pulver eller släckt kalk bildas en vattensuspension av kalciumoxid i den första karbonatiseringsenheten, där koncentrationen 5 av kalciumoxid uppgär till ca 2 % - ca 25 %, företrädesvis tili ca 5 - 15 %, beräknad pa den totala suspensionens totalvikt. Tilläggsvatten kan separat mätäs in i karbonatiserings-enheten eller suspensionens vatien kan tillföras den släckta suspensionen.

5 En koldioxidkälla tillförs ätminstone den första karbonatiseringsenheten. Koldioxidkällan kan omfatta en gas eller en vätska innehällande eller kapabel att frigöra koldioxid. Företrädesvis ätminstone den första och valbart även den andra karbonatiseringsenheten an-vänds i en atmosfär innehällande koldioxid. Koldioxidgasen kan vara ren eller den kan vara anrikad med koldioxid. Exemplen inkluderar luft anrikad med koldioxid, gasformig 10 koldioxid valbart innehällande inerta gaskomponenter och förbränningsgas. Genom att använda övertryck kan koldioxiden tillhandahällas i vätskeform, valbart även under super-kritiska förhällanden.

Karbonatiseringsgasen innehäller typiskt ätminstone 5 volym-%, företrädesvis ätminstone 15 10 volym-%, i synnerhet ca 15 - 100 volym-% koldioxid.

Med hänvisning tili ritningama kan konstateras att följande referensnummer används i figurema 1-4: 20 10; 20; 30 och 50 släckare 11, 12; 21-23; 31-33; första enhetens loopreaktorer 71-73 51-53; första enhetens kolvströmningsreaktorer 13, 14; 24-26; 34-36; cirkulationspumpar hos första enhetens o 25 loopreaktorer ά 74-76 0 cm 16 andra enhetens loopreaktor 1 17 cirkulationspump hos andra enhetens

CL

loopreaktor

(M

co 30 28,43; 63; 83; andra enhetens satsreaktorer m o 15; 27; 42; 61; 77 rör för att överföra utloppsflöde ffän 0X1 den första enheten tili den andra enheten 18; 29; 44; 64 inmatningsrör för släckt kalk 38—40; 58-60 inmatningsmunstycken för släckt kalk 6 70, 72, 78 inmatningsrör för pulveriserad kalciumoxid 54-56; 82 utflödesmunstycken för utloppsflöde frän den första enhetens reaktorer 5 3, 41, 81; 84; 85 ventiler

De släckare som används för att släcka kalciumoxid med vatten, 10, 20, 30 och 50, kan omfatta vilken som heist äterblandningsreaktor företrädesvis försedd med avkylnings-/värmeätervinning pä basis av den starka exoterma karaktären hos släckningsreaktionen.

10 Den suspension som bildas i släckaren mätäs in i den första karbonatiseringszonen eller -enheten, som givits beteckningen “A” i de bifogade ritningama. Den andra karbonatiseringszonen eller -enheten har givits beteckningen “B” i de bifogade ritningama.

För enkelhetens skull, har matningen av koldioxid in i processen markerats med en pii 15 riktad mot inmatningsröret 18; 29; 44; 64 hos den första enheten A. Det bör emellertid noteras, sasom nedan förklarat, att koldioxiden kan mätäs säväl in i den första som den andra enheten och att koldioxiden kan mätäs in i var och en reaktor separat eller den kan mätäs in i endast en av karbonatiseringsreaktorema.

20 Reaktionsenhetema A och B kan användas som satsreaktorer, som kontinuerligt funger-ande reaktorer eller semisatsreaktorer. Enligt en föredragen utföringsform är den första enheten kontinuerligt fungerande. Enligt en annan utföringsform är den andra enheten kontinuerligt fungerande. Enligt en tredje utföringsform fimgerar den andra enheten sats-vis.

5 25

CM

cb Var och en av karbonatiseringsenhetema, i synnerhet den första karbonatiseringsenheten, cp cm kan omfatta endast en reaktor eller, företrädesvis en kaskad omfattande ätminstone tvä i reaktorer, företrädesvis tvä tili tio reaktorer. Reaktorema kan även anordnas parallellt eller

CL

i ett seriellt/parallellt system, även om det i allmänhet föredras att använda ätminstone c\i co 30 största delen av reaktorema som en kaskad.

LO

CD

O

CVJ

Säsom kommer att framgä, kan den föreliggande uppfmningen utföras i en kombination av 1-10 eller flera första reaktorer och 1-10 eller flera andra reaktorer.

7

Med “kaskad” avses att en föregäende reaktors utloppsflöde bildar den pafoljande re-aktoms inlopp eller inmatning.

En synnerligen föredragen utföringsform av denna uppfinning omfattar användningen av 5 en loopreaktor eller snarare en kaskad av atminstone tva loopreaktorer, 11, 12, i det första och en loopreaktor 16 i det andra steget av processen. Denna utföringsform illustreras i figur 1.

I samband med den föreliggande uppfmningen har det framkommit att loopreaktom är en i 10 synnerhet användbar reaktor för iffägavarande ändamal pä basis av den homogena och effektiva blandning som denna tillhandahäller. Den effektiva blandningen minimerar bild-ningen av temperatur- och koncentrationsgradienter. Processen kan styras och regleras pä sä sätt, att den önskade produkten eller produktfördelningen uppnäs. Den effektiva blandningen lämpar sig för karbonatiseringsreaktionen, eftersom den sker i alia aggregations-15 tillständ.

Det är möjligt att förse varje reaktorenhet med intern ätercirkulation, säsom visas i figur 1 (referensnummer 13,14 och 17). Det är även möjligt att anordna intern ätercirkulation en-dast för loopreaktorema, jämför figur 2 (referensnummer 24 - 26) och figur 3 (referens-20 nummer 34 - 36). Detta betyder att endast en del av utloppsflödet mätäs in i den päföljande reaktom eller, i fräga om satsvis drift, ingenting därav.

Enligt en utföringsform omfattar var och en av de ovan beskrivna karbonatiseringsen-hetema ett flertal loopreaktorer. Dessa kan anordnas i en kaskad eller parallellt eller i en 0 25 kaskad, väri nägra av reaktorema är anordnade parallellt med andra reaktorer för att

CM

cd möjliggöra underhäll av reaktorema utan att driften avbryts.

9

(M

1 Figur 2 visar en liknande utföringsform som i figur 1, med undantag av att den första

CL

enheten omfattar tre loopreaktorer i en kaskad 24 - 26, och den andra reaktionsenheten cd 30 omfattar en satsreaktor, d.v.s. en omrömingsreaktor 28. Den andra reaktom kan även o utgöras av en förvaringstank.

CM

8 I bäda utforingsformer matas den släckta kaiken in i den första reaktom 13; 24 i den första enhetens A reaktorkaskad och utloppsflödet frän denna enhets sista reaktor 14; 26 styrs direkt in i den andra enhetens B reaktor 17; 28.

5 Enligt en ytterligare utföringsform används den första enheten som en satsreaktor och den andra satsvis eller kontinuerligt. Den första enhetens satsreaktor kan utgöras av en omrör-ningsreaktor av den typ som beskrivits ovan tillsammans med enhet B i figur 2, men den kan även bildas av ätminstone en loopreaktor, som drivs satsvis. Denna utföringsform illustreras i figur 3 som visar tre parallella loopreaktorer 31-33, varvid var och en är för-10 sedd med separata inflödesmunstycken 38 - 40 för den släckta kaiken och med intern cirkulation för att möjliggöra satsvis drift. Reaktoreina kan självständigt tömmas medelst ett uttag anordnat i anslutning tili cirkulationspumpama 34 - 36. Naturligtvis är det även möjligt att använda var och en loopreaktor i enhet A i figurema 1, 2 och 4 satsvis.

15 Figur 4 visar ännu en fjärde utföringsform, där den första enhetens reaktorer bildas medelst kolvströmningsreaktorer 51 - 53.

Figur 5 visar en femte utföringsform, som liknar den i figur 3, med den skillnaden att den saknar en släckningsenhet före processreaktorema i reaktionszon A och B. Kalciumoxiden 20 matas snarast i torr, pulveriserad form direkt via rör 78, 72 och 73 in i den första reaktions-enheten som omfattar loopreaktorer 71-73 med cirkulationspumpar 74 - 76. Den första reaktionsenheten kan drivas satsvis, säsom beskrivs i samband med exempel 6, men naturligtvis är även en kontinuerlig drift möjlig. Foopreaktoms utloppsflöde leds via rör 77 tili den andra enheten som kan utgöras av en satsreaktor 83, säsom visas i figur 5. Flödet av o 25 kalk/kalciumkarbonatsuspensionen regleras medelst en ventil och inmatningsmunstycket cb kan vara beläget i vilken som heist lämplig position i förhällande tili satsreaktom (pä 0 i c\j vilken som heist höjd, under eller över ytan av den omrörda blandningen i reaktom).

tr

CL

Säsom beskrivet i samband med exempel 6, genom att använda reaktorkonfigurationen i cv co 30 figur 5 som tvä satsvisa processer i en kaskad, kan en monodispersiv produkt ffamställas.

CD

o o I alla ovannämnda utforingsformer, säsom i allmänhet vid förfarandet enligt uppfmningen, kan reaktionsförhällandena, säsom temperatur, tryck och residenstid fritt varieras.

9 I en utföringsform, som kan kombineras med vilken som heist av de föregäende utförings-formema och i synnerhet med sädana, där loopreaktorer används, utförs karbonatiserings-reaktionen under tryck i ätminstone en av karbonatiseringsenhetema. Företrädesvis utförs karbonatiseringsreaktionen vid ett övertryck av 0,1 - 25 bar, företrädesvis ca 0,5-10 bar.

5 I allmänhet - och i vilken som heist av de ovannämnda utföringsformema - är residens-tiden för kalciumoxidmaterialet kort i den första karbonatiseringsenheten A. Den är typiskt ca 0,1 - 1000 sekunder, företrädesvis ca 1 - 300 sekunder inne i den.

10 Enligt en utföringsform är residenstiden för kalciumhydroxiden längre än ca 1 minut i den andra karbonatiseringsenheten B. Sälunda kan residenstiden för kalciumhydroxiden vara längre än ca 3 minuter, företrädesvis längre än ca 5 minuter i den andra karbonatiseringsenheten. Detta gäller i synnerhet en andra karbonatiseringsenhet omfattande en förvarings-tank.

15

Genom att kontrollera pH, karbonatiseringsgrad och residenstiden för reaktantema i det första och andra rekationssteget A respektive B, är det möjligt att reglera produktemas kvalitet. Enligt en utföringsform är residenstiden för kalciumhydroxid längre än ca 30 minuter i den andra karbonatiseringsenheten för framställning av en monodispersiv 20 kalciumkarbonatprodukt. Företrädesvis är residenstiden för kalciumhydroxiden ca 0,1 -100 timmar i den andra karbonatiseringsenheten för framställning av en monodispersiv kalciumkarbonatprodukt.

Säsom framförts ovan kan ett flertal olika typer av kalciumkarbonatmaterial framställas o 25 medelst detta förfarande. Sälunda uttas i en utföringsform en suspension av kalcium- cd karbonat innehällande kalciumkarbonatpartiklar med en genomsnittlig partikelstorlek i o i cv intervallet 40 - 1000 nm frän den andra karbonatiseringsenheten och tas valbart tillvara.

X

tr

CL

I detta fall uttas företrädesvis frän den första karbonatiseringsenheten en suspension, som co 30 innehäller 5-50 vikt-% oreagerad kalciumhydroxid, och karbonatiseringen fortsättes o sedan i den andra karbonatiseringsenheten väsentligen tills karbonatiseringsreaktionen är 0X1 fullbordad.

10

De kalciumkarbonatpartiklar som uttas ur den andra karbonatiseringsenheten uppvisar en bred partikelstorleksfördelning mellan 40 - 2000 nm.

En annan utföringsform omfattar att den första karbonatiseringsenheten drivs satsvis för att 5 karbonatisera ätminstone 90 % av kalciumoxidmaterialet pä en molar basis, och karbon-atiseringen av den ur den första karbonatiseringsenheten uttagna kalciumkarbonat-suspensionen fortsättes för att producera en kalciumkarbonatsuspension innehällande kalciumkarbonatpartiklar med en genomsnittlig partikelstorlek i intervallet 40 - 90 nm.

10 De ur den andra karbonatiseringsenheten uttagna kalciumkarbonatpartiklama uppvisar da typiskt en smal partikelstorleksfördelning, där andelen partiklar större än 120 nm är mindre än 20 %, företrädesvis mindre än 10 vikt-% av alla partiklar.

Enligt en utföringsform ffamställer detta förfarande kristallina kalciumkarbonatpartiklar, 15 typiskt kalcit eller vaterit.

Följande icke-begränsande exempel illustrerar uppfinningen.

Exempel 1 20

Ett experiment utfördes i en karbonatiseringsuppsättning av en kontinuerlig äterblandningssläckare och en loopreaktor. 300 g/min osläckt kalk och 3 1/min vatten tillfördes kalksläckaren pulsvis beroende pä karbonatiseringsenhetemas effektivitet.

Släckarens temperatur bibehölls vid 90 °C. I den första karbonatiseringsenheten reagerade o 25 suspensionen och CO2 -gas i ett tryck av 6 bar. 58 % av karbonatiseringen inträffade i den cb första enheten, som omfattade en loopreaktor, residens- eller uppehällstiden reglerades o cm beroende pa karbonatiseringens framskridande. Efter karbonatiseringen i den första x enheten fortsatte kalkblandningen tili den andra enheten, där den slutliga karbonatiseringen

CL

ägde rum. Värdet av pH i den första och andra enheten uppgick till 11,4 respektive 6,2.

CM

co 30 Karbonatiseringstemperaturen hölls under 40 °C.

05 o o

CM

Partikelstorleken varierade mellan 50 - 1000 nm med d9o%< 750 nm pa basis av svepel-ektronmikroskopiska bilder, säsom figur 6 visar.

11

Exempel 2

Ett liknande förfarande sorti det som presenterades i exempel 1 testades, med undantag av att den första enheten omfattade ett flertal loopreaktorer kopplade i serie. En kalk-5 suspension innehällande 68 g/1 Ca(OH)2 matades tili den första enheten, där pH var över 11,6 och >80 % av karbonatiseringen ägde rum med en residenstid under 2 minuter. Den slutliga karbonatiseringen inträffade i den andra enheten vid ett pH pä 6,3, varefter pro-dukten togs ut.

10 Produktens partikelstorlek varierade mellan 50 - 1000 nm med d9o%~400 nm pä basis av svepelektronmikroskopiska bilder, säsom figur 7 visar.

Exempel 3 15 Ett karbonatiseringsexperiment utfördes genom att den första karbonatiseringsenheten drevs satsvis i alkaliska förhällanden (pH 11,6) och genom att den andra enheten drevs kontinuerligt vid ett pH pä 6,3. En suspension av 68 g Ca(OH)2/l matades tili den första enheten omfattande ett flertal loopreaktorer. Reaktionen framskred tills 8 % Ca(OH)2 äterstod oreagerad. Härefter transporterades suspensionsblandningen tili den andra enheten 20 för slutlig karbonatisering.

Resultatet var en monodispersiv produkt med en partikelstorlek uppgäende tili ca 50 nm (pä basis av svepelektronmikroskopiska bilder, se figur 8).

o 25 Exempel 4

(M

i O) 0 cm Ett karbonatiseringsexperiment utfördes genom att den första karbonatiseringsenheten 1 drevs kontinuerligt och den andra enheten satsvis. En suspension av 68 g Ca(OH)2 /1

CL

matades tili den första enheten omfattande loopreaktorer. Reaktionen framskred i en

(M

«5 30 alkalisk omgivning vid ett pH pä 11,6 tili 40 % konversion med en residenstid >0,25 o minuter. Härefter transporterades suspensionblandningen tili den andra enheten för slutlig

C\J

karbonatisering frän alkaliskt pH tili ett pH under 6,5.

12

Produkten omfattar nalliknande partiklar med en partikelstorlek mellan 50 - 500 mn (pä basis av svepelektronmikroskopiska bilder, se figur 9).

Exempel 5 5

Ett karbonatiseringsexperiment utfördes i en forsta enhet omfattande en tubreaktor-uppsättning och en andra enhet omfattande en satsreaktor. En suspension av 42 g Ca(OH)2 /1 inmatades och karbonatiserades delvis (95% konversion) i den första enheten. Härefter inmatades suspensionen till den andra enheten för slutlig karbonatisering fran alkaliskt pH 10 till ett pH under 6,5.

Produktens partikelstorlek uppgick till 50 - 1000 nm (pä basis av svepelektronmikroskopiska bilder, se figur 10).

15 Exempel 6

Ett liknande förfarande som presenterades i exempel 3 testades, utan nägot som heist separat släckningsförfarande (jämfor figur 5). 50 g kalk (CaO)/l(H20) karbonatiserades direkt satsvis i en tubreaktoruppsättning. Vardet av pH var over 11,6 under karbon-20 atiseringen i den forsta enheten. Den slutliga karbonatiseringen inträffade i den andra enheten, där pH-värdet uppgick till ca 6,3.

Resultatet var en monodispersiv produkt med en partikelstorlek uppgäende till ca 50 nm (pä basis av svepelektronmikroskopiska bilder, se figur 11).

^ 25 o C\l

CD

O

CM

X

Ct Q_

CM

co

LO

CD

o o

CM

Claims

1. Förfarande för ffamställning av kalciumkarbonat, enligt vilket förfarande ett kalcium-oxidmaterial bringas i vattenfas i kontakt med koldioxid i ett flertal karbonatiserings-5 enheter, kännetecknat avatt - kalciumoxidmaterialet karbonatiseras i en första karbonatiseringsenhet i en vattensuspension vid ett pH över 11,0 för att framställa kalciumkarbonat i vattensuspensionen, - ur den första karbonatiseringsenheten uttas ett utloppsflöde bildat av en 10 vattensuspension innehällande kalciumkarbonat och kalciumhydroxid, och - det uttagna utloppsflödets kalciumhydroxid karbonatiseras i en andra karbonatiseringsenhet för att framställa en kalciumkarbonatsuspension med ett pH mindre än 6,9. 15

2. Förfarande enligt patentkrav 1, omfattande att en suspension med ett pH över 11,5, före- trädesvis ett pH i intervallet ca 12,0 - 13,0, uttas ur den första karbonatiseringsenheten.

3. Förfarande enligt patentkrav 1 eller 2, omfattande att kalciumhydroxiden karbonatiseras i den andra karbonatiseringsenheten tills ett pH mindre än 6,5, företrädesvis ett pH i inter- 20 vallet 5,5 - 6,3, uppnätts.

4. Förfarande enligt nägot av de föregäende patentkraven, där den första karbonatiseringsenheten omfattar en kalciumoxidsuspension, där koncentrationen av kalciumoxiden uppgär tili ca 2 % - ca 25 %, företrädesvis tili ca 5 - 15 %, beräknad pä den totala suspensionens o 25 totalvikt. i O) o «m

5. Förfarande enligt nägot av patentkraven 1-4, omfattande att en koldioxidkälla till- g handahällandes i ätminstone den första karbonatiseringsenheten. CL (M 1^. [g 30

6. Förfarande enligt patentkrav 5, där koldioxidkällan omfattar en gas eller en vätska inne- cn g hallande koldioxid. (M

7. Förfarande enligt nägot av patentkraven 1 - 6, omfattande att ätminstone den första och valbart även den andra karbonatiseringsenheten används i en atmosfär innehällande kol-dioxid. 5

8. Förfarande enligt nägot av patentkraven 5-7, omfattande att en gas tillhandahälles, som innehäller ätminstone 5 volym-%, företrädesvis ätminstone 10 volym-%, i synnerhet ca 15 - 100 volym-% koldioxid.

9. Förfarande enligt patentkrav 8, varvid gasen väljs bland luft anrikad med koldioxid, 10 gasformig koldioxid valbart innehällande inerta gaskomponenter och förbränningsgas.

10. Förfarande enligt nägot av de föregäende patentkraven, omfattande att den första en-heten används som en satsreaktor. 15

11. Förfarande enligt nägot av patentkraven 1-9, omfattande att den första enheten drivs kontinuerligt.

12. Förfarande enligt nägot av de föregäende patentkraven, där den första karbonatiseringsenheten omfattar en kaskad av ätminstone tvä reaktorer, företrädesvis tvä tili tio reaktorer. 20

13. Förfarande enligt nägot av de föregäende patentkraven, omfattande att ätminstone en loopreaktor används som en karbonatiseringsenhet.

14. Förfarande enligt patentkrav 13, varvid varje karbonatiseringsenhet omfattar ett flertal o 25 loopreaktorer. (M i O) o cm

15. Förfarande enligt nägot av de föregäende patentkraven, omfattande att en suspension x av kalciumkarbonat innehällande kalciumkarbonatpartiklar med en genomsnittlig partikel- Q_ storlek i intervallet 40 - 1000 nm uttas ur den andra karbonatiseringsenheten. CM co 30 m o

16. Förfarande enligt patentkrav 15, omfattande att ur den första karbonatiseringsenheten 0X1 uttas en suspension innehällande 5-50 vikt-% oreagerad kalciumhydroxid, och karbon- atiseringen fortsättes i den andra karbonatiseringsenheten väsentligen tills karbonatiser-ingsreaktionen är fiillbordad.

17. Förfarande enligt nägot av patentkraven 15 eller 16, där de kalciumkarbonatpartiklar som uttagits ur den andra karbonatiseringsenheten uppvisar en bred partikelstorleks-fördelning, där 20 % av partiklama är under 240 nm och 80 % av alla partiklar är under 5 1300 nm.

18. Förfarande enligt nägot av patentkraven 15 - 17, omfattande att den första karbonatiseringsenheten drivs satsvis för att karbonatisera ätminstone 90 % av kalciumoxid-materialet pä en molar basis, och karbonatiseringen av en ur den första karbonatiserings- 10 enheten uttagen kalciumkarbonatsuspension fortsättes för att framställa en kalcium- karbonatsuspension innehällande kalciumkarbonatpartiklar med en genomsnittlig partikel-storlek i intervallet 40 - 90 nm.

19. Förfarande enligt patentkrav 18, där de ur den andra karbonatiseringsenheten uttagna 15 kalciumkarbonatpartiklama uppvisar en smal partikelstorleksfördelning, där andelen partiklar större än 120 nm är mindre än 20 %, företrädesvis mindre än 10 vikt-% av alla partiklar.

20. Förfarande enligt nägot av patentkraven 15-17, omfattande att den första enheten och 20 den andra karbonatiseringsenheten drivs kontinuerligt.

21. Förfarande enligt nägot av patentkraven 15-17, omfattande att den första enheten an-vänds som en satsreaktor och den andra satsvis eller kontinuerligt. o 25

22. Förfarande enligt patentkrav 21, där den andra reaktom utgörs av en förvaringstank. CT) o i c\i

23. Förfarande enligt nägot av de föregäende patentkraven, där kristallina kalcium- x karbonatpartiklar framställs. Q_ C\J co 30

24. Förfarande enligt nägot av de föregäende patentkraven, där karbonatiseringsreaktionen LO o utförs under tryck i ätminstone en av karbonatiseringsenhetema. (M

25. Förfarande enligt patentkrav 24, där karbonatiseringsreaktionen utförs vid ett övertryck av 0,1 - 25 bar, företrädesvis ca 0,5 - 10 bar.

26. Förfarande enligt nägot av de föregäende patentkraven, där residenstiden för kalcium-oxidmaterialet uppgär tili ca 0,1 - 1000 sekunder, företrädesvis till ca 1 - 300 sekunder i den första karbonatiseringsenheten. 5

27. Förfarande enligt nägot av de föregäende patentkraven, där residenstiden för kalcium-oxiden är längre än ca 1 minut i den andra karbonatiseringsenheten.

28. Förfarande enligt patentkrav 27, där residenstiden för kalciumoxiden är längre än ca 3 10 minuter, företrädesvis längre än ca 5 minuter i den andra karbonatiseringsenheten.

29. Förfarande enligt patentkrav 27 eller 28, där residenstiden för kalciumhydroxiden är längre än ca 30 minuter i den andra karbonatiseringsenheten för att framställa en mono-dispersiv kalciumkarbonatprodukt. 15

30. Förfarande enligt patentkrav 27 eller 28, där residenstiden för kalciumhydroxiden är ca 0,1-100 timmar i den andra karbonatiseringsenheten för att framställa en monodispersiv kalciumkarbonatprodukt. 20

31. Förfarande enligt nägot av de föregäende patentkraven, där kalciumhydroxid används som ett kalciumoxidmaterial i den första karbonatiseringsenheten.

32. Förfarande enligt nägot av de föregäende patentkraven 1-31, där kalciumoxid, företrädesvis i form av kalciumoxidpulver, används som ett kalciumoxidmaterial i den första 0 25 karbonatiseringsenheten. (M i 01 0 C\J X X CL (M 1^ CO m 01 o o (M